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商业太空飞行实现 未来暑期旅游打卡地是外太空吗?

商业太空飞行实现 未来暑期旅游打卡地是外太空吗?

2021年07月29日 06:32 来源:科技日报参与互动参与互动

  人类实现第一次真正意义上的商业太空飞行

  未来暑期旅游打卡地——外太空

  ◎吴 季

  太空旅游的目的不是为了体验微重力,相反应尽可能使旅客避免长时间处于微重力环境。微重力的环境一定会出现在载人飞船入轨后以及与太空旅馆对接的前后。但是一旦旅客进入太空旅馆,就应该摆脱微重力环境,尽情地观赏地球和深邃的宇宙的景色。

  2021年7月20日,一定是人类探索太空历史上值得纪念的一天。在这一天,美国蓝色起源太空探索公司(以下简称蓝色起源)成功实施了其成立以来第一次载人飞行。尽管飞行高度仅为107千米,但是其起飞和着陆的方式堪比一次小规模的载人航天任务。最为值得纪念的是,这次飞行的乘客中,除了蓝色起源的创始人杰夫·贝索斯和他的弟弟,以及他邀请的一位美国女飞行员外,还有一位付费乘客,因此这次飞行称得上是人类历史上第一次真正意义上的全商业太空飞行。1969年7月20日,是美国阿波罗11号航天员代表人类第一次登上月球的日子。52年前的这一天,人类书写了历史,开辟了走出地球的新篇章。52年后,贝索斯希望开辟的是一段什么样的历史呢?

  建立可持续发展的商业生态

  从70年代开始,美国政府首先将卫星通信领域向商业开放。80年代中期,英国萨瑞大学开始用商业器件制造卫星,首次降低了卫星制造业的进入门槛,商业卫星开始进入人们的视野。2000年以后,美国先后有3家公司——维珍银河、蓝色起源以及更为著名的SpaceX,进入太空旅游领域。但是很多人并不看好它们的未来。一部分人认为载人航天风险极大,只有政府才能确保万无一失。即使是政府载人航天任务,比如美国国家航空航天局(NASA)的航天飞机任务,还两次发生事故,致使14位航天员牺牲,商业公司如何能确保万无一失?

  还有一部分人认为,离开地球引力束缚需要极大的速度增量,因此太空飞行成本极高,根本不是个人可以支付得起的,这就是为什么国际空间站在接收了7个旅游者后,就没有后续旅游者了。

  从某种意义上来说,这些担心并不是没有道理。

  首先,关于人员的安全性,商业载人飞行与政府载人航天计划完全不同。政府载人航天计划花的是纳税人的钱,航天员上天是在执行国家任务,因此必须做到万无一失。但商业航天不同,游客是自费购票,具有承担风险的心理准备。参照商业航空的标准,游客与驾驶员、乘务员同生死,共同承担失事的风险,且有保险公司设立保险。因此,商业太空旅游项目,具有比政府载人航天任务更高的风险承受能力。不会因为个别任务的失败,造成整个市场受到毁灭性的影响。

  其次是关于成本,这确实是一个非常重要的问题。对政府载人航天任务而言,为了确保万无一失,在研制过程中,从设计、试验到生产都做了最全面的考虑,包括大量的同构和异构冗余设计,各种加严的地面试验,以及多种规避风险的措施等,所有这些往往都是不计成本的,这也是政府载人航天任务成本非常高的原因之一。目前国际空间站仍然对旅游者开放,但一次飞行的报价在5700万美元左右,居高不下。这样的高成本既不符合市场需求,也无法做到根据市场需求而调整,因此是无法持续的,根本不能建立起一个可以自我发展的商业生态。而目前维珍银河、蓝色起源和SpaceX,最主要的技术突破和创新,都是为了降低成本。它们分别采用了水平起飞水平着陆、单级单发动机火箭发射和陆上回收以及低成本多发动机并联和海上回收等不同的技术方案,做到了火箭和载人舱最大限度的重复利用。此外,维珍银河和蓝色起源,都采取了先飞到100千米附近的临近空间作为第一步太空旅游的方案,以最大限度地降低成本,和刚好能进入太空的门槛为目标,建立商业生态。促使载人太空旅游能够由简入繁、一步一个脚印地发展起来。

  在近地轨道开设太空旅馆

  将人送到100千米左右高度的太空边界,并获得几分钟的微重力环境体验,并不是维珍银河与蓝色起源2个公司创始人的最终目标。但是这个目标的实现,可以为他们建立起后续发展的基础。那么,他们后续的目标是什么呢?

  下一个目标,是近地轨道太空旅馆。在几百千米高的轨道上,以7.6千米/秒的速度运行,飞行器就不会因地球的引力掉下来,这也被称为第一宇宙速度。2020年8月,美国曾发布蓝皮书《太空探索的新纪元》,其中明确将近地轨道向商业太空旅游开放。也就是说,美国商业公司可以自行建造近地轨道的太空旅馆,并在那里开展太空旅游业务。

  这将是一个什么样的旅馆?首先它不会是国际空间站那样庞大的科研设施。其次,太空旅馆或许会通过自旋来制造人工的重力(实际上是自旋带来的离心力)以避免微重力环境对人的生理影响。这里必须要说明的是,太空旅游的目的不是为了体验微重力,相反应尽可能使旅客避免长时间处于微重力环境,这可能是太空旅游必须要考虑的因素之一。

  微重力的环境一定会出现在载人飞船入轨后以及与太空旅馆对接的前后。但是,一旦旅客进入太空旅馆,就应该摆脱微重力环境,尽情地观赏地球和深邃的宇宙的景色,而不至于因微重力环境产生眩晕、呕吐等生理反应,影响在太空中有限的几天度假时光。

  更远的目标是开展商业月面旅游

  在近地轨道太空旅游的基础上,月球旅游会很快地发展起来。应该说,如果仅是环月旅游,目前人类的技术完全可以做到。SpaceX就以1.7亿美元的价格将一艘飞往月球的星舰飞

  船(Starship)出售给了日本富商前泽友作,飞行任务预计在几年后实施。但那是从地球直接起飞,绕月球飞行数圈,再飞回地球。而比较容易的做法是以一艘来往于地球近地轨道旅馆和月球轨道之间的穿梭飞船接送旅客到月球实施环月旅游。

  该飞船可以在月球轨道附近加注在月面上生产出来的燃料。这样比将燃料从地球表面带上来要便宜得多,可以极大地降低成本。但前提是要完成从月壤中提取燃料的技术和在轨加注关键技术的突破。幸运的是,这两项技术正是世界上很多新航天企业正在努力的方向。

  更远的目标,则是在月面上建设月球旅店,开展商业的月面旅游。

  通过持续多天的近地轨道旅游,以及飞往月球的环月旅游,人类已经可以获得更大的视野。在国际空间站上,就有一个360度的全景观察窗。这次蓝色起源公司的载人飞船上为每一位乘客安排了一个高度达1米的大观景窗。所有进入过太空的航天员,对从太空欣赏地球的美景都有难忘的经历。特别是那27位阿波罗航天员,他们对从那么远的距离欣赏地球有过很多论述:在那个距离上,你已经看不到任何国家的边界,也听不到任何喧闹和争吵,地球就是一颗蓝色的美丽行星在那里孤独的旋转,那是我们人类的家园。我们人类或许是太阳系当中唯一的智慧物种,我们有责任将地球家园保护好,让人类创造的灿烂文明得以永续发展。

  在2021年7月20日,这一切美好篇章的第一页已经翻开。

  (作者系中国空间科学学会理事长、中国科学院国家空间科学中心研究员)

【编辑:张楷欣】
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