撰文 | 庞之浩(全国空间探测技术首席科学传播专家)
今年7月11日,英国维珍银河航天公司的老板布兰森、2名驾驶员以及3名公司的有关人员,搭乘自己公司的白骑士2号/太空船2号亚轨道航空航天飞机(简称空天飞机,率先成功进行了亚轨道飞行。此举,在全球产生了巨大影响,拉开了亚轨道商业太空旅游新时代的序幕。
布兰森在太空船2号舱内体验失重
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太空旅游掀起新的高潮
目前,开展太空旅游的关键是如何在保证安全的前提下降低费用。在这方面已有许多方案。例如,曾有人提出把美国航天飞机的大货舱改装成可乘坐74人的“太空客机”,那样每张机票的票价只要360万美元,但后来没有实现,而且即使实现了,能承受的人仍然屈指可数。
从目前看来,由于亚轨道太空旅游的技术难度和旅行费用都较低,安全性和舒适性也较好,所以比较可行。因此,美国蓝色起源公司和英国维珍银河航天公司等公司,现在都正积极准备开展亚轨道太空旅游业务,并已研制出相应的飞行器。
英国维珍银河航天公司采用的方案是通过白骑士2号航空飞机在空中发射太空船2号亚轨道航天飞机,把游客送入亚轨道。其特点是两个飞行器都是水平起降,并且均可重复使用,飞一次的时间为1.5小时左右。美国蓝色起源公司则采用传统的载人飞船的方式开展亚轨道太空旅游,用新谢泼德号火箭发射新谢泼德号飞船(也叫乘员舱)。其特点是两个飞行器都是垂直起降,也都能重复使用,飞一次的时间为10分钟左右。
英美宇宙飞船合资公司已为英国维珍银河航天公司建造了至少5架太空船2号亚轨道航天飞机、2架白色骑士2号航空运载飞机。最初将每周飞行一次,以后可能增加到每两天飞一次甚至每天飞行一次。据称,维珍银河航天公司已收到700多张座位票的预订金,平均每张票价在20~25万美元。该公司预期将在2022年全面开启商业太空旅行业务,并最终有望将票价降到4万美元左右。
7月11日,维珍银河航天公司的太空船2号完成测试飞行后返回地
另一个令人关注的亚轨道太空旅游活动即将开始。今年7月20日,美国蓝色起源公司的老板贝索斯和他的兄弟以及另外两名乘客,将乘该公司的新谢泼德号亚轨道飞船以无人驾驶的方式前往太空边缘,飞行高度约100公里。
贝索斯认为其新谢泼德号亚轨道飞船好于英国维珍银河航天公司的太空船2号亚轨道航天飞机,因为新谢泼德号可以自动飞行,不用航天驾驶员,所以效益更高。贝索斯还嘲笑布兰森的太空船2号就是一架高空飞机,所以飞不上100公里高的卡门线,且窗户小还不环保。蓝色起源公司指出,自家用的是火箭,有逃逸系统,而维珍银河用的是高空飞机,没有逃逸系统;自驾的飞行器排放的废物是水,对臭氧层的影响小,而维珍银河飞行器发动机所采用的推进剂对臭氧层的危害是蓝色起源的100倍;而论及观赏地球风景,蓝色起源的飞行器拥有太空中最大的舷窗,尺寸是107cmX71cm,而维珍银河是飞机窗户的尺寸。
不过,新谢泼德号亚轨道飞船从发射到着陆只用10分钟时间,不知这对乘客的身体是否影响如何?超重负荷是否过大?虽然新谢泼德号此前进行了15次试飞,并从卡门线以上返回,而且都成功了,但都是无人飞行。蓝色起源公司还在开发一种重型可重复使用的运载火箭—— “新格伦”,未来可将普通乘客送入环绕地球甚至更远的轨道。
“新谢泼德”亚轨道火箭与飞船乘员舱分离
新谢泼德号亚轨道飞船的窗户很大
除了亚轨道太空旅游外,轨道太空旅游也将重新展开。今年9月,美国太空探索公司计划用该公司的 “载人龙” 轨道飞船把3名私人游客和1名该公司培训的航天员送上 “国际空间站”,让他们在那里生活至少8天。这项任务将是 “国际空间站” 首次完全商业化运营的载人任务,也是第一批专门的太空旅游游客任务。演员汤姆・克鲁斯有可能是游客之一。其票价为5500万美元左右。在美国,目前大约有75000个家庭拥有这样的经济实力。
美国公理太空公司则计划在 “国际空间站” 上建立了一个观景舱,使太空旅客可利用它来欣赏太空美景。该公司还获得了美国航空航天局的批准,未来将把多个商业舱段对接到 “国际空间站” 上,即使在 “国际空间站” 退役后,这些舱段也可以并入公理太空公司的私营空间站,作为太空旅行的枢纽。该公司的长远目标是创建世界上第一个商业空间站。
美国公理太空公司设想的商业空间站
老牌的美国太空探险公司计划在2021年底用美国 “载人龙” 飞船把4名太空旅客送入环绕地球的轨道,进行3~5天的太空旅游,但不会停靠在 “国际空间站”上,而是在800~1000千米高的轨道上绕地球飞行。他们还准备于近年用俄罗斯 “联盟” 载人飞船把太空游客送到“国际空间站”上观光。
世界第一名太空游客蒂托返回地面
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太空旅游的4种方式
目前,太空旅游主要有4种方式:飞机的抛物线飞行、接近太空的高空飞行、亚轨道飞行和轨道飞行。
抛物线飞行并不是真正意义上的太空旅游,只是让游客体验几次太空失重的感觉。用失重飞机进行抛物线飞行,每飞一个抛物线游客可以体验半分钟左右的失重。职业航天员在训练时也常采用这种方法体验失重。太空游客如果乘俄罗斯的伊尔-76失重飞机体验地面难以模拟的失重,费用是5000美元,但不包括到俄罗斯的往返机票的费用。
用失重飞机进行抛物线飞行可以体验短时间失重
接近太空的高空飞行也不是真正意义上的太空旅游,它是让游客体验一种极高空的感觉。当游客乘飞机飞到18千米左右的高空时,乘客就可以看到下方地球的曲线和上方黑暗的天空,体会到一种无边无际的空旷感觉。目前,能用来完成这种高空飞行任务的飞机有俄罗斯高米格-25、31战斗机,它们能飞到24千米左右的高度。这种旅游每次飞行的票价约1万美元,包括在莫斯科停留两天的费用。
今年,位于美国佛罗里达州的太空透视公司开始售卖能够飞离地面30多公里的气球太空舱船票。这张6小时环游平流层的船票标价12.5万美元,首发航班最早将于2024年晚些时候启程。游客可在太空透视公司的网站先支付1000美元订金预订飞行的船票。前25次的正式飞行将特地留给那些“传统探险者”,他们或将支付更昂贵的费用。
它采用名为“海王星飞船”的气球太空舱进行高空飞行,气球太空舱宽敞的空间可以舒适地容纳1名飞行员和8名乘客。舱内配有酒吧、浴室和Wi-Fi,副驾驶员和支援小组从地面监视整场飞行。
“海王星飞船” 用6个多小时上升到约33千米的高空。由于气球太空舱19千米/时的上升速度远比火箭飞船要温和得多,所以乘客在旅途期间不会感到失重。然而,该公司认为,这种长达数小时,而不是短短几分钟极高空旅行将会吸引众多有冒险精神的人。降落后,太空舱连带气球都将沉入海中,之后,一艘接应船会接起所有乘客和硬件设备,并将他们安全地送回陆地。
海王星号超大氢气球飞越平流层
所谓亚轨道飞行是指飞行器进入距离地面大约100千米左右的太空,但不是围绕地球轨道飞行一圈以上的飞行。如果飞行器在距离地面100千米以上的地球轨道飞行一圈以上就叫轨道飞行了。亚轨道太空旅游就是用亚轨道飞行器把游客送到100千米高的太空边缘后马上返回地面,即游客乘坐飞船做近似于直上直下的飞行。采用这种飞行方式,可使游客既能感受几分钟的失重,也可目视长达数千公里的地球弧线表面,欣赏美丽的地球,而且费用比轨道飞行便宜得多,1次飞行约花20~25万美元。
亚轨道飞行示意图
英国维珍银河航天公司的这次亚轨道飞行属于公司内部测试的体验式飞行,以客舱和客户体验为测试目标,评估承载全体乘员的商业客户舱,测试舱内环境、座椅舒适度、失重体验及飞船可以提供的地球景观。
游客进行轨道飞行是真正意义上的太空旅游。实现轨道飞行的太空旅游工具目前主要是 “国际空间站”,而目前可供游客到达 “国际空间站” 的天地往返运输器主要有俄罗斯的 “联盟” 系列飞船和美国的 “载人龙” 飞船。轨道飞行可以使太空游客尽情享受失重和俯瞰地球等一些新奇体验,因为太空游客至少能在宽敞的 “国际空间站” 生活一个星期。
至今,已有7名游客8次到 “国际空间站” 上享受轨道飞行旅游,其中Word之父西蒙尼1次没玩够,又上了1次太空。但轨道飞行旅游费用高昂,包括各种训练费用在内,以前每次上天的费用为2000万到3500万美元不等,现在又涨到了至少5500万美元,所以一般人享受不起。
世界第1个女太空游客安萨里(左)在“国际空间站”上
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细说首飞利器
乘太空船2号上天的乘客在太空旅行前,只需接受为期3天的超重飞行训练和体能体检即可。该飞行项目要求报名者在18岁以上,无重要器官疾病,并遵守有关各项规定。
白骑士2号双体飞机与太空船2号(居中)
白骑士2号航空飞机和太空船2号亚轨道航天飞机都是由英美合资公司——宇宙飞船公司为英国维珍银河航天公司设计和研制的。宇宙飞船公司是2005年由美国人鲁坦创立的斯卡尔德复合材料公司、英国人布兰森创立的维珍集团合资组建的,飞行方式采用空中发射方式,即太空船2号亚轨道航天飞机由白骑士2号航空飞机带到高空后发射,所以,白骑士2号/太空船2号实际上是一种两级亚轨道空天飞机,其特点是可以水平起降和重复使用。
此前,美国斯卡尔德复合材料公司曾成功研制、发射过白骑士1号/太空船1号。作为品牌与技术延续,白骑士2号大约比白骑士1号大三倍,机翼下方悬挂4台发动机,而白骑士1号只配备了一对发动机位于单机身的两侧。
白骑士2号飞机仍采用双体机身设计,其中一个机身用于主动驾驶舱控制飞机,而另一个机身用于训练机组人员以及太空乘客先期飞行体验。其长度为24米,翼展宽达43米,装有4台普惠PW308发动机,每台发动机可提供30.7千牛推力。其飞行上限为21公里,但通常飞行至15公里左右。它也可以用于在空中发射小型火箭。 
太空船2号是一种采用火箭动力的亚轨道航天飞机,从外形看它像一个丰满的鱼形太空舱,在 “鼻子”的部位装配了几个圆形的舷窗。其大小就像一架轻型飞机,长度为18.3米,翼展为8.3米,高度为5.5米,动力装置采用一台液体/固体混合火箭发动机,最高时速4000公里,飞行上限110公里。它可容纳2位飞行员与4位游客,还有近0.5米宽的舷窗,以供游客更好地欣赏美景。
至今,它已经进行了4次载人飞行。其实,太空船2号能飞到160~320千米高,但是为了安全起见,目前太空船2号只飞到80~110千米高便返回,降落在离起飞不远的地方。
太空船2号舱内
发射时,太空船2号被挂在作为空中发射场的白骑士2号的 “腹部”。白骑士2号起飞约1小时、到达大约14~15千米的高空后,太空船2号与白骑士2号分离。接着,白骑士2号返回地面机场,太空船2号上的火箭发动机点火,以与地面垂直的角度向大气层边缘继续飞升,当飞行速度达到音速的3~3.3倍时,火箭发动机关闭,太空船2号在惯性作用下继续上升到距地表约80~110千米高的外层空间。
从火箭发动机关闭到太空船2号再入大气层,乘客会经历为时约5分钟的零重力状态,同时能欣赏地球的美丽景色。届时他们可以松开安全带,在座舱内自由飘浮。随后,太空船2号以滑翔方式返回地面机场。
太空船2号从白骑士号上分离
今年7月11日的这次飞行,白骑士2号/太空船2号亚轨道空天飞机在起飞45分钟后,白骑士2号爬升至14公里高度时释放了太空船2号。几秒后,太空船2号启动了火箭发动机,持续点燃60秒,它几乎沿着垂直路径爬升至86公里,最高速度为3.04马赫。这个高度超过了美国空军和美国航空航天局定义的80公里太空界线,但低于国际上公认的100公里卡门线太空界。关闭火箭发动机后,太空船2号里的6名乘员解下安全带,体验了大约4分钟左右的太空失重感。
7月11日,美国太空船2号脱离白骑士1号双体运输机继续攀升
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到太空玩什么
什么是太空旅游呢?目前还没有严格的定义,但一般是指非职业航天员自掏腰包乘载人航天器到太空旅游观光的活动。太空旅游主要能给游客带来两大新奇体验:一是居高临下欣赏美不胜收的地球美景,以及在真空条件下瞭望璀璨的宇宙星空;二是体验神奇的失重生活,在舱内自由地漂来漂去,举重若轻。
在舱内 “飞行”
首先是观看天象。在太空能不受大气层的影响,看到星星是没有闪烁的,可欣赏非常明亮的各个星座。看月亮更有趣,白天看到的月亮呈浅蓝色,很漂亮,夜里看月亮时只能看到月亮的局部,但非常亮。看太阳也很有意思,90分钟就可看到一个日出和日落的循环景象。尤其在日落时可以看到太阳发白的光和它落下的准确位置。
航天员在太空拍摄的撒哈拉沙漠上空的壮丽日出
最开心的是从太空俯瞰地球。粗看它是一个蓝色的球体,细看它是浅蓝色。其上唯一真正的绿色带是中国的西藏高原地区;在太空看地球上的巴哈马群岛像绿宝石一样闪闪发光;看地球上的闪电非常令人振奋,一阵阵雷电闪烁好像盛开的石竹花,当闪电连续而频繁时就像看到一片火海,有时可一次看五六个地方不同云层的闪电,把整个云层照亮。在太空看极光也很美,是理想的天堂。
航天员拍摄的厄瓜多尔的安第斯山脉区域,世界上最高的活火山科多帕希火山(高5897米),比周围地域高3000多米
在载人航天器内还能享受地面上难以模拟的失重,体验具有轻功、“飞檐走壁”的感受,玩一把竹篮打水水不空、站着睡觉和像小鸟一样漂着用嘴接食物,表演似乎难度很大的杂耍、一指禅、悬空打坐,也可以喝水球、做水膜等。
在太空玩柑橘杂耍
如果到月球旅游,则可以看到寂静的美、苍凉的美,因为那里没有一点声音和气流,到处都是细沙、撞击坑和环形山,还可以看地出,并因引力小而能跳得很高。
要想到太空去旅游,除了要有钱以外,还得有较好的身体和较强的兴趣。首先身体不能有大的毛病。虽然太空旅客不必像职业航天员对身体要求那么高,但也不能有明显的心脏病等问题。因为在火箭发射、航天器返回及太空生活中,各种因素可能导致旧病复发甚至诱发新的疾病。
景海鹏在太空舱内表演空翻
2006年,日本一位名叫榎本大辅的富豪原计划花费2000万美元乘 “联盟” 系列飞船登到 “国际空间站” 上观光,成为世界第4名太空游客。但在俄罗斯训练几个月后发现,其身体不适合太空飞行,因而被迫取消太空之旅,将机会让给了全球首位太空女游客安萨里。
进行亚轨道太空旅游或乘航天飞机上天对游客身体要求松一些,进行轨道太空旅游或乘宇宙飞船上天对游客身体要求严一些。
用于超重耐力训练的人用离心机
此外,所有太空游客上天前必须训练,其训练时间和强度需根据太空旅游的种类各有不同。对于亚轨道太空旅游来说,由于飞行时间较短,太空游客仅需经过几天训练就能满足条件。而轨道太空旅游等则不同,游客要在太空中长时间生活,因此必须掌握在太空中吃、喝、睡等生活技能,这些都需要专业化训练。同时,失重环境容易使人 “首尾倒置”,找不到方向,产生恐惧感,这也需要通过训练来克服。因此,进行轨道太空旅游的游客训练时间一般要长达半年时间左右。
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太空旅游的未来
近些年,俄罗斯还拟开展太空行走旅游和月球旅游。
太空行走旅游是在轨道太空飞行旅游费用的基础上要再交至少1600万美元,游客就可在1名职业航天员的陪护下完成空间出舱活动,在太空行走90分钟。1600万美元还包括在地面训练的费用和使用舱外航天服的费用。
太空行走
美国太空探险公司曾在2011年5月5日宣布,拟在2015年前实施世界首次商业绕月旅游。这种绕月旅游将由1名职业航天员驾驶 “联盟” 系列飞船承载两名游客来完成,时间为2周。游客搭乘 “联盟” 系列飞船升空后先前往“国际空间站”,在站内停留1周之后再乘坐飞船前往月球,大约1周后返回。
搭乘 “联盟” 系列飞船的月球观光客不在月球表面着陆,只在月球轨道对月球进行近距离的欣赏,1位乘客的费用为1亿美元。美国太空探险公司曾与1名游客以1.5亿美元票价签了协议(《泰坦尼克号》和《阿凡达》的导演卡梅隆),但后来因没找到第2名游客而不了了之。
“星际飞船” 和未来月球基地的概念图
2018年,美国太空探索技术公司公布了绕月旅行方案,计划在2023年1月把游客送入月球轨道观光,日本富商前泽友作成为首个参与者。此次绕月之旅将持续一周时间,游客将乘太空探索技术公司的 “星际飞船” 前往,这将是自1972年以来人类最重要的一次月球旅行。前泽友作表示他要把整个飞船包下来,费用可能会达1.75亿美元,到时会邀请6~8位艺术家一起参与这场旅行,包括建筑师、音乐家、时装设计师等。他希望通过绕月之旅,激发艺术家们的灵感,创作出更伟大的作品。
准备进行绕月旅游的日本富商前泽友作
另外,美俄私营公司都准备建造太空旅馆。在更远的将来,落月旅行和火星旅行也有可能实现。等到太空电梯研制、建成之后,普通人就有望进行太空旅游了。
虽然太空旅游有一定风险,但其作为一种产业发展既能够带来一定的商业利益,也可以带动航天技术、航天医学等科技进步,还能够满足更多人探索太空的愿望,激发大众关注航天的热情、拓展人类的活动范围。同时,太空旅游的出现本身就是航天技术逐步成熟的表现。
波音公司的 “星际航线” 飞船与比格罗公司充气式太空旅馆交会示意图
针对太空旅游引发的热潮,我国有关专家乐观地预计,20年后中国人有望实现太空旅游。要想使其兴旺发达,有三个问题需要解决,一是要降低成本,二是要保证安全,三是能享受无与伦比的快乐,感到物有所值。
民间资本参与航天发展能大大加速太空旅游业的发展,为此,一些国家正在建立完善的太空旅游法,以便为未来的私人太空旅行打开绿灯,让民营企业在航天领域发挥更大的作用,并鼓励发展包括太空旅行在内的新的商业航天市场。
制版编辑 | 卢卡斯
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