到1969年7月尼尔·阿姆斯特朗登上月球时，两位火箭科学家——辍学大学生加里·哈德森和可能是他那一代最受尊敬的工程师乔治·穆勒——已经知道，我们进入太空的方式需要进行根本性的改变。
问题在于物理学中一个被称为“火箭方程”的棘手难题。每个火箭工程师都会学习火箭方程——先是热爱它，然后是憎恨它，最终是接受它。这个方程告诉你的火箭需要多少燃料才能摆脱重力的束缚。前提看似简单：火箭或其有效载荷越重，到达轨道所需的燃料就越多。但燃料很重；因此，当你把燃料的重量代入火箭方程时，你会发现你必须添加更多的燃料。添加燃料意味着建造一个更大的油箱，这使得火箭更重，这意味着需要更多的燃料。如此循环。
火箭方程首次成为一个严重困扰是在登月竞赛期间。工程师们提出了一个权宜之计：多级火箭。每用完一级燃料就抛弃它，从而减少最终进入轨道的胶囊总重量，但在这个过程中，一些相当昂贵的硬件被倾倒入海洋。哈德森和穆勒想知道是否有可能建造一枚可以反复使用的单级火箭。火箭方程会允许吗？
这两个人互不相识，但他们心意相通。如果有人能建造一枚可以反复加注燃料的，像一辆破旧的太空皮卡车一样的火箭，那将改变一切。太空将不再是政府官僚机构和镀金航空航天合同的专属领域。小公司，甚至像哈德森和穆勒这样的人，都可以凑够钱进入轨道。那将为载人探索太阳系打开大门。因为一旦你爬升到地球引力之外，借用罗伯特·海因莱因的话说，到达外面的任何地方都不需要太多的燃料。
哈德森和穆勒都没有完全意识到他们正在听到海妖的召唤，或者说，他们要再过三十年才能最终有机会战胜火箭方程。
哈德森迈出了他命运的第一步，当时他意识到他对构成工程学这门学科的无数琐碎、令人麻木的细节感到厌倦。他对可重复使用火箭的想法如此着迷，以至于他辍学去建造它。
边缘的飞机
斯蒂芬·伍斯特在试图建造命运多舛的“国家航空航天飞机”时学到了重要一课。它的设计初衷是在从纽约飞往东京的时间里，让乘客到达机场所需的时间，实现纽约到东京的飞行。但这需要达到20马赫或更高的速度，结果证明这是一个相当昂贵的概念。“商业领域的人对新技术不感兴趣，”伍斯特说，“他们想知道成本是多少。”
1994年，该项目失败后不久，伍斯特在加利福尼亚州帕姆代尔创立了Space Access L.L.C.，旨在设计一种技术上不那么雄心勃勃的飞行器，可以将卫星送入轨道。伍斯特不想使用需要携带自身氧气的火箭发动机，而是想使用冲压喷气发动机，这是一种通常用于飞行速度达到音速三倍或以上飞机的超级喷气发动机。像喷气发动机一样，冲压喷气发动机将进气与燃料混合并压缩，但它们通过巧妙的几何设计而不是巨大的压缩叶片来实现这一点。由于它们没有活动部件，因此比喷气发动机更可靠。
问题在于，如果没有叶片吸入空气，当飞机速度低于每小时约1200英里时，它们就毫无用处。然而，伍斯特和他的同事们设法找到了一种方法，以巨大压力将空气和燃料强制送入喷气发动机，即使在静止状态下也能模拟冲压喷气效果。“我告诉我的团队，‘让它在低速下工作，’”伍斯特说。“告诉人们让快速的东西变慢并不稀奇，但这是一种商业尝试可以解决的问题。最难的部分已经完成了。”
伍斯特的想法是将发动机与一种新的飞机设计结合起来，将飞行器升至约30英里的高度，此时冲压喷气发动机不再可用，然后滑行至60英里的高度，再用一个小型的常规火箭释放卫星有效载荷。这架太空飞机将降落在跑道上，而火箭在交付有效载荷后，将像航天飞机一样飞回地面。伍斯特有一个大问题：他只筹集到了“数亿”美元中的一小部分，他说他需要这些钱来建造一个原型机。但他仍然相信他能在2003年前将卫星送入轨道。——杰弗里·温特斯
十年后，他找到了一位富有的德州人来资助一枚常规的多级火箭。它不可重复使用，但价格便宜，30岁的哈德森只能接受他所能得到的。他和他的工程师团队花了七个月的时间来建造它，却在不到七秒钟的时间内将其炸毁。问题出在一个卡住的阀门上。本应监测阀门的人当时正忙着拍照。
很长一段时间，故事似乎到此为止。但幸运的是，冷战结束了，经济形势一片大好。1990年，摩托罗拉公布了其铱星网络计划，将66颗卫星送入轨道，向全球任何地方的手机等手持设备发送信号，其他几家公司也迅速跟进。突然之间，成千上万颗卫星堆放在箱子里，等待着前往近地轨道的旅程。本世纪的牛市促使风险投资家们四处寻找可以建造廉价火箭的新兴公司。
与此同时，哈德森在华盛顿州柯克兰的基斯勒航空航天公司等几家公司担任顾问。在基斯勒工作是喜忧参半的。该公司正在建造他的梦想，一枚名为K0的单级可重复使用火箭。哈德森受聘从事推进系统方面的工作。
在基斯勒，哈德森遇到了另一位咨询工程师贝万·麦金尼，他有自己关于可重复使用火箭的想法。两人一拍即合，于1996年成立了旋转火箭公司（Rotary Rocket）。他们设法从两位个人那里筹集了几百万美元，其中一位是小说家汤姆·克兰西。不久之后，他们就有了足够的钱在莫哈韦沙漠里盖了一些铁皮屋顶的建筑，并开始建造一枚火箭。
莫哈韦机场距离14号公路旁一排快餐店和加油站仅两个街区，但它似乎无限延伸至广阔的沙漠山谷。在那里，在约书亚树和风滚草之间，老旧的波音727飞机停在支架上，等待被拆解成备用零件。根据镇边一块广告牌的说法，莫哈韦也是“旅行者号的故乡”，那是由伯特·鲁坦设计的极其轻巧的飞机，它创下了不间断环球飞行的单引擎飞机纪录。鲁坦的公司Scaled Composites建造了诸如Vari-eze之类的奇形怪状的飞行器，飞行员们觉得驾驶起来很愉快。Scaled Composites正在建造哈德森的火箭——罗顿（Roton）。虽然尚未完工，但罗顿看起来很像一个63英尺高的倒置塑料冰淇淋筒：底部肥大，向上略微变细，顶部是钝锥形。
哈德森认为可重复使用火箭时机成熟的关键原因之一是极轻、极硬材料的可用性，这些材料统称为复合材料，这意味着不同材料的组合，在这种情况下不是普通的泡沫和塑料。塑料以片状形式出现，其中编织有增强碳纤维，以一种特殊方式赋予它们轻便、坚固和耐热的特性。Scaled Composites技术人员制造这些结构的方法看起来不那么高科技。首先，他们拿一块巨大的普通聚苯乙烯泡沫塑料，将其掏空成他们想要的结构形状，就像一个模具。然后他们铺设一张塑料板。然后他们粘上一张泡沫板。然后他们再粘上一张塑料板。这就构成了一个面板。将一堆面板巧妙地拼凑在一起，由此产生的结构就异常坚固。
哈德森为他低预算的火箭建造方法感到自豪，但这其中夹杂着对过去失败的清醒认识。“有一次我在一个派对上被介绍给一位NASA工程师，说我是那个只用25人就能炸毁火箭的人，而不是25000人，”哈德森说。“我可以脱掉衬衫，让你看看那些箭伤。但这确实意味着我们成功的机会可能比其他人更大。我们从犯过的错误中吸取了教训，而且我们犯了很多错误。”
与他早期的尝试不同，这个项目哈德森主要着眼于大局，把细节留给了他的搭档贝文·麦金尼。“在细节层面，我无法在航空航天公司胜任，”他说。“在直觉工程师的层面，在系统层面，我做得很好。贝文比我优秀得多，但我是那个会说‘我们为什么不这样做呢？’并推动的人。我推动整个公司朝着一个方向发展。百分之五十的时间我错得离谱，有时人们会感到沮丧。但你从那些错误中学习。”
麦金尼为罗顿提供了最初的设计理念。多年来，他一直在思考一种结合直升机和常规火箭特性的设计。在20世纪60年代和70年代，曾建造了一些实验性再入飞行器，它们使用旋转叶片来减缓超音速速度。但麦金尼又增加了用安装在每个叶片尖端的小型火箭发动机为叶片提供动力的想法。
然而，哈德森坚持要求罗顿号除了运载足够通信卫星大小的有效载荷（这将是罗顿号的生计）之外，还要搭载两名飞行员。哈德森相信人类在太空中将扮演重要角色，即使是像维护卫星这样普通的任务，而载人能力是罗顿号长期有用性的关键。
然而，在项目启动几个月后，很明显直升机叶片无法产生足够的推力来同时携带两名机组人员和一颗三吨重的通信卫星。“我们刚开始评估这东西时，就感到担忧，”哈德森说。“不是技术不存在，而是研发风险在增加。”他和麦金尼决定放弃用叶片起飞的想法。相反，罗顿号将在火箭推力下升空，其叶片则折叠在两侧。重新进入大气层时，叶片将展开并旋转，产生阻力并减缓飞船速度。当飞船接近地面时，叶片尖端的小火箭将点火，减缓下降速度，实现平稳着陆。这个方案的优点是允许哈德森和麦金尼使用传统的直升机旋翼。
Roton 的推进系统并不常规。它在火箭底部环形排列着 72 个小型火箭发动机。这在一些俄罗斯火箭上以前也曾做过，但不同寻常的是，这些发动机将安装在一个以每分钟 720 转的速度旋转的圆盘上。煤油和液氧从上方的储罐经由中心管道输送下来。当燃料到达圆盘时，离心力将其甩向外围并强制进入发动机的燃烧室。通过这种设置，Roton 不需要燃料泵或涡轮泵，而涡轮泵以其不可靠性而闻名。
迈克尔·凯利
迈克尔·凯利在20世纪80年代末在TRW公司建造导弹时，他和几个同事开始集思广益，寻找建造一种廉价、可靠的商用发射器的方法。这个项目在TRW从未有任何进展，但凯利却无法忘怀。他注意到，火箭最有可能在点火后、发射的前6万英尺内爆炸。为什么不完全跳过那一部分呢？为什么不把火箭带到6万英尺以上，然后再点火呢？
1993年，凯利辞去了工作，在加利福尼亚州圣贝纳迪诺成立了凯利空间与技术公司，并立即设计了一种在航天史上独一无二的三级可重复使用运载火箭。第一级是一架二手波音747。这架飞机使用一根价值5万美元的高科技复合材料绳索，将第二级牵引到2万英尺的高度。第二级被称为“星际飞船”，它有点像另一架飞机，是一架旧的洛克希德L1011，它被掏空并改装了机翼，更不用说还安装了一台俄罗斯火箭发动机。它将直接冲出大气层，达到超过75英里的高度。此时，飞行员将火箭飞机平飞并打开机头的一个舱门。第三级弹射出来：一艘小型火箭，其推力足以将有效载荷送入稳定轨道。
与此同时，飞行员转向并驾驶星际飞船返回跑道，就像航天飞机一样。不过，星际飞船的机翼面积是航天飞机的两倍，并将以更浅的角度再入大气层，这意味着它不会过热，因此不需要那么坚固。“我们以航天飞机一半的速度，获得一半的高度，重量大约是十分之一，”凯利说，“所以它的飞行剖面比航天飞机更温和。”
到目前为止，凯利表示他已经为该项目筹集了“数千万”美元，但表示还需要3亿美元。如果他能拿到这笔钱，星际飞船最早可能在2002年进行首次商业发射。摩托罗拉已经承诺向凯利支付8900万美元，用于为其铱星电话网络发射20颗卫星。
凯利说，拖曳发射的想法从未给他带来任何“尤里卡”时刻。“作为一个群体，”他说，“工程师们过于保守，在概念经过反复测试之前，是不会有这种时刻的。但我保证，一旦我们投入运营，会有很多工程师拍着自己的额头说，‘天哪，我怎么没想到呢？’”
—马克·惠勒
哈德森说，他和他的团队费尽心思保持事情的简单性并降低风险。他们尽可能使用现成的部件和技术，这些部件和技术至少在以前曾经过实验性使用。另一方面，有多少传统直升机旋翼需要减慢一辆以音速25倍速度飞行的40万磅重飞行器？而旋转发动机也只被苏联和美国研究人员在非常小的规模上尝试过。尽管如此，哈德森说，“我们所做的一切都没有明显的致命缺陷。好吧，我们在发动机方面确实做了一些大胆的尝试。这是第一种大型旋转发动机。但如果它不起作用，我们可以去购买涡轮泵发动机，仍然让飞行器工作。这将延迟一年或一年半，会很痛苦，但它会成功。技术挑战是可以克服的。”
到目前为止，哈德森已经筹集了3000多万美元，并且几乎花光了所有钱。“当投资者进入这家公司时，”他说，“我半开玩笑地告诉他们，我们将会浪费他们给我们一半的钱。当你这样说时，投资者会抓狂。当你真正做出我们必须做的决定时，如果你只浪费一半，那你就做得非常好了。因为你会犯错误。”尽管他的火箭预算低于预期，但他还需要1.2亿美元才能完成罗顿实验版本的飞行测试。如果他能拿到这笔钱，他希望在1999年的某个时候试飞原型机。如果一切顺利（这是一个很大的“如果”），他预计在2000年的某个时候实现轨道飞行。最终会花费多少钱？“答案是，我们直到完成才知道，”他说。“我认为了解我们所做的事情是多么具有革命性很重要。”
进站
火箭燃料氧化剂，如液氧，很重。火箭工程师米切尔·伯恩赛德·克拉普问道：为什么不轻装上阵，边走边加注燃料呢？这位前试飞员希望用一枚能在三到六英里高空加注液氧的火箭发射卫星和其他有效载荷。
1993年，伯恩赛德·克拉普在为空军研究实验火箭时，在军官俱乐部的鸡尾酒餐巾上勾勒出了他的想法。一架专门设计的飞机可以使用传统的喷气发动机起飞，并在15000到30000英尺的高度与一架加油机汇合。一旦加满液氧，它就可以点燃火箭发动机，并加速到超过大气层的高度，最高可达120英里。这个高度足以用一枚一次性上级火箭释放卫星。空中加油可以减少飞机起飞时高达60%的重量，降低成本，并为大型有效载荷留下充足空间。空军研究了这个想法，然后放弃了。伯恩赛德·克拉普转入私人领域，于1995年创立了先锋火箭飞机公司。
从那时起，他与少数空军退伍军人一直窝藏在加利福尼亚海岸的范登堡空军基地，努力解决技术问题。他说，如果投资者能给他们几亿美元，他们可以在短短36个月内建造出原型机并进行测试。“仅三四架这样的飞机就能提供目前世界上所有的发射能力，”伯恩赛德·克拉普说。——杰弗里·温特斯
乔治·穆勒并不自称是革命者。和火箭行业的几乎所有人一样，他的动机至少一部分是理想主义的——为了战胜火箭方程。但他是一个实用主义者。在阿波罗项目的大部分时间里，他负责管理美国宇航局的载人航天项目，充分展示了做出艰难决定的能力。1963年，45岁的他接管了美国宇航局的载人航天项目，当时工程师们才刚开始建造土星五号火箭。他们想分别测试它的五个级，这意味着在开始组装最终的土星五号之前，需要建造和飞行五枚实验火箭。尽管这是标准的工程实践，但穆勒立刻意识到这样的时间表是行不通的。相反，上任仅仅一个月，他就宣布了“全装”测试的决定——建造所有五个级，将它们堆叠在一起，加满燃料，然后一次性飞行。这并不受欢迎，但它奏效了。穆勒与其他人一样，为约翰·F·肯尼迪提出的十年内将宇航员送上月球的最后期限负责。
即使穆勒看着阿波罗计划取得成功，他也知道它正在走向尾声，他也知道他下一步想做什么。他以其显赫的声誉投入到建造廉价、可重复使用火箭的事业中。他的想法是在设计阶段疯狂烧钱，使用所有最新的材料，做到极致，最终得到一辆运行成本极其低廉的飞行器。NASA官员采纳了这个想法，但无法从国会获得足够的启动资金。于是他们建造了航天飞机——设计成本低廉，飞行成本昂贵，部分可重复使用。“这是一个遗憾，”穆勒说。到航天飞机飞行时，他已经离开了私人企业。
1993年，基斯勒航空航天公司的创始人就其建造可重复使用火箭的新项目征求穆勒的意见。他们发现他正在亚利桑那州的牧场上全职照料霍霍巴树，但他坐立不安。“我妻子说我退休失败了，”他打趣道。75岁高龄的他出人意料地主动提出领导这个项目。“我告诉他们我将担任董事会成员，但只能作为首席执行官，”他说。
基斯勒的冒险是太空竞赛商业化的产物：该公司成立的目的是利用新兴的卫星发射市场。冷战的结束也起到了帮助作用。两款性能强劲的俄罗斯火箭发动机——NK-33和NK-43——最近上市了。苏联在登月竞赛期间开发了这些发动机，它们是迄今为止制造的最好的煤油燃烧器。“俄罗斯人建造并改进它们长达15年，”穆勒说。“他们可能建造了500台，并在测试中摧毁了大约200台，只是为了看看如何改进设计。”结果，这些发动机每加仑燃料产生的推力比为阿波罗计划开发的土星五号发动机高出20%。由于它们燃烧煤油，因此比土星五号使用的氢发动机更安全、运行成本更低。目前还剩下100台这样的发动机。基斯勒在萨克拉门托的一个仓库里藏匿着46台。
穆勒转而研究火箭设计。他放弃了K0，因为他担心其设计和中央控制系统的问题，转而选择了更传统的两级设计。他愿意牺牲单级飞行器的优雅，但他不愿放弃可重复使用性，他认为这是降低成本的关键。
当新的 K1 设计完成后，它看起来会和 Roton 一样朴实无华。它将由一个圆柱形的第一级和顶部稍细的钝头第二级组成——总高119英尺。发射时，第一级的三个 NK-33 发动机将为火箭提供动力，飞行约25英里。然后火箭将分离，自身调头，发动机将再次点火，使其返回大气层。在大约40000英尺处，六个降落伞将展开以减缓火箭速度。在它到达地面之前，类似汽车安全气囊的充气气囊将打开，以缓冲撞击。同时，第二级的单个 NK-43 将把有效载荷送入轨道，然后也会使用降落伞和充气气囊返回并着陆。
如果你必须在基斯勒或旋转火箭之间下注，基斯勒似乎更有胜算。首先，K1 的开发进度比 Roton 更靠前。1998年底，第一枚火箭的外壳已接近完工，三个燃料箱中的两个已完成，软件和制导电子设备也已完成90%。基斯勒起步较早，并且将大部分工作分包给了分包商。诺斯罗普-格鲁曼公司正在建造机身，航空喷气公司正在改装发动机，欧文公司正在制造降落伞。当然，基斯勒花费的钱远超旋转火箭——4亿美元——而且穆勒说，在它将第一个有效载荷送入轨道之前，它还需要更多资金，4亿美元。如果资金筹集成功，K1 有望于今年晚些时候从澳大利亚发射。
基斯勒公司也有更大的机会筹集到所需的资金，这不亚于穆勒的声誉。他召集了一批来自几乎所有大型NASA项目的高级管理人员。不管你喜不喜欢，投资者更倾向于把钱投给拥有令人印象深刻简历的工程师，而不是那些拥有宏伟想法的独行侠。
然而，如果基斯勒率先成功，那将很大程度上归功于穆勒的保守方法。尽管K1的两级设计会给他更多余地来搭载几名飞行员，而哈德森的单级设计则不然，但穆勒并没有考虑将人类送入太空。即使穆勒拥有世界上最好的火箭发动机，他也认为它们不足以用于除两级火箭之外的任何用途。“请记住，可重复使用的火箭必须比一次性火箭更重，因为你需要一些额外的燃料才能安全返回地球，”他说，“能够为单级可重复使用火箭提供动力的发动机根本不存在。”
哈德森不同意。“我不相信在这个轻型热保护、复合材料、轻型航空电子设备等时代，我们找不到几种可重复使用的飞行器设计。我觉得这不可思议。”
哈德森和穆勒在一个问题上达成了一致：他们各自面临的最大障碍是资金。“技术挑战可以克服，”伯特·鲁坦在旋转火箭公司的宣传视频中说，“但如果没有资源，工程师们甚至都无法尝试。”而资源可能会变得更加稀缺：另外三家公司也加入了建造可重复使用火箭的竞赛。
