太空船二號：折翼與復(fù)飛

文/遲惑

2018年4月，美國維珍銀河公司的太空船二號第二架樣機(jī)“團(tuán)結(jié)”號實(shí)現(xiàn)了首次飛行，這是2014年太空船二號的第一架樣機(jī)“企業(yè)”號墜毀之后，這家公司重新投入資金研發(fā)的。從外觀上看，“團(tuán)結(jié)”號與“企業(yè)”號沒有明顯的區(qū)別，因此我們似乎可以做出這樣的判斷——維珍銀河公司認(rèn)為，“企業(yè)”號的設(shè)計(jì)基本上是合理的，只是存在有限的問題，要做一些調(diào)整。

謹(jǐn)慎的“團(tuán)結(jié)”號

這次飛行成功的“團(tuán)結(jié)”號其實(shí)早已開工建造，當(dāng)“企業(yè)”號失事的時(shí)候，“團(tuán)結(jié)”號已經(jīng)完成了65%的工作。“企業(yè)”號的教訓(xùn)給了“團(tuán)結(jié)”號改進(jìn)的方向，在尾翼控制系統(tǒng)上增加了安全設(shè)施。直到2016年2月，“團(tuán)結(jié)”號才正式亮相，“維珍銀河”的后臺老板布蘭森親自揭幕。不過，直到這一年的9月，這架飛機(jī)都沒有投入飛行試驗(yàn)，而是一直在進(jìn)行所謂的“集成飛行器地面測試”。美國聯(lián)邦航空管理局檢查了維珍銀河公司的改進(jìn)措施，認(rèn)為合理有效，于是向“團(tuán)結(jié)”號頒發(fā)了適航證書，允許它進(jìn)入飛行試驗(yàn)。

到了2016年9月8日，“團(tuán)結(jié)”號終于掛在白衣騎士二號上升空，但也僅僅是掛著升空而已。到了12月初，“團(tuán)結(jié)”號才嘗試著從白衣騎士二號上分離，滑翔著陸。到2017年7月，“團(tuán)結(jié)”號先后進(jìn)行了多次滑翔試驗(yàn)，看起來控制系統(tǒng)這次沒有什么問題了。理查德·布蘭森親自要求3周內(nèi)進(jìn)行動(dòng)力飛行試驗(yàn)。不過技術(shù)團(tuán)隊(duì)還是不敢冒進(jìn)，9月的時(shí)候才完成動(dòng)力系統(tǒng)測試，還要再進(jìn)行幾次滑翔試驗(yàn)。2017年10月，布蘭森再次要求，3個(gè)月內(nèi)進(jìn)行太空飛行，6個(gè)月內(nèi)，他要親自進(jìn)入太空！工程團(tuán)隊(duì)雖然不敢讓大老板這樣去冒險(xiǎn)，但也加快了速度。到2018年1月，“團(tuán)結(jié)”號已經(jīng)完成了7次高速滑翔。

2018年4月5日，考驗(yàn)的日子來了。上午8點(diǎn)2分，“團(tuán)結(jié)”號在飛行員馬克·史塔基和副駕駛戴夫·馬基駕駛下，用白衣騎士二號掛載著升入藍(lán)天。飛機(jī)很快爬升到14000米高空，“團(tuán)結(jié)”號與載機(jī)分離。幾秒鐘后，“團(tuán)結(jié)”號的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，馬克·史塔基拉起機(jī)頭，以80°的陡峭坡度爬升，30秒后，“團(tuán)結(jié)”號達(dá)到了馬赫數(shù)1.87的高速。這次，副駕駛和飛機(jī)都沒有出婁子。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)的時(shí)候，“團(tuán)結(jié)”號已經(jīng)達(dá)到了25000米的高度。飛行員解鎖了尾翼控制系統(tǒng)，兩個(gè)垂尾向上翻起，達(dá)到了60°的設(shè)計(jì)工作角度。飛機(jī)高速下降，到15000米高度的時(shí)候，垂尾控制系統(tǒng)再次動(dòng)作，減小了翻起的角度。然后發(fā)動(dòng)機(jī)把剩余的氧化劑噴出，繼續(xù)滑翔，回到莫哈維沙漠機(jī)場的跑道上著陸。

▲ “團(tuán)結(jié)”號準(zhǔn)備出發(fā)試飛

▲ “團(tuán)結(jié)”號的試飛團(tuán)隊(duì)

▲ 布蘭森親自為團(tuán)隊(duì)打氣

這次飛行意味著維珍銀河公司總算從4年前的事故中恢復(fù)過來了。雖然“團(tuán)結(jié)”號還沒有真正進(jìn)入太空，但至少尾翼控制系統(tǒng)的工作正常，下一步可以沖擊更高的速度和高度了。就在改進(jìn)和試驗(yàn)的這4年里，維珍銀河公司的營銷部門也沒有閑著，他們把推銷對象從土豪擴(kuò)大到了科研機(jī)構(gòu)。世界上有不少小型科研機(jī)構(gòu)希望能在微重力環(huán)境下開展一些科學(xué)研究，但空間站和宇宙飛船上的搭載機(jī)會(huì)非常難得，而且很多研究也不需要那么長的飛行時(shí)間。這些機(jī)構(gòu)也沒有錢修建固定的微重力塔，亞軌道飛機(jī)為他們提供了一個(gè)可以接受的選擇。如果按照20萬美元的機(jī)票價(jià)格，就算包船也只需要120萬美元。幾分鐘的失重時(shí)間完全可以開展一些物理學(xué)方面的試驗(yàn)了。

有意思的是，第一個(gè)簽合同的科研機(jī)構(gòu)并不是來自哪個(gè)小國，而是來自發(fā)達(dá)國家——意大利航天局。意大利作為一個(gè)有能力制造空間站艙段的國家，同樣面臨著空間試驗(yàn)機(jī)會(huì)不夠的問題。根據(jù)合同，意大利航天局將在2019年用太空船二號的某一架，從莫哈維機(jī)場起飛，實(shí)施科研任務(wù)。意大利航天局長表示：“航天事業(yè)正在飛速變化，意大利航天局要適應(yīng)變化，利用新的技術(shù)和手段來開展科研工作。太空船二號上的時(shí)間可以為有效載荷研制提供寶貴的數(shù)據(jù)，為意大利航天局在‘太空騎士’航天飛機(jī)上的工作打下基礎(chǔ)，這將是歐空局研制的一種可重復(fù)使用航天飛行器?！?/p>

兩個(gè)機(jī)身的奇怪飛機(jī)

用來發(fā)射太空船一號的“白衣騎士一號”是一種兩個(gè)機(jī)身的奇特飛機(jī)。自從航空技術(shù)出現(xiàn)以來，一直有人試圖制造雙機(jī)身飛機(jī)，雖然成功的樣機(jī)很多，但都沒有投入實(shí)際使用。其中的原因各式各樣，不過新概念航天發(fā)射可能給這種奇怪的飛機(jī)帶來真正的應(yīng)用前景。

▲ Conroy Virtus打算用雙機(jī)身飛機(jī)來運(yùn)輸航天飛機(jī)軌道器

▲ 意大利航天局已經(jīng)預(yù)定了團(tuán)結(jié)號的飛行服務(wù)

▲ 同溫層發(fā)射系統(tǒng)的“大鵬”飛機(jī)是目前世界上最大的雙機(jī)身飛機(jī)

早期的雙體飛機(jī)，主要是為了提高航程和運(yùn)載能力。二戰(zhàn)時(shí)期，德國、美國、意大利都試圖在現(xiàn)有戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)身和機(jī)翼基礎(chǔ)上，搞出一種雙機(jī)身的戰(zhàn)斗機(jī)，來提高航程和滯空時(shí)間。其中美國人在著名的P-51野馬戰(zhàn)斗機(jī)基礎(chǔ)上搞了一種叫做F-82的型號。當(dāng)時(shí)正值二戰(zhàn)末期，美國陸軍航空隊(duì)的B-29轟炸機(jī)要從太平洋島嶼上起飛去轟炸日本本土，卻沒有任何一種戰(zhàn)斗機(jī)能跟得上B-29的航程，所以B-29機(jī)群基本上是裸體飛臨日本上空的。幸虧日本的防空力量極其薄弱，B-29可以用自己的強(qiáng)大機(jī)槍火力自衛(wèi)。如果日本人擁有納粹德國那樣優(yōu)秀的戰(zhàn)斗機(jī)，對日轟炸的效果可能就沒那么好了。

為了解決這個(gè)問題，美國人把P-51野馬戰(zhàn)斗機(jī)二合一，研制出了一種達(dá)到2000多公里的遠(yuǎn)程戰(zhàn)斗機(jī)F-82。不過當(dāng)它服役的時(shí)候，二戰(zhàn)已經(jīng)基本結(jié)束了。但F-82沒有下馬，而是制造了272架，還參加了朝鮮戰(zhàn)爭。據(jù)說美國空軍在朝鮮戰(zhàn)爭的第一批戰(zhàn)果就是F-82取得的。

▲ F-82是此前唯一投入實(shí)用的雙機(jī)身飛機(jī)

到了70年代，雙機(jī)身飛機(jī)的想法首次進(jìn)入航天領(lǐng)域。一名叫做約翰·孔利的人設(shè)計(jì)了一種超級雙機(jī)身飛機(jī)conroy virtus,用兩個(gè)B-52轟炸機(jī)的機(jī)身聯(lián)合起來。它的任務(wù)不是航天發(fā)射，而是給航天飛機(jī)提供轉(zhuǎn)場運(yùn)輸服務(wù)。具體方案，是把航天飛機(jī)掛在兩個(gè)機(jī)身中間的橫梁上起飛，抵達(dá)目的地附近時(shí)，把航天飛機(jī)扔下去，讓它自己滑翔著陸。這個(gè)瘋狂的想法雖然沒有實(shí)現(xiàn)，但美國宇航局一度很嚴(yán)肅地考慮過其可行性。

雙機(jī)身飛機(jī)用于航天發(fā)射，最大的優(yōu)點(diǎn)就是連接兩個(gè)機(jī)身的中間橫翼。目前世界上唯一投入業(yè)務(wù)運(yùn)行的空射運(yùn)載火箭“飛馬座”是用B52轟炸機(jī)攜帶上天的。火箭掛在飛機(jī)的一側(cè)機(jī)翼下方。這就意味著火箭的重量不能太大，否則飛機(jī)的控制系統(tǒng)無法糾正自己向一邊偏倒的姿態(tài)，不能正常飛行。還有一些小企業(yè)提出了用公務(wù)機(jī)腹部掛載小型火箭發(fā)射小衛(wèi)星的設(shè)想，但是這樣的火箭就更小了，至少不能在起飛的時(shí)候擦到地面。雙機(jī)身飛機(jī)避免了上述兩種不足，無論攜帶多重的火箭，載荷都位于飛機(jī)的正中間，不會(huì)造成偏倒的力矩。而橫翼的高度比較大，火箭的直徑至少可以和機(jī)身一樣大，甚至略大一些。這就給發(fā)射比較大的載荷提供了良好的條件。

▲ 太空船二號要從白騎士二號上下落一段距離再點(diǎn)火

▲ 太空船二號的飛行流程

▲ 太空船二號向鄰近空間爬升的想象圖

不過雙機(jī)身飛機(jī)也存在自己的問題，就是太大太寬。

白衣騎士二號的翼展達(dá)到43米，和B-29轟炸機(jī)一樣，只有大型機(jī)場才有這么寬的跑道。但是一般大型機(jī)場的業(yè)務(wù)都比較繁忙，哪里有空閑留給雙機(jī)身飛機(jī)用呢？但航天發(fā)射不需要豪華的候機(jī)樓和方便的公共交通，可以在專用的、起降頻率比較低的沙漠機(jī)場進(jìn)行，比如美國的莫哈維沙漠機(jī)場。

白衣騎士二號的載重量達(dá)到17噸，已經(jīng)算得上是一種不小的飛機(jī)了，但還有比它更大的。由微軟聯(lián)合創(chuàng)始人保羅·艾倫投資建造的全球最大的雙機(jī)身飛機(jī)同溫層發(fā)射系統(tǒng)，最大起飛質(zhì)量達(dá)到600噸，載重230噸。它裝有6臺美國普惠公司的PW4062渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)——是從兩架退役的波音747-400客機(jī)上拆下來的。據(jù)說，同溫層發(fā)射系統(tǒng)的首選發(fā)射對象就是軌道科學(xué)·ATK公司的“飛馬座”，這需要我們另起一文來討論了。

▲ 據(jù)說太空船二號上可以看到這樣的景象

然而這里還有另外一個(gè)問題。除了美國，其他國家還沒有能力制造出大型雙機(jī)身飛機(jī)來。歐洲的空客公司雖然設(shè)想了一種雙機(jī)身客機(jī)，但也僅僅是設(shè)想而已，并且不是用作航天發(fā)射的。因此，在很長的一段時(shí)間里，這種雙機(jī)身航天發(fā)射載機(jī)，只能是美國人獨(dú)享的玩具了。

土豪的世界我們不懂

1996年，一家叫做“太空旅游協(xié)會(huì)”的組織在美國成立，不過沒有多少人關(guān)心這個(gè)消息。直到2001年蒂托成為世界上第一位太空游客，太空旅游成為一種新的航天業(yè)務(wù)。雖然在那之后，只有寥寥數(shù)人真的成為太空游客，諸多以太空旅游為業(yè)務(wù)發(fā)展方向的企業(yè)卻鍥而不舍。特別是亞軌道飛行企業(yè)，雖然迄今還沒有為哪怕一位乘客提供過真正的亞軌道旅游服務(wù)，但卻一直沒有斷了投資和研發(fā)。

▲ 據(jù)說太空游客可以在“團(tuán)結(jié)”號里這樣待著

那么，亞軌道太空旅游到底有人愿意買單嗎？

早在2000年3月，一位名叫帕特里克·柯林斯的人預(yù)測，如果商界向太空旅游業(yè)投資120億美元，那么太空旅游產(chǎn)業(yè)將從2010年開始爆發(fā)，每年都會(huì)增加10萬游客。2017年全球會(huì)有70萬人參加太空旅游?，F(xiàn)在看來，他的估計(jì)顯然是太樂觀了。

到了2015年，維珍銀河公司興高采烈地宣布，2016年將是太空旅游的啟動(dòng)之年。當(dāng)時(shí)這家公司已經(jīng)預(yù)售了700張票，每張票不到10萬美元。然而時(shí)間過了兩年，他們才剛剛能夠恢復(fù)試驗(yàn)飛行?？磥磉@個(gè)“啟動(dòng)之年”還要等一等。不過諸多游客似乎并不著急自己的錢能不能要回來，我們看看這些人的名字就知道原因了：影星湯姆·漢克斯、阿什頓·庫徹、布拉德·皮特、安吉麗娜·朱莉，歌星凱蒂·佩里，澳大利亞首席科學(xué)家艾倫·芬克爾……。

在“維珍銀河”之外，曾經(jīng)還有一家叫做XCOR的公司也打算經(jīng)營亞軌道旅游業(yè)務(wù)。他們的方案和“維珍銀河”不一樣，是用一種有點(diǎn)像航天飛機(jī)的小飛機(jī)，叫做“猞猁”。它可以像普通飛機(jī)一樣水平起飛、水平降落，由一名飛行員駕駛，帶著一名乘客抵達(dá)100公里的高度去體驗(yàn)一下失重，收費(fèi)15萬美元。但是這個(gè)型號一直沒能投入使用，公司在2017年破產(chǎn)。

那么，“維珍銀河”能夠堅(jiān)持下去嗎？從投資人的情況看，“維珍銀河”的前景似乎還是樂觀的。它的老板布蘭森爵士是有名的英國富豪。這位天生的企業(yè)家名下有400家企業(yè),專業(yè)領(lǐng)域無所不包，到2018年4月的個(gè)人財(cái)產(chǎn)大約是46億美元。布蘭森在“維珍銀河”的投資大概是1億美元，只占他財(cái)產(chǎn)的一小部分。也就是說，商業(yè)航天對他來說，賺不賺錢都不重要，只要開心就好。事實(shí)上，布蘭森經(jīng)常出席商業(yè)航天的有關(guān)會(huì)議，為馬斯克等人打氣。他自己也很少討論“維珍銀河”公司什么時(shí)候可以盈利。所以，只要他能對航天保持好心情，“維珍銀河”和太空船二號的試飛就不會(huì)受到什么影響。不但如此，阿聯(lián)酋的阿巴投資集團(tuán)先后向“維珍銀河”投入了總計(jì)3.8億美元。所以，“維珍銀河”在建立以來的14年里，從來沒有缺過錢。

當(dāng)然，其他商業(yè)航天公司并沒有采用亞軌道飛機(jī)的方案。藍(lán)色起源公司雖然也在搞亞軌道飛行，但發(fā)射的是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的運(yùn)載火箭和飛船。這里的原因，是亞軌道飛機(jī)的應(yīng)用潛力比較有限。在可預(yù)見的未來，亞軌道飛機(jī)還不可能真正進(jìn)入地球軌道，更不可能像航天飛機(jī)那樣天地往返。所以，維珍銀河公司也在考慮真正的運(yùn)載火箭“發(fā)射器一號”，甚至為此成立了一家新公司維珍軌道，但是他們并沒有提出載人火箭的計(jì)劃。或許，布蘭森爵士志不在此吧。