航天科普:太空旅遊怎麽去,飛多高,玩什麽
來源:賽先生
發布時間:2021-07-19
瀏覽次數:1247

撰文 | 龐之浩(全國空間探測技術首席科學傳(chuan) 播專(zhuan) 家)

今年7月11日,英國維珍銀河航天公司的老板布蘭(lan) 森、2名駕駛員以及3名公司的有關(guan) 人員,搭乘自己公司的白騎士2號/太空船2號亞(ya) 軌道航空航天飛機(簡稱空天飛機),率先成功進行了亞(ya) 軌道飛行。此舉(ju) ,在全球產(chan) 生了巨大影響,拉開了亞(ya) 軌道商業(ye) 太空旅遊新時代的序幕。

布蘭(lan) 森在太空船2號艙內(nei) 體(ti) 驗失重

1
太空旅遊掀起新的高潮

目前,開展太空旅遊的關(guan) 鍵是如何在保證安全的前提下降低費用。在這方麵已有許多方案。例如,曾有人提出把美國航天飛機的大貨艙改裝成可乘坐74人的“太空客機”,那樣每張機票的票價(jia) 隻要360萬(wan) 美元,但後來沒有實現,而且即使實現了,能承受的人仍然屈指可數。

從(cong) 目前看來,由於(yu) 亞(ya) 軌道太空旅遊的技術難度和旅行費用都較低,安全性和舒適性也較好,所以比較可行。因此,美國藍色起源公司和英國維珍銀河航天公司等公司,現在都正積極準備開展亞(ya) 軌道太空旅遊業(ye) 務,並已研製出相應的飛行器。

英國維珍銀河航天公司采用的方案是通過白騎士2號航空飛機在空中發射太空船2號亞(ya) 軌道航天飛機,把遊客送入亞(ya) 軌道。其特點是兩(liang) 個(ge) 飛行器都是水平起降,並且均可重複使用,飛一次的時間為(wei) 1.5小時左右。美國藍色起源公司則采用傳(chuan) 統的載人飛船的方式開展亞(ya) 軌道太空旅遊,用新謝潑德號火箭發射新謝潑德號飛船(也叫乘員艙)。其特點是兩(liang) 個(ge) 飛行器都是垂直起降,也都能重複使用,飛一次的時間為(wei) 10分鍾左右。

英美宇宙飛船合資公司已為(wei) 英國維珍銀河航天公司建造了至少5架太空船2號亞(ya) 軌道航天飛機、2架白色騎士2號航空運載飛機。最初將每周飛行一次,以後可能增加到每兩(liang) 天飛一次甚至每天飛行一次。據稱,維珍銀河航天公司已收到700多張座位票的預訂金,平均每張票價(jia) 在20~25萬(wan) 美元。該公司預期將在2022年全麵開啟商業(ye) 太空旅行業(ye) 務,並最終有望將票價(jia) 降到4萬(wan) 美元左右。

7月11日,維珍銀河航天公司的太空船2號完成測試飛行後返回地麵

另一個(ge) 令人關(guan) 注的亞(ya) 軌道太空旅遊活動即將開始。今年7月20日,美國藍色起源公司的老板貝索斯和他的兄弟以及另外兩(liang) 名乘客,將乘該公司的新謝潑德號亞(ya) 軌道飛船以無人駕駛的方式前往太空邊緣,飛行高度約100公裏。

貝索斯認為(wei) 其新謝潑德號亞(ya) 軌道飛船好於(yu) 英國維珍銀河航天公司的太空船2號亞(ya) 軌道航天飛機,因為(wei) 新謝潑德號可以自動飛行,不用航天駕駛員,所以效益更高。貝索斯還嘲笑布蘭(lan) 森的太空船2號就是一架高空飛機,所以飛不上100公裏高的卡門線,且窗戶小還不環保。藍色起源公司指出,自家用的是火箭,有逃逸係統,而維珍銀河用的是高空飛機,沒有逃逸係統;自駕的飛行器排放的廢物是水,對臭氧層的影響小,而維珍銀河飛行器發動機所采用的推進劑對臭氧層的危害是藍色起源的100倍;而論及觀賞地球風景,藍色起源的飛行器擁有太空中最大的舷窗,尺寸是107cmX71cm,而維珍銀河是飛機窗戶的尺寸。

不過,新謝潑德號亞(ya) 軌道飛船從(cong) 發射到著陸隻用10分鍾時間,不知這對乘客的身體(ti) 是否影響如何?超重負荷是否過大?雖然新謝潑德號此前進行了15次試飛,並從(cong) 卡門線以上返回,而且都成功了,但都是無人飛行。藍色起源公司還在開發一種重型可重複使用的運載火箭—— “新格倫(lun) ”,未來可將普通乘客送入環繞地球甚至更遠的軌道。

“新謝潑德”亞(ya) 軌道火箭與(yu) 飛船乘員艙分離

新謝潑德號亞(ya) 軌道飛船的窗戶很大

除了亞(ya) 軌道太空旅遊外,軌道太空旅遊也將重新展開。今年9月,美國太空探索公司計劃用該公司的 “載人龍” 軌道飛船把3名私人遊客和1名該公司培訓的航天員送上 “國際空間站”,讓他們(men) 在那裏生活至少8天。這項任務將是 “國際空間站” 首次完全商業(ye) 化運營的載人任務,也是第一批專(zhuan) 門的太空旅遊遊客任務。演員湯姆・克魯斯有可能是遊客之一。其票價(jia) 為(wei) 5500萬(wan) 美元左右。在美國,目前大約有75000個(ge) 家庭擁有這樣的經濟實力。

美國公理太空公司則計劃在 “國際空間站” 上建立了一個(ge) 觀景艙,使太空旅客可利用它來欣賞太空美景。該公司還獲得了美國航空航天局的批準,未來將把多個(ge) 商業(ye) 艙段對接到 “國際空間站” 上,即使在 “國際空間站” 退役後,這些艙段也可以並入公理太空公司的私營空間站,作為(wei) 太空旅行的樞紐。該公司的長遠目標是創建世界上第一個(ge) 商業(ye) 空間站。

美國公理太空公司設想的商業(ye) 空間站

老牌的美國太空探險公司計劃在2021年底用美國 “載人龍” 飛船把4名太空旅客送入環繞地球的軌道,進行3~5天的太空旅遊,但不會(hui) 停靠在 “國際空間站”上,而是在800~1000千米高的軌道上繞地球飛行。他們(men) 還準備於(yu) 近年用俄羅斯 “聯盟” 載人飛船把太空遊客送到“國際空間站”上觀光。

世界第一名太空遊客蒂托返回地麵

2
太空旅遊的4種方式

目前,太空旅遊主要有4種方式:飛機的拋物線飛行、接近太空的高空飛行、亞(ya) 軌道飛行和軌道飛行。

拋物線飛行並不是真正意義(yi) 上的太空旅遊,隻是讓遊客體(ti) 驗幾次太空失重的感覺。用失重飛機進行拋物線飛行,每飛一個(ge) 拋物線遊客可以體(ti) 驗半分鍾左右的失重。職業(ye) 航天員在訓練時也常采用這種方法體(ti) 驗失重。太空遊客如果乘俄羅斯的伊爾-76失重飛機體(ti) 驗地麵難以模擬的失重,費用是5000美元,但不包括到俄羅斯的往返機票的費用。

用失重飛機進行拋物線飛行可以體(ti) 驗短時間失重

接近太空的高空飛行也不是真正意義(yi) 上的太空旅遊,它是讓遊客體(ti) 驗一種極高空的感覺。當遊客乘飛機飛到18千米左右的高空時,乘客就可以看到下方地球的曲線和上方黑暗的天空,體(ti) 會(hui) 到一種無邊無際的空曠感覺。目前,能用來完成這種高空飛行任務的飛機有俄羅斯高米格-25、31戰鬥機,它們(men) 能飛到24千米左右的高度。這種旅遊每次飛行的票價(jia) 約1萬(wan) 美元,包括在莫斯科停留兩(liang) 天的費用。

今年,位於(yu) 美國佛羅裏達州的太空透視公司開始售賣能夠飛離地麵30多公裏的氣球太空艙船票。這張6小時環遊平流層的船票標價(jia) 12.5萬(wan) 美元,首發航班最早將於(yu) 2024年晚些時候啟程。遊客可在太空透視公司的網站先支付1000美元訂金預訂飛行的船票。前25次的正式飛行將特地留給那些“傳(chuan) 統探險者”,他們(men) 或將支付更昂貴的費用。

它采用名為(wei) “海王星飛船”的氣球太空艙進行高空飛行,氣球太空艙寬敞的空間可以舒適地容納1名飛行員和8名乘客。艙內(nei) 配有酒吧、浴室和Wi-Fi,副駕駛員和支援小組從(cong) 地麵監視整場飛行。

“海王星飛船” 用6個(ge) 多小時上升到約33千米的高空。由於(yu) 氣球太空艙19千米/時的上升速度遠比火箭飛船要溫和得多,所以乘客在旅途期間不會(hui) 感到失重。然而,該公司認為(wei) ,這種長達數小時,而不是短短幾分鍾極高空旅行將會(hui) 吸引眾(zhong) 多有冒險精神的人。降落後,太空艙連帶氣球都將沉入海中,之後,一艘接應船會(hui) 接起所有乘客和硬件設備,並將他們(men) 安全地送回陸地。

海王星號超大氫氣球飛越平流層

所謂亞(ya) 軌道飛行是指飛行器進入距離地麵大約100千米左右的太空,但不是圍繞地球軌道飛行一圈以上的飛行。如果飛行器在距離地麵100千米以上的地球軌道飛行一圈以上就叫軌道飛行了。亞(ya) 軌道太空旅遊就是用亞(ya) 軌道飛行器把遊客送到100千米高的太空邊緣後馬上返回地麵,即遊客乘坐飛船做近似於(yu) 直上直下的飛行。采用這種飛行方式,可使遊客既能感受幾分鍾的失重,也可目視長達數千公裏的地球弧線表麵,欣賞美麗(li) 的地球,而且費用比軌道飛行便宜得多,1次飛行約花20~25萬(wan) 美元。

亞(ya) 軌道飛行示意圖

英國維珍銀河航天公司的這次亞(ya) 軌道飛行屬於(yu) 公司內(nei) 部測試的體(ti) 驗式飛行,以客艙和客戶體(ti) 驗為(wei) 測試目標,評估承載全體(ti) 乘員的商業(ye) 客戶艙,測試艙內(nei) 環境、座椅舒適度、失重體(ti) 驗及飛船可以提供的地球景觀。

遊客進行軌道飛行是真正意義(yi) 上的太空旅遊。實現軌道飛行的太空旅遊工具目前主要是 “國際空間站”,而目前可供遊客到達 “國際空間站” 的天地往返運輸器主要有俄羅斯的 “聯盟” 係列飛船和美國的 “載人龍” 飛船。軌道飛行可以使太空遊客盡情享受失重和俯瞰地球等一些新奇體(ti) 驗,因為(wei) 太空遊客至少能在寬敞的 “國際空間站” 生活一個(ge) 星期。

至今,已有7名遊客8次到 “國際空間站” 上享受軌道飛行旅遊,其中Word之父西蒙尼1次沒玩夠,又上了1次太空。但軌道飛行旅遊費用高昂,包括各種訓練費用在內(nei) ,以前每次上天的費用為(wei) 2000萬(wan) 到3500萬(wan) 美元不等,現在又漲到了至少5500萬(wan) 美元,所以一般人享受不起。

世界第1個(ge) 女太空遊客安薩裏(左)在“國際空間站”上

3
細說首飛利器

乘太空船2號上天的乘客在太空旅行前,隻需接受為(wei) 期3天的超重飛行訓練和體(ti) 能體(ti) 檢即可。該飛行項目要求報名者在18歲以上,無重要器官疾病,並遵守有關(guan) 各項規定。

白騎士2號雙體(ti) 飛機與(yu) 太空船2號(居中)

白騎士2號航空飛機和太空船2號亞(ya) 軌道航天飛機都是由英美合資公司——宇宙飛船公司為(wei) 英國維珍銀河航天公司設計和研製的。宇宙飛船公司是2005年由美國人魯坦創立的斯卡爾德複合材料公司、英國人布蘭(lan) 森創立的維珍集團合資組建的,飛行方式采用空中發射方式,即太空船2號亞(ya) 軌道航天飛機由白騎士2號航空飛機帶到高空後發射,所以,白騎士2號/太空船2號實際上是一種兩(liang) 級亞(ya) 軌道空天飛機,其特點是可以水平起降和重複使用。

此前,美國斯卡爾德複合材料公司曾成功研製、發射過白騎士1號/太空船1號。作為(wei) 品牌與(yu) 技術延續,白騎士2號大約比白騎士1號大三倍,機翼下方懸掛4台發動機,而白騎士1號隻配備了一對發動機位於(yu) 單機身的兩(liang) 側(ce) 。

白騎士2號飛機仍采用雙體(ti) 機身設計,其中一個(ge) 機身用於(yu) 主動駕駛艙控製飛機,而另一個(ge) 機身用於(yu) 訓練機組人員以及太空乘客先期飛行體(ti) 驗。其長度為(wei) 24米,翼展寬達43米,裝有4台普惠PW308發動機,每台發動機可提供30.7千牛推力。其飛行上限為(wei) 21公裏,但通常飛行至15公裏左右。它也可以用於(yu) 在空中發射小型火箭。

太空船2號是一種采用火箭動力的亞(ya) 軌道航天飛機,從(cong) 外形看它像一個(ge) 豐(feng) 滿的魚形太空艙,在 “鼻子”的部位裝配了幾個(ge) 圓形的舷窗。其大小就像一架輕型飛機,長度為(wei) 18.3米,翼展為(wei) 8.3米,高度為(wei) 5.5米,動力裝置采用一台液體(ti) /固體(ti) 混合火箭發動機,最高時速4000公裏,飛行上限110公裏。它可容納2位飛行員與(yu) 4位遊客,還有近0.5米寬的舷窗,以供遊客更好地欣賞美景。

至今,它已經進行了4次載人飛行。其實,太空船2號能飛到160~320千米高,但是為(wei) 了安全起見,目前太空船2號隻飛到80~110千米高便返回,降落在離起飛不遠的地方。

太空船2號艙內(nei)

發射時,太空船2號被掛在作為(wei) 空中發射場的白騎士2號的 “腹部”。白騎士2號起飛約1小時、到達大約14~15千米的高空後,太空船2號與(yu) 白騎士2號分離。接著,白騎士2號返回地麵機場,太空船2號上的火箭發動機點火,以與(yu) 地麵垂直的角度向大氣層邊緣繼續飛升,當飛行速度達到音速的3~3.3倍時,火箭發動機關(guan) 閉,太空船2號在慣性作用下繼續上升到距地表約80~110千米高的外層空間。

從(cong) 火箭發動機關(guan) 閉到太空船2號再入大氣層,乘客會(hui) 經曆為(wei) 時約5分鍾的零重力狀態,同時能欣賞地球的美麗(li) 景色。屆時他們(men) 可以鬆開安全帶,在座艙內(nei) 自由飄浮。隨後,太空船2號以滑翔方式返回地麵機場。

太空船2號從(cong) 白騎士號上分離

今年7月11日的這次飛行,白騎士2號/太空船2號亞(ya) 軌道空天飛機在起飛45分鍾後,白騎士2號爬升至14公裏高度時釋放了太空船2號。幾秒後,太空船2號啟動了火箭發動機,持續點燃60秒,它幾乎沿著垂直路徑爬升至86公裏,最高速度為(wei) 3.04馬赫。這個(ge) 高度超過了美國空軍(jun) 和美國航空航天局定義(yi) 的80公裏太空界線,但低於(yu) 國際上公認的100公裏卡門線太空界。關(guan) 閉火箭發動機後,太空船2號裏的6名乘員解下安全帶,體(ti) 驗了大約4分鍾左右的太空失重感。

7月11日,美國太空船2號脫離白騎士1號雙體(ti) 運輸機繼續攀升

4
到太空玩什麽(me)

什麽(me) 是太空旅遊呢?目前還沒有嚴(yan) 格的定義(yi) ,但一般是指非職業(ye) 航天員自掏腰包乘載人航天器到太空旅遊觀光的活動。太空旅遊主要能給遊客帶來兩(liang) 大新奇體(ti) 驗:一是居高臨(lin) 下欣賞美不勝收的地球美景,以及在真空條件下瞭望璀璨的宇宙星空;二是體(ti) 驗神奇的失重生活,在艙內(nei) 自由地漂來漂去,舉(ju) 重若輕。

在艙內(nei) “飛行”

首先是觀看天象。在太空能不受大氣層的影響,看到星星是沒有閃爍的,可欣賞非常明亮的各個(ge) 星座。看月亮更有趣,白天看到的月亮呈淺藍色,很漂亮,夜裏看月亮時隻能看到月亮的局部,但非常亮。看太陽也很有意思,90分鍾就可看到一個(ge) 日出和日落的循環景象。尤其在日落時可以看到太陽發白的光和它落下的準確位置。

航天員在太空拍攝的撒哈拉沙漠上空的壯麗(li) 日出

最開心的是從(cong) 太空俯瞰地球。粗看它是一個(ge) 藍色的球體(ti) ,細看它是淺藍色。其上唯一真正的綠色帶是中國的西藏高原地區;在太空看地球上的巴哈馬群島像綠寶石一樣閃閃發光;看地球上的閃電非常令人振奮,一陣陣雷電閃爍好像盛開的石竹花,當閃電連續而頻繁時就像看到一片火海,有時可一次看五六個(ge) 地方不同雲(yun) 層的閃電,把整個(ge) 雲(yun) 層照亮。在太空看極光也很美,是理想的天堂。

航天員拍攝的厄瓜多爾的安第斯山脈區域,世界上最高的活火山科多帕希火山(高5897米),比周圍地域高3000多米

在載人航天器內(nei) 還能享受地麵上難以模擬的失重,體(ti) 驗具有輕功、“飛簷走壁”的感受,玩一把竹籃打水水不空、站著睡覺和像小鳥一樣漂著用嘴接食物,表演似乎難度很大的雜耍、一指禪、懸空打坐,也可以喝水球、做水膜等。

在太空玩柑橘雜耍

如果到月球旅遊,則可以看到寂靜的美、蒼涼的美,因為(wei) 那裏沒有一點聲音和氣流,到處都是細沙、撞擊坑和環形山,還可以看地出,並因引力小而能跳得很高。

要想到太空去旅遊,除了要有錢以外,還得有較好的身體(ti) 和較強的興(xing) 趣。首先身體(ti) 不能有大的毛病。雖然太空旅客不必像職業(ye) 航天員對身體(ti) 要求那麽(me) 高,但也不能有明顯的心髒病等問題。因為(wei) 在火箭發射、航天器返回及太空生活中,各種因素可能導致舊病複發甚至誘發新的疾病。

景海鵬在太空艙內(nei) 表演空翻

2006年,日本一位名叫榎本大輔的富豪原計劃花費2000萬(wan) 美元乘 “聯盟” 係列飛船登到 “國際空間站” 上觀光,成為(wei) 世界第4名太空遊客。但在俄羅斯訓練幾個(ge) 月後發現,其身體(ti) 不適合太空飛行,因而被迫取消太空之旅,將機會(hui) 讓給了全球首位太空女遊客安薩裏。

進行亞(ya) 軌道太空旅遊或乘航天飛機上天對遊客身體(ti) 要求鬆一些,進行軌道太空旅遊或乘宇宙飛船上天對遊客身體(ti) 要求嚴(yan) 一些。

用於(yu) 超重耐力訓練的人用離心機

此外,所有太空遊客上天前必須訓練,其訓練時間和強度需根據太空旅遊的種類各有不同。對於(yu) 亞(ya) 軌道太空旅遊來說,由於(yu) 飛行時間較短,太空遊客僅(jin) 需經過幾天訓練就能滿足條件。而軌道太空旅遊等則不同,遊客要在太空中長時間生活,因此必須掌握在太空中吃、喝、睡等生活技能,這些都需要專(zhuan) 業(ye) 化訓練。同時,失重環境容易使人 “首尾倒置”,找不到方向,產(chan) 生恐懼感,這也需要通過訓練來克服。因此,進行軌道太空旅遊的遊客訓練時間一般要長達半年時間左右。

5
太空旅遊的未來

近些年,俄羅斯還擬開展太空行走旅遊和月球旅遊。

太空行走旅遊是在軌道太空飛行旅遊費用的基礎上要再交至少1600萬(wan) 美元,遊客就可在1名職業(ye) 航天員的陪護下完成空間出艙活動,在太空行走90分鍾。1600萬(wan) 美元還包括在地麵訓練的費用和使用艙外航天服的費用。

太空行走

美國太空探險公司曾在2011年5月5日宣布,擬在2015年前實施世界首次商業(ye) 繞月旅遊。這種繞月旅遊將由1名職業(ye) 航天員駕駛 “聯盟” 係列飛船承載兩(liang) 名遊客來完成,時間為(wei) 2周。遊客搭乘 “聯盟” 係列飛船升空後先前往“國際空間站”,在站內(nei) 停留1周之後再乘坐飛船前往月球,大約1周後返回。

搭乘 “聯盟” 係列飛船的月球觀光客不在月球表麵著陸,隻在月球軌道對月球進行近距離的欣賞,1位乘客的費用為(wei) 1億(yi) 美元。美國太空探險公司曾與(yu) 1名遊客以1.5億(yi) 美元票價(jia) 簽了協議(《泰坦尼克號》和《阿凡達》的導演卡梅隆),但後來因沒找到第2名遊客而不了了之。

“星際飛船” 和未來月球基地的概念圖

2018年,美國太空探索技術公司公布了繞月旅行方案,計劃在2023年1月把遊客送入月球軌道觀光,日本富商前澤友作成為(wei) 首個(ge) 參與(yu) 者。此次繞月之旅將持續一周時間,遊客將乘太空探索技術公司的 “星際飛船” 前往,這將是自1972年以來人類最重要的一次月球旅行。前澤友作表示他要把整個(ge) 飛船包下來,費用可能會(hui) 達1.75億(yi) 美元,到時會(hui) 邀請6~8位藝術家一起參與(yu) 這場旅行,包括建築師、音樂(le) 家、時裝設計師等。他希望通過繞月之旅,激發藝術家們(men) 的靈感,創作出更偉(wei) 大的作品。

準備進行繞月旅遊的日本富商前澤友作

另外,美俄私營公司都準備建造太空旅館。在更遠的將來,落月旅行和火星旅行也有可能實現。等到太空電梯研製、建成之後,普通人就有望進行太空旅遊了。

雖然太空旅遊有一定風險,但其作為(wei) 一種產(chan) 業(ye) 發展既能夠帶來一定的商業(ye) 利益,也可以帶動航天技術、航天醫學等科技進步,還能夠滿足更多人探索太空的願望,激發大眾(zhong) 關(guan) 注航天的熱情、拓展人類的活動範圍。同時,太空旅遊的出現本身就是航天技術逐步成熟的表現。

波音公司的 “星際航線” 飛船與(yu) 比格羅公司充氣式太空旅館交會(hui) 示意圖

針對太空旅遊引發的熱潮,我國有關(guan) 專(zhuan) 家樂(le) 觀地預計,20年後中國人有望實現太空旅遊。要想使其興(xing) 旺發達,有三個(ge) 問題需要解決(jue) ,一是要降低成本,二是要保證安全,三是能享受無與(yu) 倫(lun) 比的快樂(le) ,感到物有所值。

民間資本參與(yu) 航天發展能大大加速太空旅遊業(ye) 的發展,為(wei) 此,一些國家正在建立完善的太空旅遊法,以便為(wei) 未來的私人太空旅行打開綠燈,讓民營企業(ye) 在航天領域發揮更大的作用,並鼓勵發展包括太空旅行在內(nei) 的新的商業(ye) 航天市場。


關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號,在對話框:
回複【最新活動】,了解近期科普活動
回複【科普行】,了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】,了解最新科普研學營
回複【科普課堂】,了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】,了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】,了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】,了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】,學習(xi) 觀鳥相關(guan) 科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】,了解更多博物學院活動詳情


聽說,打賞我的人最後都找到了真愛。
做科普,我們是認真的!
掃描關注深i科普公眾號
加入科普活動群
  • 參加最新科普活動
  • 認識科普小朋友
  • 成為科學小記者