互动科普

进入平民时代的私人太空船

撰文  李·比林斯（Lee Billings）    翻译  薄锦

2011年2月24日，美国航空航天局（NASA）的“发现号”航天飞机冲入云霄，主发动机低沉的轰鸣与固体火箭助推器的爆响从佛罗里达上空掠过，随着发现号的远去渐渐消弭。从我在65千米以外的酒店露台上望去，火柱的飞升悄无声息，仿若古代的沉默幽灵。这是发现号的最后一次征途。NASA的航天飞机项目始于1961年5月5日宇航员艾伦·谢泼德（Alan Shepard）那次15分钟的飞行，而50年后的今天，再有两架航天飞机完成飞行任务后，这个时代就要终结了。

“发现号”升空3天后，在奥兰多的酒吧里，两名行星科学家正与几名同行谈论未来。供职于美国西南研究院（SwRI）的丹尼尔·德达（Daniel Durda）心生感慨：半个世纪以来，仅有500余人进入过太空。踏入人类终极疆域的机会，仍然只属于受雇于少数实力雄厚的机构的相关人员，外加几名偶尔去兜风的亿万富翁。德达说：“我更希望大家都能上天，不管目的是什么。”

同在西南研究院的凯瑟琳·奥尔金（Catherine Olkin）也表示赞同：“我们正在进行下一步工作，那里有很多机遇，不只属于科学界，而是面向所有人。”

 “下一步”，说的就是令这些科学家云集于此的一场大会的主题。近年来，美国涌现出大量商业公司，从事开发可将乘客与仪器带出大气层，到达地球上空100千米处的火箭，这为第二届下一代亚轨道研究者大会（NSRC）带来了启示。“亚轨道航天”意味着飞行器不会进入环地轨道，但仍能为研究者提供数分钟的宝贵时间，进行不受大气层干扰的天文观测，或者研究失重状态下的物理过程。

事实上，此次NSRC的与会者们已经在为一条消息议论纷纷：西南研究院为一个为期4年的亚轨道科学项目划拨了130万美元，该项目也将为德达、奥尔金和艾伦·斯特恩（Alan Stern，西南研究院分管研发的副院长）每人预留一个乘客席。如果一切顺利，他们最迟将在2013年年中进入太空。

西南研究院是目前唯一已签署这类项目协议的机构，但每个人都清楚此间的争议。迄今还没有一家亚轨道航天公司的飞行器曾成功飞入太空并安全返回。并且，将来的太空旅行的收费高达每人次10万～20万美元，却只能在大气层外的失重环境中滞留不超过5分钟。而在大多数研究者看来，搭载了自动化设备的无人火箭同样能完成采集数据的任务。所以，很多太空科学家都质疑商用亚轨道航天器的实用价值，特别是准备带设备上去的科学家。

不过这些怀疑者大多都没来参加本次NSRC，未能见识到会场内不断蔓延的激昂情绪，这种情绪在斯特恩身上最为明显。那天晚上，斯特恩没有出现在德达等人所在的酒吧里，他正忙着跟运载业的头脑们进行探讨，更何况他还要为主持小组会议、发表全会演讲和新闻发布会做准备。

身为NASA“新视野号”（New Horizons）冥王星观测任务的首席研究员，以及NASA科学任务委员会的前任主席，斯特恩策动大型项目的功力颇负盛名。他经常拿亚轨道航天这一新兴产业的现状与早期的商业航空和个人计算进行对比。他说：“我们将摆脱过去那种中央规划的太空项目模式，NASA不再是唯一握有航天飞机技术的机构，也不再是人们踏入这一领域的唯一入口。买得起票的人都可以进入太空，并由此带来大量各种各样的创新。就像当年的西部拓荒一样。”

具有讽刺意味的是，这个“中央控制”的项目数十年来所仰仗的还是私营火箭。通信卫星，甚至机密的军用设备，大多都是由商业发射平台送入轨道的。同样，有了这些专事太空勘测和实验任务的公司，私营的无人亚轨道航天项目实属熟门熟路。

问题在于，这些发射方式费用不菲，只有政府和大型通信集团才能负担。成本偏高的一大原因在于它们都属于消耗品，用过一次后就要抛弃。NASA曾于上世纪70年代尝试开发了一组可部分重复使用的航天飞机，以杜绝大量浪费。但是，一架足以承受发射与返回过程压力并可随时再次升空的飞行器，这里面的设计困难足以抵消可重复使用的优点；事实证明，航天飞机造价惊人。

随着航天飞机退役，NASA如今又开始设法降低发射成本。这次则是鼓励私人部门开发成本更低的近地轨道火箭与乘员舱。今年4月，NASA为4家企业提供了2.69亿美元的开发资金，其中宇宙探索技术公司（SpaceX Corporation）已经于去年6月成功发射了“猎鹰9号”（Falcon 9）火箭，让太空舱首次进入绕地轨道。

私人企业介入

不过，在当前阶段，这些企业仍把更多精力投入在成本较低、潜在客户较充足的亚轨道航天体制上。这场亚轨道航天竞赛始于2004年。那年，试飞员迈克·梅韦尔（Mike Melvill）曾多次驾驶私人开发的可复用航天器“太空船1号”（SpaceShipOne）飞入加利福尼亚州上方100千米外的高空。不久，太空船1号的设计师伯特·鲁坦（Burt Rutan）与理查德·布兰森（Richard Branson）共同创立了维珍银河公司（Virgin Galactic），准备打造数架可乘坐6人的 “太空船2号”（SpaceShipTwo，研发中），将游客送上110千米高空处的亚轨道，票价20万美元。

其他一些创业公司也陆续跟进，其中有不少与计算机及互联网颇有渊源，这证明太空梦想与可盈利的高科技事业是可以共生共存的。其中包括一手打造了《毁灭战士》、《雷神之锤》等经典游戏的约翰·卡马克（John Carmack）创建的犰狳航空航天公司（Armadillo Aerospace）。此外还有杰夫·贝佐斯（Jeff Bezos）从创建亚马逊网站所赚取的财富中拿出部分设立的蓝源航天公司（Blue Origin），昔日的信息技术网络专家戴维· 马斯廷（David Masten）投资的马斯廷太空系统公司（Masten Space Systems），以及由曾参与开发奔腾系列CPU技术的工程师

杰夫·  格里森（Jeff Greason）领导的XCOR宇航公司（参见左图）。

这些企业家寄望太空旅游成为亚轨道飞行技术最赚钱的应用之一，不过要真正启动载人业务，至少还需一到两年。在此期间，这些企业纷纷开始争取研究机构、政府机关和有充足资金并有意进行亚轨道空间科学实验的科研人员的支持。上述5家企业都参加今年的NSRC，希望争取到更多像西南研究院这样的客户。西南研究院已在维珍银河的“太空船2号”和XCOR的“山猫号”（Lynx）上买下了8个座位，而且可能还会再买9个。

NSRC的大多数与会者都无须多加说服，几乎人人都是一副急欲搭上这条大船的模样。天文学家谈论着在大气层外架设望远镜，以便对月球上的水资源进行中红外勘探，并对行星、彗星和小行星进行观察。行星学家详述了沙尘撞击的微重力实验，用来研究行星雏形的形成。大气学家探讨了对高层大气中大片“忽略层”（ignorosphere，即探测气球无法“高攀”而人造卫星无法“低就”的地方）的现场取样问题。材料学家则是急于研究微重力对燃烧等过程的影响。

不过，这些研究人员热情高涨是一回事，要让他们供职的机构掏钱买票又是另一回事。拿NASA来说，他们已经跟犰狳和马斯廷公司签下了近50万美元的合约，委托两家公司运载7批工程设备上天。但NASA还没有决定购买亚轨道飞行的乘客席——犰狳和马斯廷目前均更专注于无人航天技术——且合约涉及的设备中没有一台会真的抵达太空，最高也就40千米左右。

要卖出乘客席，航天公司就得说服机构决策者相信，他们的飞行器提供的太空环境远胜传统途径。机构只须为每趟飞行支付几万美元，就能订到一架按需定制、可沿多种抛物线轨迹飞行的飞行器，飞行全程耗时5～10分钟，能提供30秒的微重力环境。否则，就要花费100万～200万美元的巨款，在探空火箭上搭载自动化设备，以便在远离地球大气层的太空中，获得最多长达20分钟的微重力环境。

这些新型的商用飞行器性能各异，但差异通常不外乎以下两方面：可达到的飞行高度在30千米～约100千米之间，提供3～5分钟的失重环境。

斯特恩及其他倡导者认为，可复用航天飞行器在太空中滞留时间过短的问题，可通过频繁飞行来弥补。“身为首席研究员，我在近十年的时间里只争取到7次使用NASA探空火箭的机会，而这次西南研究院的8项太空任务只需一年便可完成，”斯特恩说，“维珍银河每天会发射6架飞行器上天；XCOR每天4次；而蓝源说每周一次。这会为我们访问太空提供前所未有的便利。”

人为因素

不过，鉴于可能面临的风险与复杂性，人类真的需要进行这样的航天实验吗？“这具有两重优势，”斯特恩说。他的论调与人类航天的倡导者们自20世纪60年代NASA设立阿波罗计划以来所一直主张的大致相同。“首先，你不用再把钱花在实验自动化上。其次，这意味着你可以轻松地实时判断数据的采集情况，对实验作出实时更动，从而获得更好的实验结果”。

为了证明上述优势的存在，SwRI的研究人员设计了三项演示实验。一是“众石之盒”（Box of Rocks），用一个装有碎石屑和陶瓷块的透明盒子，模拟松散物质在表面重力较低的小行星上的附着情况。再者，是用一台曾于1997年随航天飞机上过太空并已翻新的紫外望远镜，透过舱内的窗口观察天体和高层大气现象。最后，则是用一部“生理监测仪”（bioharness），在不同飞行器的飞行模式中，监控并记录乘客的血压、心率及其他生理参数的变化情况。

NASA科学任务委员会首席科学家保罗·赫兹（Paul Hertz）对此仍持怀疑态度。赫兹总体上看好可复用亚轨道飞行器的潜力，但他不认为人出现在天文观测现场有什么用。他说：“由于飞行时间相对较短，因此（不载人）不会对预定的观测计划程序造成多少局限。”

约翰斯·霍普金斯大学的天文学家斯蒂芬·麦坎德利斯（Stephan McCandliss）则认为座位与生命维持系统的重量会给飞行器性能带来巨大损耗。麦坎德利斯已经利用探空火箭进行太空紫外天文观测已有20多年，而这些可复用飞行器所能做到的，在他看来反而“相形见拙”。

“探空火箭实用价值极高。”斯特恩承认，“它们飞得更高，定向系统更精密，而且能够携带商用可复用飞行器无法携带的载荷。不过可复用飞行器可以飞得更频繁，成本也低10～20倍，还可以搭载科学家及他们的仪器。两者各有其用。”

约翰·格伦斯菲尔德（John Grunsfeld）原是一名航天飞机宇航员，现在是美国空间望远镜科学研究所（Space Telescope Science Institute）副所长。他也很怀疑新型飞行器会优于探空火箭，不过他承认，这会为科学界带来新机遇。

格伦斯菲尔德说：“真正有潜力造福科学界的，并不是当前这第一批飞行器，而是它们的未来。届时，载人商用飞行器将定期、频繁地提供时间更久的失重环境，甚至进入环地轨道。”该技术一旦成熟，对那些富有想象力但可能无法通过政府或主流学术同行评议的项目是个好消息。当然，他也提醒说，“这类科学项目的实际价值仍有待观察”。

在斯特恩看来，常规化亚轨道航天的实际价值不应只用获得拨款和发表论文来衡量。在NSRC的演讲上，他告诉听众，如果他们对亚轨道科学的兴趣主要源自对太空旅行的向往，也完全无须感到羞愧。

 “我想大多数科学家并没有很好地意识到，载人航天是项多么鼓舞人心的事业，”斯特恩说，“从事科学工作很辛苦，而有些工作更轻松也更赚钱。不过，等到有人能够进入课堂，向中小学生宣讲私人太空旅行的时候，这个话题就会引起反响。我们可以通过这一行业的诞生以及所带来的机遇，为未来贡献力量。”

斯特恩的言论似乎引起了共鸣。大家在会间及会后讨论亚轨道科学时，话题就是如何激发下一代研究者完成壮举，例如，将人造卫星的巨型太阳能电池板获得的能量发回地球，造访小行星，去月球居住，或者去火星旅行。事实上，在NSRC会场及奥兰多的酒吧内集结的大多数科学家眼中，平民化亚轨道飞行的前景就像一块空白幕布，可供他们投射当前的计划，以及将人类疆域拓展至整个太阳系乃至更辽阔的未来梦想。

 “很多人并不喜欢高谈阔论，也未必一直清楚自己想要实现这些飞行的动机，不过他们当中有不少人都想成为创造未来的一分子，”XCOR公司总裁格里森（Greason）说，他自己也不例外。“我会做这一行，因为我认为它有可能成为某项新兴事物的开端，而这项新生事物将会持续存在非常非常久”。