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2030年,普通中国人也能遨游太空?

2016年08月09日 09:27 来源于 财新网
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可以想象,未来的太空旅行可能将不是什么悲壮的浩大工程,而仅仅是一次舒舒服服的空中旅程,和坐一次飞机没什么差别
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▲太空旅游理查德·布兰森组合动力飞行器维珍银河。图片来自:Airpigz

  撰文 | 胡润泽

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  没在太空中看过地球,你肯定无法体验到那种壮观和感动。

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▲由中国航天员杨利伟在近轨道拍摄的地球

  正是这颗熠熠发光的“蓝色宝石”,孕育出了人类这个充满无限可能的生物种群。有幸见过这一奇景的人也为之深深震撼。

  但今天,要告诉你一个新消息:普通人上太空,获得这种体验,已经不远了!

  维珍银河:从普通客机到金太空旅游

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▲理查德·布兰森和他的飞机。图片来自:The Wall Street Journal

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  维珍银河?也许你不太了解,但你应该知道“老顽童”理查德·布兰森和他的维珍帝国。

  理查德布兰森十六岁那年选择辍学,一头扎进音乐产业,创立了维珍音乐。如今的维珍帝国旗下已经拥有 200 多家公司,跨越铁路、航空、娱乐各个产业。他本人也凭 50 亿美元的身价,在今年的福布斯全球富豪榜上排在 286 位。

  而维珍银河就是这 200 多家企业中的一家,它与 Scaled Composites 公司联合研发航天飞机,并在美国修建了游客中心,希望有一天把游客们带上亚轨道太空。自 2004 年创立起,他们已经成功研制出了多种飞行器,并进行了多次测试。

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▲游客中心。图片来自:维珍银河

  当然,最为大家所知的那是那个看上去怪异无比的“白骑士 2 号(WhiteKnightTwo)”:有双机身,佩戴四个涡轮发动机,和一副连体机翼的庞然巨物,中间还吊着另外一个小航天飞机。

  这种分体式的设计,利用运输机将飞船运送到一定的高度,再释放飞船,让他自己去完成任务。

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▲白骑士 2 号。图片来自:维珍银河

  那个小航天飞机的名字叫做“太空船 2 号”,就连接在机翼最中间的位置,安静地等候着试翼的那一刻。

  它装备有固液混合式火箭发动机,一次可运送 6 名游客。使用这种火箭推进器是让它可以即开即关,在紧要关头保证安全。

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▲快速前冲。图片来自:维珍银河

  当它返回地面时,强大的地心引力,以及穿越大气层产生的巨大摩擦力,对任何航天器来说都是一个严峻考验。

  而目前“太空船 2 号”的设计则是分别参考了返回舱和航天飞机的技术优点,前者对精度要求低,但对航天员有很大生理影响,后者有较好的减速效果,但对隔热、着陆精度都有较大要求。

  因此,太空船 2 号在返回时会先将自己交给地心引力,当到达一定速度后,改变机翼的形态,增加阻力,以求达到减速的目的。简而言之,通过机翼变形,维珍银河可以很好地控制速度,并在合适时机获得主动飞行的能力。

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▲机翼变形。图片来自:The Verge

  而就是这个“黑科技”的着陆技术,却成为了维珍银河到达成功之前的最重要障碍。

  2014 年,第一架太空船 2 号在其首次试飞的返航却在途中“夭折”了,造成飞行员 1 死 1 伤。而在那之后,维珍银河还未进行过一次完整的试飞。

  根据美国安全运输委员会(NTSB)的调查,当飞机在进入大气层时,飞行员在未达到预计速度情况下,强行改变了机翼形状,导致其最终失控。

  维珍银河也很快的拿出了解决方法:在机翼控制杆设置安全开关。

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▲空难现场。图片来自:The Verge

  据 The Verge 报道,维珍银河的一张太空游船票价值 25 万美元,约合 166 万人民币。美国明星如贾斯汀·比伯,水果姐凯蒂·佩里,都已经预定了维珍银河的船票。

  虽然表面上风光,但这个项目并不是顺风顺水,距离公司创办已经过去了 12 年,他们才最终得到了美国联邦政府的认可。

  维珍银河公司在博客上宣布,他们的“太空船 2 号(SpaceShipTwo)”正式取得了美国联邦航空管理局的营业牌照。这个牌照将直接允许这家航天飞机进行太空商业活动。

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▲太空船 2 号。图片来自:维珍银河

  对此,维珍银河副总裁 Will Pomerantz 表示:

  虽然太空船 2 号最终营业前还有许多工作要做,但(这个牌照)意味着我们想什么时候起飞,就可以什么时候起飞。最关键的许可证已经是我们的囊中之物了。

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▲蓝色地球。图片来自:维珍银河

  换句话说,维珍银河在成为一家太空旅游公司的路上已没有任何法律法规上的障碍,距离载着土豪和明星们上天,只差临门一脚。

  中国制造,很可能更先进!

  在开发民用太空产品的道路上,维珍银河当然不是唯一的玩家。

  据科技日报报道,中国的组合动力飞行器已经正式进入研发阶段,但尚不清楚这一飞行器会采用何种设计。从目前的描述来看,中国的飞行器可能比维珍银河的更加先进,综合三种引擎,并可能采用一体设计。

  在一体式组合动力飞行器领域,先行者是英国的 SKYLON 飞机(由英国公司 Reaction Engines Limited 设计),他们敢于这么做是由于掌握了引擎切换技术,以及革命性的吸气式引擎(air-breathing engine),其携带的两个 SABRE 引擎可以实现“吸气模式”和“火箭模式”的切换,产生不同的推力。

  中国要使用的引擎不太可能与 SKYLON 类似,但却有可能采用相同的一体式设计。

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▲SKYLON 效果图。图片来自:SKYLON

  中国航天科技集团公司一院研发中心副总研究师张永称,中国的组合动力飞行器将集成火箭发动机、冲压发动机、航空发动机三种动力模式,在推进过程中可以互为补充。

  在起飞时,飞机使用普通飞机所配备的涡轮发动机;当到达一定的速度后,再使用冲压发动机进行高速冲刺;等到了高层大气,空气稀薄,需要氧气支持的前一种发动机已经不再适用,这时再点燃最后的火箭发动机。

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▲SKYLON 效果图。图片来自:SKYLON

  目前,中国航空航天科技的中坚力量,如中国运载火箭技术研究院(中国航天科技集团公司第一研究院)、航天推进技术研究院(中国航天科技集团公司第六研究院)等都有参与。

  由于研究刚刚开始,科研人员并未向外透露更多的技术细节,但根据当前中国的技术储备来看,研究将不会遇到太大的困难。

  中国航天科技集团公司第六研究院院长谭永华表示,我国在可重复使用火箭上已取得关键突破,而且最新研制出的新一代液体火箭发动机已具备一定的重复使用能力。

  此外,据科技日报,通过压缩与燃烧空气制造动能的冲压发动机,也已进入实际应用阶段。目前,我国的自主技术可以将速度提到 4.5 倍音速。

  从参数来看,中国的组合动力飞行器很有可能会再次实现“后来者居上”。

  坐“飞机”上太空,关键在于便宜?

  不管是维珍银河还是中国的组合动力飞行器,都抛弃了单一火箭推进的方式,转而采用组合动力。在应用上,它门槛低、成本低,并且高度安全,即便乘客没有接受过航天训练,也不会有任何问题。

  这些优点和起飞方式有关。这类飞行器可以像最普通的民航飞机一样在普通机场进行起降,并可以实现飞行器的重复利用。反观传统的采用火箭推进的航天器,其对发射场的地理、天气条件有极高要求,而且无法回收。

  这样一来,进行太空旅行的成本就大大降低了。

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▲中国的太空探索。来源:CNSA

  此外,这种渐进式的推进方式保证可以保证乘客的舒适性,而不会因为载荷过大造成生理上的危险。以往的航天单纯依靠火箭动力,由于加速太快,航天员会承受极大载荷,严重会出现晕厥、意识混乱等情况。因此,想成为航天员,长年累月的训练是无法绕过的。

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▲中国火箭。图片来自:BBC

  据中国航天科技集团公司一院研发中心副总研究师张永介绍,这种航天器的载荷仅在 2 个重力加速度以内,与普通民航飞机完全相同。

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▲NASA 用波音 747 运输航天飞机。图片来自:Pics About Space

  可以想象,未来的太空旅行可能将不是什么悲壮的浩大工程,而仅仅是一次舒舒服服的空中旅程,和坐一次飞机没什么差别。

  坐“飞机”上太空,对人类的意义不只是旅游

  可能几年前,太空旅游这个词还有浓重的科幻感,而今天,人们突然已经不再研究它可行不可行,而都在讨论,这一天到底何时会来。

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▲飞行中的白骑士 2 号。图片来自:维珍银河

  中国航天科技集团公司一院研发中心副总研究师张永表示,我国计划用 3 至 5 年时间掌握组合动力飞行器相关关键技术,预计在 2030 年左右实现亚轨道应用和入轨应用。

  到那时,不只是亚轨道空间的旅游,这种飞机可能可以直接将游客送入轨道,获得的体验与在国际空间站无异。

  中国运载火箭研究院(中国航天科技集团公司第一研究院)的设计师杨旸则说,既然组合动力航天器可以载人,那肯定也可以发射卫星。所以,未来这项技术也有可能被应用在空间探索,太空运输上。

  除了目前还差临门一脚的维珍银河以外,如 XCOR 这样的初创公司,也在尝试其他的方案。未来的太空旅游市场可能会非常热闹。

  当理论、技术、产品都不存在障碍,那你的疑惑还可能来自哪里呢?维珍银河在官方主页上问了一个有趣的问题:为什么普通人要上太空?

  人类空间探索发展到现在,共把 555 个人送上太空,大多数航天员都表示,太空旅程让他们经历了一种人格上的转变,一种所谓的“宏观效应(Overview Effects)”。

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▲宇宙之光。图片来自:Marshall

  当你在漆黑而深邃的宇宙中回望蓝色的地球,它就像一个易碎的宝石,所有地球上的一切都是那么渺小,那么微不足道。

  维珍航空说,这个世界上极少有人有机会欣赏这一奇观,甚至一辈子都无法遇到一个可以与你面对面讲述这一经历的人。而这一代航天人要做的,就是把这种体验带给整个社会,教育并启发世世代代的地球人。

  毕竟,我们目前只有“一个”地球。

  本文首发于ifanr爱范儿网站,《知识分子》获授权刊载。

  《知识分子》是由饶毅、鲁白、谢宇三位学者创办的移动新媒体平台,致力于关注科学、人文、思想

责任编辑:崔筝 | 版面编辑:邱祺璞
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