用大气球回收火箭上面级，马斯克也许没开玩笑
4月15日，伊隆‧马斯克在twitter上透露了这样的消息：“这听起来会很疯狂，但…… SpaceX将尝试用一个巨型派对气球，把处于轨道速度的火箭上面级带回来。”
然后着陆在一个充气房子上……
一石激起千层浪，全世界网友立马嗨翻了天，脑洞大开，纷纷给马斯克出起了主意。
这是热气球嘛，显然不可行
这是乌克兰网友发来贺电
有网友说这不是飞屋环游记的创意吗？
也有网友表示，我已经准备好了
当然也有保持冷静的，一针见血地指出了问题所在：马斯克，你们的工程师数学好就可以为所欲为吗？什么样的派对大气球再入大气层的时候烧不坏？
这问题可算说到点子上了，我们先来看看什么是火箭上面级。
通常指火箭的第二级或第三级，是多级火箭的第一级以上的部分。狭义上指的是在基础级火箭上增加的、具有独立控制系统和动力系统的火箭子级。上面级以自主导航为主，有独立的电气系统，其发动机可以多次启动，有很强的任务适应性。正是凭借这些优点，上面级才可能成为“太空摆渡车”，在太空中完成轨道机动与一箭多星部署等诸多艰巨任务。
既然上面级那么重要，那么上面级回收可不可行呢？答案是肯定的，关键是成本。有很多航天器都是可以回收的，例如载人飞船，返回式卫星等，它们的工作流程跟需要回收的火箭上面级有类似的地方。
可重复使用返回式卫星“卫星班车”概念图
由于上面级的主要任务是摆渡卫星入轨，那么它的速度已经达到了轨道速度，所以上面级回收的一个首要问题就是减速。
我们知道例如载人飞船，返回式卫星这些航天器，多是采用降落伞减速，着陆时使用反推火箭缓冲。
实践十号返回式卫星，高速再入稠密大气层难免要摩擦产生高温，所以增加了热防护的壳体被烧黑了。
马斯克从来不走寻常路，可能他觉得用这些常规的方法不够酷，或许他觉得要给上面级弄个热防护层并不划算，所以提出了气球回收的想法。
美国马里兰大学工程学院的学生奎因‧库佩克（Quinn Kupec）在马斯克推特中评论道：“如果你说的和我想的一样，这是一个超低弹道进入系数减速器的话，你应该来马里兰大学看看。我们一直在做这方面的研究，刚刚结束了一些测试。”
库佩克在twitter上贴出的图片，这条留言得到了马斯克的亲自回复，对他的想法表示肯定。
弹道系数：用来衡量航天器在飞行过程中克服空气阻力的能力的方法。弹道系数较高，意味着重返大气层的航天器减速较慢，到达地面时速度依然较快。
重返大气层时，如果高速进入稠密天气，航天器将承受巨大的热量。
德国雷达站拍摄到天宫一号再入大气烧毁过程中的画面，德方称这是天宫一号坠毁前世界上惟一的一段的雷达影像。
这样看来，火箭上面级如果可以低速重返（再入）大气层，是更合适的，因为这样可以减少热量的产生。
那Space X 的马斯克所说的“巨型派对气球”又是什么呢？
如果是指“气球减速伞”（ballute），一个气球和降落伞的结合体，它可以帮助航天器减速，并在下落过程中保持稳定。
一个气球减速伞的概念图。图片来源：Kees Veenenbos
马里兰大学教授戴维‧埃金（David Akin）对再入系统的研究已超过20年，他表示，“此前就有人提出过这样的概念（气球减速伞），在航天器返回时释放一个巨型气球，并通过线缆拖在身后。气球能够降低弹道系数，使航天器在更高的大气层中减速，降低所受到的热负荷。”
所以，再入火箭需要在接近地表之前就降低速度，因为越靠近地表，大气层就越厚，产生热量就越高。
“这并非易事。” 埃金教授认为，“要达到马斯克的目标，即弹道系数降低两个数量级，气球的直径就必须达到36米以上，还要由耐高温织物制成。”
但是这样的巨型气球如何在太空中快速与航天器分离，并充气展开也是个问题，所以马斯克所说的派对气球可能只是打个比喻，上面级回收更有可能使用的是一种充气结构减速器。
在航天历史上，曾有过使用充气结构帮助航天器返回的先例。2000年2月，俄罗斯在其佛盖特上面级上配备了可充气的再入及降落装置，可上面级在落回地面时恰逢一场暴风雪，从此再也没有被找到。
俄罗斯在佛盖特火箭上面级上曾经测试过的可充气再入及降落装置，左为未充气的状态，右为充气后的状态。
图片来源：space.skyrocket.de
充气结构可以在不改变飞行器本身重量的情况下快速改变飞行器体积，增加阻力，从而起到减速的作用。
NASA针对火星重载着陆减速器研究的LDSD计划也包含了此类的减速器，即可充气展开气动减速装置（Supersonic Inflatable Aerodynamic Decelerators，SIAD），并在2014年和2015年各进行了一次高空气球搭载的飞行测试，并实现了设计目标，将减速器从3.5马赫速度降低到了2马赫。（典藏版 | NASA低密度超音速减速器(LDSD)球载飞行试验）
SIAD收纳状态下LDSD飞行测试装置外形
SIAD展开状态下LDSD飞行测试装置外形
好了，我们大胆猜测一下，马斯克所说的巨大的派对气球，可能就是一个充气减速结构，用来降低再入大气速度，至于进入稠密大气之后如何减速，马斯克不是说还有个充气房子吗？
网友留言：可能是这种充气房子！
这位网友，你这个不是上面级呀，应该把那团火P掉的，不然不就把充气房子烧了吗？
难道是这玩意？也许马斯克对回收地点进行了精准预测，可以用事先布置好的缓冲气垫进行上面级回收？或者是上面级自带了安全气囊？这里马斯克卖了个关子，没有提供什么有价值的信息，一切都只是猜测。
参考文献：
果壳网：《马斯克又整幺蛾子：做个大气球，把火箭收回来》
蝌蚪五线谱：航天发射中经常提到的“上面级”是什么东东？