普通人游太空的時代來了

文/ 楊宇光

北京時間7月11日22 時40 分，美國維珍銀河公司命名為“團(tuán)結(jié)號”的太空船二號亞軌道飛行器將公司70 歲的老板布蘭森，以及其他3 名乘客，連同2 名駕駛員送上86 千米的高空，完成了人類首次帶有乘客的亞軌道太空旅行。

加上此后藍(lán)色起源公司的“新謝潑德”首次乘組飛行也獲成功，意味著人類亞軌道太空旅行的大幕正式開啟，普通民眾進(jìn)入太空的時代到來了。

▲ 71 歲的冒險家布蘭森終于如愿以償

▲ 布蘭森在艙內(nèi)漂浮畫面

軌道旅游依然是億萬富豪的游戲

太空旅游并不是新鮮事物，早在2001年，美國億萬富翁丹尼斯·蒂托花了2000 萬美元，乘坐俄羅斯的聯(lián)盟號載人飛船奔赴國際空間站，進(jìn)行了為期8 天的太空之旅。

這樣的旅行并不僅蒂托一人，從2001年到2009年，這樣的旅行一共進(jìn)行了8 次，來自美國微軟公司的富豪查爾斯·西蒙尼，在2007年到2009年進(jìn)行了兩次這樣的太空旅行。

從半個世紀(jì)前美國完成阿波羅載人登月到現(xiàn)在，人類賴以進(jìn)入太空的火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)并沒有革命性進(jìn)步，性能最高的液氫液氧火箭發(fā)動機(jī)的比沖也只有400 多秒，這就決定了迄今為止只能依靠多級火箭進(jìn)入太空，再加上穿出大氣層需要克服的阻力，以及進(jìn)入環(huán)繞地球運(yùn)行軌道所必要的高度，一般能夠達(dá)到入軌要求的運(yùn)載火箭，雖然其入軌速度大約為7.8 千米/秒，但速度增量不會小于9.5 千米/秒。

當(dāng)前任何一種能夠載人進(jìn)入低地球軌道的運(yùn)載火箭，都要消耗數(shù)百噸推進(jìn)劑，而火箭技術(shù)和火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)的復(fù)雜性，工作環(huán)境的惡劣性，以及運(yùn)行過程中的各種危險，即便采用了可重復(fù)使用技術(shù)，進(jìn)入軌道的成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于火箭所消耗的推進(jìn)劑成本。

▲ 丹尼斯·蒂托乘坐飛船返回地球

另外，進(jìn)行軌道太空旅游的成本還不僅僅在于火箭，承載乘客的載人飛船的成本甚至比火箭更高。由于飛船需要維持乘客生命的環(huán)控生保系統(tǒng)，以及用于安全返回的推進(jìn)、防熱和降落傘等，再加上運(yùn)營過程中發(fā)射場、測控支持等方面的開銷，一貫以“低成本”標(biāo)榜自己的太空探索技術(shù)公司，也開出了超過5000 萬美元的軌道旅行價格。在可以預(yù)見的未來，軌道旅行依然僅僅是億萬富豪的游戲。

太空旅游兩方面最吸引人

太空旅游最吸引人的地方有兩個方面：一是體驗獨(dú)特的失重環(huán)境，二是在太空欣賞地球美景。

從這兩個方面來講，并不一定需要進(jìn)入環(huán)繞地球運(yùn)行的軌道才能實現(xiàn)。當(dāng)一個飛行器在大氣層內(nèi)利用火箭加速，并在火箭關(guān)機(jī)時達(dá)到3 倍聲速以上的速度，就有可能沖出大氣層，其最高點達(dá)到80 千米或100 千米以上。

在這個過程中，火箭關(guān)機(jī)后乘客就能體驗到數(shù)分鐘的失重感覺。而飛行器飛到最高點附近時，也能夠看到與在軌飛行航天員完全相似的場景：弧形的地球邊緣和漆黑的太空。

由于這一過程只需要達(dá)到1 千米/秒多一點的速度，因此，遠(yuǎn)比進(jìn)入軌道的火箭更容易實現(xiàn)，而飛行器再入大氣層的過程也沒有嚴(yán)重的氣動加熱，能夠較為安全地返回地面。

普通人進(jìn)入太空的最好選項

在維珍銀河公司和藍(lán)色起源公司嘗試開展亞軌道太空旅游業(yè)務(wù)前，人類已經(jīng)完成了數(shù)次亞軌道太空之旅，且都是由美國完成的。

上世紀(jì)60年代，蘇聯(lián)航天員加加林完成人類首次軌道飛行后，由于當(dāng)時美國的火箭運(yùn)載能力還不夠，但又急于送人上太空。因此，在1961年5月和7月，分別利用紅石運(yùn)載火箭將謝潑德和格里索姆乘坐的水星飛船送入亞軌道，其最高點分別達(dá)到187.5 千米和190.31 千米。由于亞軌道飛行的彈道特點，兩名航天員在返回時承受了超過身體重量10 倍的巨大過載。

▲ “太空船二號”與“白色騎士”號分離

▲ 本次飛行中的飛行員與搭乘“太空船二號”的機(jī)組成員合影

從上世紀(jì)50年代開始的X-15 火箭飛機(jī)計劃，由B-52 轟炸機(jī)作為母機(jī)在高空釋放，然后X-15 啟動火箭發(fā)動機(jī)，也在1963年實現(xiàn)了兩次高度超過100 千米卡門線的亞軌道飛行。

▲ “白色騎士”搭載“太空船二號”飛行

▲ “太空船二號”降落畫面

▲ 布蘭森下飛機(jī)后與孫女合影

藍(lán)色起源公司和維珍銀河公司分別采用了與半世紀(jì)前亞軌道飛行相似的技術(shù)路線。藍(lán)色起源公司的新謝潑德火箭采用傳統(tǒng)的垂直發(fā)射方式，并使用了較為先進(jìn)的液氫液氧發(fā)動機(jī)，火箭關(guān)機(jī)后與乘員艙分離，并利用發(fā)動機(jī)在返回時實現(xiàn)垂直著陸并回收重復(fù)使用。而乘員艙在攜帶旅客享受太空美景和失重體驗后，依靠降落傘和緩沖發(fā)動機(jī)實現(xiàn)安全著陸。

維珍銀河公司在亞軌道太空旅游方面始終堅持火箭飛機(jī)+載機(jī)高空投放的技術(shù)路線。早在2004年，以技術(shù)驗證為目的的白色騎士號載機(jī)就在高空投放太空船一號，并實現(xiàn)了超越卡門線的亞軌道太空飛行。

在技術(shù)驗證取得成功后，維珍銀河公司又研制了尺寸更大的太空船二號和白色騎士二號，用于真正的商業(yè)亞軌道太空旅游業(yè)務(wù)，可以承載2 名駕駛員和4 名游客進(jìn)入超過80 千米的高空。按照美國宇航局和美國空軍的標(biāo)準(zhǔn)，這已經(jīng)能夠取得航天員資格了，但距離國際公認(rèn)的100 千米卡門線還有一定距離。

維珍銀河公司在該項業(yè)務(wù)的開發(fā)過程中并不是一帆風(fēng)順。為了在安全性和高性能之間取得平衡，該公司采用了獨(dú)特的固液混合火箭發(fā)動機(jī)。它使用液態(tài)的一氧化二氮作為氧化劑，使用固態(tài)的端羥基聚丁二烯作為燃料，期間還為燃料的選擇發(fā)生過動搖。

最為嚴(yán)重的是2014年，由于駕駛員誤操作，火箭發(fā)動機(jī)還在工作時就打開了滑翔返回時才會用到的裝置，導(dǎo)致一名駕駛員喪生、一名駕駛員重傷和首架太空船二號墜毀的嚴(yán)重事故。經(jīng)過嚴(yán)格的事故調(diào)查和改進(jìn)后，命名為“團(tuán)結(jié)號”的第二架太空船二號才得以重返太空，并實現(xiàn)了首次承載旅客的太空之旅。

可以預(yù)見，隨著維珍銀河公司與藍(lán)色起源公司在亞軌道太空旅游方面的嘗試，該項技術(shù)會越來越成熟，成本會越來越低，以數(shù)萬美元到數(shù)十萬美元的價格去太空旅游。盡管時間非常短暫，體驗遠(yuǎn)不能和軌道太空旅游相比，但卻是普通人進(jìn)入太空的最好選項，會成為一個前景非常光明的產(chǎn)業(yè)。★