商業太空飛行實現 未來暑期旅遊打卡地是外太空嗎?
來源:科技日報
作者:吳 季
發布時間:2021-07-29
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  太空旅遊的目的不是為(wei) 了體(ti) 驗微重力,相反應盡可能使旅客避免長時間處於(yu) 微重力環境。微重力的環境一定會(hui) 出現在載人飛船入軌後以及與(yu) 太空旅館對接的前後。但是一旦旅客進入太空旅館,就應該擺脫微重力環境,盡情地觀賞地球和深邃的宇宙的景色。

  2021年7月20日,一定是人類探索太空曆史上值得紀念的一天。在這一天,美國藍色起源太空探索公司(以下簡稱藍色起源)成功實施了其成立以來第一次載人飛行。盡管飛行高度僅(jin) 為(wei) 107千米,但是其起飛和著陸的方式堪比一次小規模的載人航天任務。最為(wei) 值得紀念的是,這次飛行的乘客中,除了藍色起源的創始人傑夫·貝索斯和他的弟弟,以及他邀請的一位美國女飛行員外,還有一位付費乘客,因此這次飛行稱得上是人類曆史上第一次真正意義(yi) 上的全商業(ye) 太空飛行。1969年7月20日,是美國11號航天員代表人類第一次登上月球的日子。52年前的這一天,人類書(shu) 寫(xie) 了曆史,開辟了走出地球的新篇章。52年後,貝索斯希望開辟的是一段什麽(me) 樣的曆史呢?

  建立可持續發展的商業(ye) 生態

  從(cong) 70年代開始,美國政府首先將衛星通信領域向商業(ye) 開放。80年代中期,英國薩瑞大學開始用商業(ye) 器件製造衛星,首次降低了衛星製造業(ye) 的進入門檻,商業(ye) 衛星開始進入人們(men) 的視野。2000年以後,美國先後有3家公司——、藍色起源以及更為(wei) 著名的SpaceX,進入太空旅遊領域。但是很多人並不看好它們(men) 的未來。一部分人認為(wei) 載人航天風險極大,隻有政府才能確保萬(wan) 無一失。即使是政府載人航天任務,比如美國國家航空航天局(NASA)的航天飛機任務,還兩(liang) 次發生事故,致使14位航天員犧牲,商業(ye) 公司如何能確保萬(wan) 無一失?

  還有一部分人認為(wei) ,離開地球引力束縛需要極大的速度增量,因此太空飛行成本極高,根本不是個(ge) 人可以支付得起的,這就是為(wei) 什麽(me) 國際空間站在接收了7個(ge) 旅遊者後,就沒有後續旅遊者了。

  從(cong) 某種意義(yi) 上來說,這些擔心並不是沒有道理。

  首先,關(guan) 於(yu) 人員的安全性,商業(ye) 載人飛行與(yu) 政府載人航天計劃完全不同。政府載人航天計劃花的是納稅人的錢,航天員上天是在執行國家任務,因此必須做到萬(wan) 無一失。但商業(ye) 航天不同,遊客是自費購票,具有承擔風險的心理準備。參照商業(ye) 航空的標準,遊客與(yu) 駕駛員、乘務員同生死,共同承擔失事的風險,且有保險公司設立保險。因此,商業(ye) 太空旅遊項目,具有比政府載人航天任務更高的風險承受能力。不會(hui) 因為(wei) 個(ge) 別任務的失敗,造成整個(ge) 市場受到毀滅性的影響。

  其次是關(guan) 於(yu) 成本,這確實是一個(ge) 非常重要的問題。對政府載人航天任務而言,為(wei) 了確保萬(wan) 無一失,在研製過程中,從(cong) 設計、試驗到生產(chan) 都做了最全麵的考慮,包括大量的同構和異構冗餘(yu) 設計,各種加嚴(yan) 的地麵試驗,以及多種規避風險的措施等,所有這些往往都是不計成本的,這也是政府載人航天任務成本非常高的原因之一。目前國際空間站仍然對旅遊者開放,但一次飛行的報價(jia) 在5700萬(wan) 美元左右,居高不下。這樣的高成本既不符合市場需求,也無法做到根據市場需求而調整,因此是無法持續的,根本不能建立起一個(ge) 可以自我發展的商業(ye) 生態。而目前維珍銀河、藍色起源和SpaceX,最主要的技術突破和創新,都是為(wei) 了降低成本。它們(men) 分別采用了水平起飛水平著陸、單級單發動機火箭發射和陸上回收以及低成本多發動機並聯和海上回收等不同的技術方案,做到了火箭和載人艙最大限度的重複利用。此外,維珍銀河和藍色起源,都采取了先飛到100千米附近的臨(lin) 近空間作為(wei) 第一步太空旅遊的方案,以最大限度地降低成本,和剛好能進入太空的門檻為(wei) 目標,建立商業(ye) 生態。促使載人太空旅遊能夠由簡入繁、一步一個(ge) 腳印地發展起來。

  在近地軌道開設太空旅館

  將人送到100千米左右高度的太空邊界,並獲得幾分鍾的微重力環境體(ti) 驗,並不是維珍銀河與(yu) 藍色起源2個(ge) 公司創始人的最終目標。但是這個(ge) 目標的實現,可以為(wei) 他們(men) 建立起後續發展的基礎。那麽(me) ,他們(men) 後續的目標是什麽(me) 呢?

  下一個(ge) 目標,是近地軌道太空旅館。在幾百千米高的軌道上,以7.6千米/秒的速度運行,飛行器就不會(hui) 因地球的引力掉下來,這也被稱為(wei) 第一宇宙速度。2020年8月,美國曾發布藍皮書(shu) 《太空探索的新紀元》,其中明確將近地軌道向商業(ye) 太空旅遊開放。也就是說,美國商業(ye) 公司可以自行建造近地軌道的太空旅館,並在那裏開展太空旅遊業(ye) 務。

  這將是一個(ge) 什麽(me) 樣的旅館?首先它不會(hui) 是國際空間站那樣龐大的科研設施。其次,太空旅館或許會(hui) 通過自旋來製造人工的重力(實際上是自旋帶來的離心力)以避免微重力環境對人的生理影響。這裏必須要說明的是,太空旅遊的目的不是為(wei) 了體(ti) 驗微重力,相反應盡可能使旅客避免長時間處於(yu) 微重力環境,這可能是太空旅遊必須要考慮的因素之一。

  微重力的環境一定會(hui) 出現在載人飛船入軌後以及與(yu) 太空旅館對接的前後。但是,一旦旅客進入太空旅館,就應該擺脫微重力環境,盡情地觀賞地球和深邃的宇宙的景色,而不至於(yu) 因微重力環境產(chan) 生眩暈、嘔吐等生理反應,影響在太空中有限的幾天度假時光。

  更遠的目標是開展商業(ye) 月麵旅遊

  在近地軌道太空旅遊的基礎上,月球旅遊會(hui) 很快地發展起來。應該說,如果僅(jin) 是環月旅遊,目前人類的技術完全可以做到。SpaceX就以1.7億(yi) 美元的價(jia) 格將一艘飛往月球的星艦飛

  船(Starship)出售給了日本富商前澤友作,飛行任務預計在幾年後實施。但那是從(cong) 地球直接起飛,繞月球飛行數圈,再飛回地球。而比較容易的做法是以一艘來往於(yu) 地球近地軌道旅館和月球軌道之間的穿梭飛船接送旅客到月球實施環月旅遊。

  該飛船可以在月球軌道附近加注在月麵上生產(chan) 出來的燃料。這樣比將燃料從(cong) 地球表麵帶上來要便宜得多,可以極大地降低成本。但前提是要完成從(cong) 月壤中提取燃料的技術和在軌加注關(guan) 鍵技術的突破。幸運的是,這兩(liang) 項技術正是世界上很多新航天企業(ye) 正在努力的方向。

  更遠的目標,則是在月麵上建設月球旅店,開展商業(ye) 的月麵旅遊。

  通過持續多天的近地軌道旅遊,以及飛往月球的環月旅遊,人類已經可以獲得更大的視野。在國際空間站上,就有一個(ge) 360度的全景觀察窗。這次藍色起源公司的載人飛船上為(wei) 每一位乘客安排了一個(ge) 高度達1米的大觀景窗。所有進入過太空的航天員,對從(cong) 太空欣賞地球的美景都有難忘的經曆。特別是那27位阿波羅航天員,他們(men) 對從(cong) 那麽(me) 遠的距離欣賞地球有過很多論述:在那個(ge) 距離上,你已經看不到任何國家的邊界,也聽不到任何喧鬧和爭(zheng) 吵,地球就是一顆藍色的美麗(li) 行星在那裏孤獨的旋轉,那是我們(men) 人類的家園。我們(men) 人類或許是太陽係當中唯一的智慧物種,我們(men) 有責任將地球家園保護好,讓人類創造的燦爛文明得以永續發展。

  在2021年7月20日,這一切美好篇章的第一頁已經翻開。

  (作者係中國空間科學學會(hui) 理事長、中國科學院國家空間科學中心研究員)


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