太空遨游的妙計之二

飛翔的翅膀

最為突出的發射器是X-33，它由位于加利福尼亞州帕姆代爾的洛克希德·馬丁公司的臭鼬工程隊研制，是NASA意圖把發射成本削減到1／10的聯合項目的一部分。X-33是一個大約有實驗用航天器一半大小、用以測試一種直線噴管技術以及其他各種技術的發射器。在理論上，直線噴管能夠通過一個可以自動適應不斷變化氣壓的發動機，來推動一個完全可以重復使用并且垂直起飛飛入軌道的航天器。但是X-33本身并不進入軌道，它彌補了現有制造技術的缺陷。但還是有人提出懷疑，認為它沒有辦法提供給NASA足夠的信息，以保證NASA盡快就是否繼續依賴現有的航天飛機直到2020年，還是在2012年淘汰這些昂貴的重負荷機器做出決斷。

制造發動機時遇到的困難使得X-33推遲了發射。NASA的首席工程師丹尼爾·R.馬爾維爾指出，對X-33的飛行測試會盡快完成，在做出建造完整的單節推進軌道飛行器的決定前，仍需要一兩年的時間進行研發。

其中存在一個問題，就是世界上沒有一個足夠大的蒸壓器來使全復合材料的液態氫氣罐密閉，此外，建造那些可以使航天器抵御熱量進入的金屬瓦片也需要耗費更大努力。來自國會研究服務中心的馬西婭·史密斯指出，“冒險星”被作為將來可能的國家發射系統，但是所需時間會很漫長，而且第一個“冒險星”航天器并不會攜帶人類。

現在，NASA在研究把人類和其他動物運送到軌道上的可能性。一些可能用到的技術正在被稱為X-34的實驗飛行器上研發，它會測試二節進軌道技術以及一種新型的可重復使用的瓷磚。

展望X-33和X-34以后的技術，該機構最近加大了對高超音速噴氣發動機的研究。自1994年11月國家太空飛船計劃被取消后，該項技術就一直落后。

這種被看成噴氣式飛機發動機變種的超音速燃燒沖壓式噴氣機，能像普通的噴氣式飛機那樣吸入空氣，而且可以以6馬赫的速度飛行，這就使得單節進軌道的目標指日可待。一些被稱為X-43的無人駕駛的超音速燃燒沖壓式噴氣機，其飛行的最高速度甚至可以達到10馬赫。

對于這些計劃所面臨的困難，NASA的加里·佩頓指出，關鍵是要使空氣進入的速度足夠慢。從而使得燃料可以充分燃燒以產生推力，而又不能產生多余的熱量。從理論上講，這可以通過在空氣進口制造沖擊波做到，但是這一過程卻會浪費掉大量的能量。

一項可能的突破性發射技術是制造一種吸氣式發動機，它可以作為火箭來操縱，既能在較低速度時，也可以在空氣變得過于稀薄而無法吸入時使用。在那一高度，飛向太空的航天器速度極有可能達到10馬赫。

目前，這種以火箭為基礎的循環式發動機尚未通過風洞實驗，而且必須將它們設計為飛行器的一部分才能產生足夠的推力。

NASA最近為了實施其新的“未來X”計劃，與波音公司簽署了一份共同分擔費用的合同，用以研發一種高科技飛行器來測試不同的超音速飛行技術。佩頓說，“如果一切順利”，使用聯合循環發動機的火箭的飛行測試可能會在4年后進行。

一旦飛行器離開大氣層，并且飛行速度達到軌道速率(大約25馬赫)，那么太空工程所面臨的難題就完全不同了。這時候不再需要更大的推動力，因為飛行器已經脫離地球引力和空氣阻力。在這里，人們開發了許多種不同的方法，包括聲名赫赫的、在NASA“外太空1”號航天飛船上使用的離子發動機。其工作原理是通過帶高壓的電柵刺激推進劑中的帶電原子(離子)，當離子離開發動機時就會產生推動力。目前，氙燈是最受青睞的推進劑。“外太空1”號的能量來自太陽能電池板，但是從理論上講，任何可以產生電能的方式都可以用來驅動一個離子發動機，它使得每千克推進劑所產生的推動力，要比以往的化學型火箭大10倍。因此，即便離子發動機只能產生幾克的力量，但是理論上它們可以運作多年而不間斷，從而使得航天飛船可以達到非常高的速度。NASA劉易斯研究中心的詹姆斯·索榮說，離子發動機可以使人們切實完成對天王星和海王星的探索任務，同時將會獲取比20世紀B0年代的“旅行者2”號更多的數據。

其他的推進器

然而，離子發動機并不是唯一被考慮用于探索太陽系的空間驅動器。霍爾效應推進器也可以給離子加速，但是沒有電柵。它們部分采用徑向磁場來指引離子，并且能產生更大的推進力。NASA劉易斯中心的羅伯特·楊柯夫斯基測試了一個50千瓦的版本，發現研究模型與離子發動機的推進劑同樣有效。目前這一技術主要應用在近地空間，如果其功能得到改善，它們可以用于其他領域。

現在，美國政府已經在一個典型的有效載荷上使用了此類發動機。而計劃提供管帶和全球電信服務的特里德西克公司，也會在其衛星群上使用霍爾效應推進器。

光伏電池如今已經被用于給所有的近地軌道衛星提供能量，并且它們的功能還在進一步完善：NASA已經致力于開發一種新的包含無數可以把光線聚焦到光伏材料上的小鏡頭的設計，“外太空1”號正在測試這種類型。人們還希望，太陽能發電可以被用來提供更直接的推動力。美國空軍已經斥資4800萬美元實施一個4年計劃，用以研發太陽能驅動的最后的火箭段，它可以只用化學火箭發射成本的一小部分就把衛星從低軌道移送至靜止軌道上。

太陽軌道轉移飛行器用輕型的鏡子把太陽光轉移到石墨板塊上，可以使溫度達到2100℃，并使儲存的液氫蒸發，迅速擴張的氣體便會提供推進力。這一技術需要花費3星期～8星期的時間才能把一個典型的有效載荷推進到地球靜止軌道，但是它的質量很輕，這意味著衛星能夠用一個比較小型的火箭進行發射。

波音公司的項目執行經理托馬斯·克斯勒指出，使用這一技術可以將發射費用節約數千萬美元。但是，太陽的作用也只能發揮這么多，如果要探索比木星更遙遠的行星，利用太陽能就變得很困難。

探索木星的“伽利略”計劃和探索土星的“卡西尼”計劃都采用的是放射性同位素熱發電機，利用钚238衰變產生的熱量來制造少量電力。但是，這種技術目前還不能大規模地用以產生更大的熱量。許多航天迷認為，能夠在太空中運作的核反應堆可以解決這一問題。然而，由于核反應堆的運作會產生一些放射性廢物，主張利用空間核動力的支持者正在提出一種設計，這種設計可以在化學火箭上發射并且將一直處于休眠狀態，只有在到達遠離地球的安全位置后它們才能被激活，因此它們并不會構成威脅，從而避免核泄漏事故。有估計表明，核能驅動的火星旅程只需要花費100天的時間，差不多是化學火箭預計要花費時間的一半。

NASA的首席技術專家塞繆爾·文內里指出，反應堆可以提供電力以在火星上設立基地。反應堆可以用多種方式產生推動力，詹姆斯·鮑威爾描述了一個可以直接產生推動力和進行短期密集爆裂的反應堆，并指出這種設計可以使人們把巖石樣品從冥王星帶回到地球。

把熱量轉化為電力從而給離子驅動器提供能量有多種不同的可應用的計劃，比如霍爾效應推進器和一種新型的電力推進劑。NASA先進空間推進系統項目前任經理加里·班尼特指出：“你可以混合使用不同的反應堆和推動理念。”

然而，任何與核能有關的東西意味著太空反應堆將會面對巨大的政治障礙。令公眾感到費解的是。NASA似乎并沒有在這個領域做過更多的努力。把我帶到飛船上去

不管空間核動力最終是否被開發。具有創造性的工程師和科學家對于未來進一步探索太陽系仍然充滿樂觀。

NASA前高層，現為一名咨詢師的伊凡·貝基認為，只要付出持續不斷的努力，就可以在未來40年內把發射成本從每千克2萬美元降低到每千克2美元。他甚至預言在10年內，逐步完善的、可以完全重復使用的單節進軌發射器就可以把成本降低1／10，而結合超音速發動機、火箭推進技術以及新的高能推進劑，便可以把速度再降低1／10。(貝基估計，可以1年飛行1000次可重復使用的單節進軌飛行器，也可以把飛行成本降低到每千克200美元。)

貝基指出，采用磁懸浮彈射器的裝備，可以把火箭飛船像磁懸浮列車一樣停在軌道上。這種軌道一頭向上彎曲，可裝在山的一邊。由火箭驅動的飛行器可以先在軌道上加速，然后以聲速沿著著30°～40°的角度飛向天空。

在未來的20年里，貝基設想會研發出一種微波驅動的飛行器，這與倫斯勒理工學院的雷克·邁拉博所提出的設想異曲同工。這種飛行器的推動力來自所謂的磁流體動態作用力，當導電性液體或氣體通過電磁場時就會產生這種作用力。這一工程面臨著巨大的障礙，但是許多研究過這種原理的人都認為它在實踐中會行得通。因為射束能量意味著可以不用攜帶氧化劑或燃料，從而減少了地球引力的影響。貝基聲稱，激光或者微波驅動的航天器可以把發射成本降低到每千克20美元。

邁拉博和其他人認為，可以通過太空太陽能發電站網絡來給射束能量驅動的飛行器提供支持。從理論上講，在太空中設立能量站有許多優點：如果太陽照射到軌道上的它們所處的那部分位置時，它們就能接受到大量的光子。在一名叫做戴納·羅斯巴拉克的熱心人(他是加利福尼亞州代表和眾議院空間和航空小組委員會會長)的帶動下，NASA正在研究使太空能量站為地球上的用戶提供能量的提議。但是文內里認為，“過去的經濟不足以支撐”這種技術的應用，他還補充說，在低軌道中建造充氣式結構的能量站也能在某種程度上降低成本。

軌道式的太陽能空間站，看上去像電影《獨立日》中的外星人飛碟，它們的能量如果能被航天器用以穿越大氣層的話，會具有更多的經濟意義，這也是邁拉博的主張。

還有一些太空愛好者提出了使用繩子和長的連接電纜的可能性，它們在軌道上會有一些特殊的屬性。使得它們可以產生推動力。這種近乎怪異的想法并非毫無根據，因為遠離地球中心的物體如果要在軌道中運行的話，就必須保持一種比靠近地球的物體運行速度更慢的水平速度。因此，當處于不同高度的物體用幾百米長的繩子連接起來的話，強大的力量可以使其處于一種壓力狀態。其他的物理原理，特別是角動量守恒定律，就可以應用在被繩子拴住的物體上。結果就是，通過一些違反常理的力學現象，繩子可以像一個巨大的彈弓一樣在有效載荷間傳遞力，從而快速推動軌道之間的人造衛星。

然而文內里警告說，通了電的繩子雖然可以用來發電和產生提升力，但是預測和控制這種軌道中巨大的、多物體的系統仍然是個很大的挑戰。

太空繩理論甚至使得把整個地球沿著一條連接在赤道上某點的固定的線，與處于靜止軌道中的某一個衛星相連成為可能，爬升設備可以沿著這條繩子爬到36000千米內的任何高度，而只需要很少的能量。這樣的繩子現在還造不出來，因為它所要承受的力量要求它必須用一種比凱夫拉爾材料更能負重的材料，而目前凱夫拉爾材料只能用以制造一些小規模的繩子。

但是貝基指出，巴基管可以用于制作這種繩子。巴基管是一種微觀纖維結構，是將碳原子裝入直徑只有幾微米的管子中制作成的。他很有信心地預測說：“當我們學會怎樣把它們做成繩子并將它們綁在一起時，我們就能夠做出負重量是現有材料600倍的繩子。”如果這個設想能夠實現，太空繩理論就可以變為現實。到那個時候，一個與地球相對位置保持不動的繩子系統，就可以把發射成本降低到每千克2美元。

如果這樣的計劃還不夠有雄心的話，一些科學家甚至在考慮能夠將一艘載人太空飛船送到另一個星球的想法。在這方面最有影響力的想法是“光帆”。這樣的裝置也可能被用來在太陽系內運送貨物。也有人提出要挖掘核聚變的巨大的能量來推動太空探索事業的發展。盡管控制核聚變產生的有用的能量在地球上尚未實現，但是作為永恒的希望之泉，太空中的核聚變反應堆能夠提供到達太陽系任何地點的足夠的能量。其他研發推進技術的想法更為高瞻遠矚，并且有人也提出進行星際旅行：量子隱形傳態、蟲洞和動量消除法。

這些令人難以置信的想法似乎需要人們對物理學進行全新的認識，但以人類目前的知識還不能使這些理論實現。即便如此，認真的科學家也在繼續尋找可以把這些理論變為現實的方法。如果他們成功的話，將會徹底顛覆我們對宇宙的看法。

誰又能說，這些理論永遠不可能實現呢?

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隨著維珍銀河航空公司所研發的“白騎士2”號雙機身太空母艦在美國的首次成功試飛，人類離個人商業太空游的夢想又更近了一步。看來太空遨游未必只是一個夢。

從2005年開始，維珍銀河就開始接受太空游的預訂。目前，已經大約有250人與維珍銀河簽約，預約成為太空游乘客。目前。此種太空游團費為20萬美元起。分為3種預訂類型：第一種：確保為前100名進入太空旅行的游客，需要交付全款20萬美元(此種方式已結束)；第二種：確保為維珍銀河太空游運作第一年進入太空旅游的游客，也就是約前1000名游客。需要交付10萬美元～17.5萬美元不等的訂金；第三種：在前一種游客出發后便能立即出發，需要交付2萬美元的訂金。每一艘太空母艦上將承載6名乘客、2名駕駛員。所有乘客需花費3天的時間在NASTARCentre進行所需的訓練。必要的訓練包括：重力離心機訓練、無重力訓練等。所有的乘客在參加訓練之前都需要通過嚴格的體檢。