SpaceX研制的第一款运载火箭是“猎鹰1号”。火箭的第一级采用Merlin火箭发动机，该发动机以航空煤油和液氧作为推进剂，推重比大且价格低廉；第二级为同样使用航空煤油和液氧燃料的Keserel发动机。运载火箭的第一级在发射任务完成后可利用降落伞系统减速降至海面回收并重复使用，但在“猎鹰1号”的第一次发射中，Merlin火箭发动机因为发生火灾而失败。
随后，SpaceX对设计进行了改进，就是现在研制的“猎鹰9号”运载火箭，其第一级采用9台Merlin 1D火箭发动机（中间1台、周边均匀布置8台），第二级采用1台Merlin 1D发动机。在发射火箭时，第一级9台Merlin 1D台发动机能提供5850kN的推力。
“猎鹰9号”火箭所采用的是以动力反推力实现垂直下降的回收方案。第一级火箭在返回过程中，通过箭体上的液氮推进器来调整姿态，以应对气动扭矩和旋转的影响，防止箭体在下降过程中出现滚转，同时，箭体的四周安装了4个栅格翼，以增加火箭在回收着陆过程中的稳定性，控制火箭向地面平台降落。“猎鹰9号”运载火箭的造价约为1600万美元，而燃料只值20万美元，如果能实现第一级火箭回收的常态化，就能大大降低发射成本。SpaceX公司称，目前只是确保第一级火箭可以回收，但是在SpaceX的远期计划中，两级火箭皆可被完全回收并重复使用。
这项技术的难点在于：首先，“猎鹰9号”火箭有14层楼高，爬升时的速度达1.6km/s，要让火箭从高速直线上升转为垂直下降，犹如在狂风中让扫帚柄直立于手掌；其次，“猎鹰9号”需要在一艘“自主航天港无人驾驶驳船”（ASDS）上着降，而ASDS的宽度仅30m，这就要求有很高的着降精确度，加之在海上的ASDS是浮动的，火箭必须借助发动机系统保持下降时的平衡与稳定。
除了在运载火箭下降过程中要对火箭的姿态进行调整，如何利用发动机点火来控制下降速度则是另一项难点。在第一级与第二级火箭分离后，第一级通过重起火箭主发动机来实现制动减速，待运载火箭快要临近海面时，再重起另一台发动机，使火箭从最初的1300m/s的速度减到2m/s，配合带有液压减震器的4个着陆支架，使其最终降落精度在10m之内。
与“猎鹰1号”相比，“猎鹰9号”最大的不同是带有4条钢铝结构的“腿”作为液压减震器。这4条“腿”使火箭能抵御垂直降落时的巨大冲击而不致严重损坏，而且火箭的顶端和外层全部采用超强度铝锂合金材料制成，且后盖上有特制的隔热板，以保护火箭在重返大气层时免遭损坏，所以火箭在回收后只需稍加维修，便可重复使用。
“猎鹰9号”经历了多次飞行试验，在2014年10月的试验中，“猎鹰9号”火箭由发射台点火后升空至744m，然后又垂直降落回发射台，整个试验过程持续78.8s，火箭的第一级降落地面后外观保持完好。但是接下来在2015年1月6日，SpaceX公司原本计划在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射“猎鹰9号”，但在倒计时进入1min时发射任务被紧急终止，公司称原因是火箭的“二级推力矢量控制驱动器发生飘移”。2015年1月10日，SpaceX公司首次成功地从卡纳维拉尔角航天发射场用“猎鹰9号”运载火箭将“龙”飞船送到太空，并在绕地球轨道运行两周后安全溅落在太平洋预定海域，但这次的火箭海上回收再次以失败告终，火箭在海上浮动的无人驾驶驳船上硬着陆并损毁。
“猎鹰9号”的第一次成功回收是在2015年12月21日，当火箭将11颗轨道通信卫星发射到低地球轨道后，第一级火箭返回并成功地向下垂直降落在预定的降落场上。这也是“猎鹰9号”的第20次太空飞行，此前都是直接坠入大海或爆炸损坏。但是在今年1月17日，SpaceX公司用“猎鹰9号”将Jason-3卫星发送到轨道后，试图再次在太平洋上一艘修复后的驳船上降落时，因为运载火箭着陆架接地后倾斜翻倒，未能实现完美的回收。原因可能是由于发动机在减速控制上并不十分准确，加上海上风速较大，导致降落速度未能控制良好。
SpaceX公司创始人兼首席执行官（CEO）马斯克在其微博上表示，SpaceX公司将继续进行“猎鹰9号”回收试验，2016年将着陆成功率提高到约70％，在2017年希望提高到约90％。
2015年5月30号，SpaceX公司公布了第二代“龙”飞船，据称一次最多可运送7名宇航员前往国际空间站，有望在2017年正式飞往太空。设计第二代“龙”载人飞船的目的是能实现更精确地动力着陆。公司接下来会在一个吊车上进行吊挂乘员舱试验，以及8台SuperDraco火箭发动机的点火试验。
2015年11月，SpaceX公司还在得克萨斯州麦格雷戈公布了系留在第二代“龙”飞船吊车上的乘员舱使用推进器悬停试验的录像。这些推进器成对地围绕在乘员舱的周围，产生150kN的推力，足以维持乘员舱悬停约5s，录像显示乘员舱的运动很小而且很稳定。SpaceX公司计划将SuperDraco火箭发动机用以在飞船回落阶段时替代降落伞系统，成为“龙”飞船发射终止系统（LAS）的重要装置，能够在火箭发射失败时，作为乘员舱逃逸系统的动力，以帮助宇航员安全逃生。
由美国亚马逊公司CEO贝索斯创办的蓝色起源（Blue Origin）公司一直在秘密地试验运载火箭，直至2015年11月，公司公布了运载火箭发射和着陆的视频之后，才宣布自己是全球首家成功垂直回收运载火箭的公司。公司表示，他们研制的亚轨道飞行器的初期目标是搭载乘客到太空进行观光飞行，并不是用于发射商业卫星，而SpaceX公司的运载火箭，是为了将货物运输到轨道空间或更远的地方，所以两种运载火箭无论从运载火箭的尺寸、推力、火箭的回收难度，甚至发射高度都大不一样。
根据计划，蓝色起源公司研制的亚轨道飞行器名为新谢泼德号运载火箭，计划用3台490kN推力级的液氢/液氧BE-3发动机，可将搭载3～6名乘客的加压乘员太空舱加速到Ma3，然后在100km高度上分离进行观光飞行、并体验持续时间为4min的失重，然后打开降落伞在地面上软着陆。新谢泼德号运载火箭同时也将自动在地面软着陆, 以备循环再利用。
蓝色起源公司已经进行了3次新谢泼德号的无人飞行试验。2015年4月30日，在得克萨斯州西部进行的第1次试飞中，运载火箭的速度达到了Ma3，飞行高度达到了93.6km，虽然太空舱在两个降落伞的减速下重返地面成功回收，但是由于“新谢泼德”号运载火箭出现液压故障，掉落在发射塔外1.4m的地方而未能成功回收。
2015年11月23日，新谢泼德号进行第2次试飞，不仅飞行最高速度达到了Ma3.72、离地最高点达到了100.6km的高空，并首次成功模拟了向太空释放乘员舱，随即分离的运载火箭打开了8个大型“刹车片”进行逐渐减速，使火箭的速度降到623km/h，然后液压制动的鳍片又操纵火箭穿过了191km/h的高空侧风，一直到在离降落场上空1524m的精确位置，这时BE-3发动机再次点火，用反推力使火箭继续减速，最后打开起落架，使运载火箭的高度降到30m以下，速度减低到7.1km/h，最终成功实现了在地面垂直降落和回收，成为首款在发射后成功实现软着陆并回收的运载火箭，蓝色起源公司也成为全球首家成功发射和回收运载火箭的公司。
今年1月22日，即在首次飞行的60天后，新谢泼德号在第3次试飞中离地最高点达到了101.7km，并再次成功在地面着陆，从而成为了两次成功实现软着陆并回收的同一枚运载火箭，同时也成为首枚连续两次超越卡门线又垂直降落地表的火箭。卡门线位于海拔高度100km处，是太空与地球大气层的分界线。这也意味着，在运载火箭回收技术方面，蓝色起源公司似乎比SpaceX公司研制进度更快。
新谢泼德号在再次发射升空前，蓝色起源公司需要对运载火箭进行一系列的维护工作。如在这次发射前，研制团队不仅替换了乘客舱的降落伞，还替换了运载火箭的点火器并升级了软件，同时进行了功能和航空电子检查，以确保运载火箭完全达到了发射状态。
在本次回收中，最主要的是对制导、导航和控制系统软件的更改，在上次回收时，运载火箭是精确地落到降落场的中心位置，而此次回收时，运载火箭先调整到最佳下降姿态，然后在着陆衬垫设定了一个对准位置，所以运载火箭最后可降落到降落场上任何方便的位置，这就像一个飞行员在着陆时只需将一架飞机对准跑道的中心线，即使飞机偏离中心几米，也无须突然转向来确保飞机停留在正中点，完全可以停在偏离中心线向左或向右几米的位置，这就可以减少许多不必要的校正工作。
这次对着陆软件的轻微修改表明，在上次着陆中，装在运载火箭万向支架上的推力矢量系统一直在动态地工作，以保证运载火箭始终要对准接地点，而在这次着陆中，运载火箭完全以一种更“放松”动作，直接就下降到了着陆区，从而不仅增加了安全裕度，也改善了运载火箭应对由低空风引起干扰的能力。
蓝色起源公司表示，今年将继续进行新谢泼德号的发射和着陆试验，直至这枚运载火箭损坏，随后会制造一枚新的运载火箭，预计在2017年正式开始试验人类太空飞行，并会制造新的称为“老大哥”（Very Big Brother）的轨道飞船，虽然它在轨道火箭家族中仍然属于“小个子”，但是还是比新谢泼德号大很多，计划在 2019年首飞。这个计划已经启动了至少3年，蓝色起源公司将在今年晚些时候公布飞船的详细信息。虽然现在新谢泼德号的目的只是探空观光，无法发射飞船入轨，但在年底前也将发射第一个科学有效载荷。
蓝色起源公司现在最重要的研制计划是研制BE-4 发动机，该发动机的研制始于2011年，设计推力为4900kN，是现在使用的BE-3发动机的5倍（SpaceX公司的Merlin发动机的推力只有650kN），设计寿命为至少25次飞行任务，最近已经完成了关键设计审查，整机研制试验将于今年开始，合格性测试预计在明年年底完成。
BE-4发动机之所以如此重要，还因为它可能将作为联合发射同盟（ULA）计划替代宇宙神-5的“火神”（Vulcan）运载火箭的动力，因为目前ULA 使用的大运载火箭型都是俄罗斯的RD-180 发动机，而ULA一直希望能使用美国本土生产的火箭发动机。为此，蓝色起源公司已就BE-4发动机与ULA签订了合同，待BE-4在2017年测试结束以后就会被送到ULA，以便ULA公司集成到“火神”火箭中，为2019年的首次飞行做准备。
根据ULA 的设计，“火神”将由两台BE-4发动机作为动力，能产生9800 kN的推力，足以将5000kg以上的有效载荷送入近地轨道，同时将采用另一种可回收运载火箭的技术。即“火神”像常规运载火箭那样升空，但在释放了有效载荷之后，第一级和第二级分离、并打开可充气的热屏蔽重新进入大气，下降到适当高度后张开降落伞，然后用“支努干”直升机将其吊走回收。
（徐德康，编译自AW&ST，2016-01-27）
来源：原文刊载于《国际航空》2016年第4期。
（欢迎加微信小编号：gtc6000；QQ群：455757118；微信群：两机动力控制，加小编微信号后拉入群，QQ群中有大量学习资料）