飛翔的翅膀

最為突出的發(fā)射器是X-33，它由位于加利福尼亞州帕姆代爾的洛克希德·馬丁公司的臭鼬工程隊研制，是NASA意圖把發(fā)射成本削減到1／10的聯(lián)合項目的一部分。X-33是一個大約有實驗用航天器一半大小、用以測試一種直線噴管技術(shù)以及其他各種技術(shù)的發(fā)射器。在理論上，直線噴管能夠通過一個可以自動適應(yīng)不斷變化氣壓的發(fā)動機，來推動一個完全可以重復(fù)使用并且垂直起飛飛入軌道的航天器。但是X-33本身并不進入軌道，它彌補了現(xiàn)有制造技術(shù)的缺陷。但還是有人提出懷疑，認為它沒有辦法提供給NASA足夠的信息，以保證NASA盡快就是否繼續(xù)依賴現(xiàn)有的航天飛機直到2020年，還是在2012年淘汰這些昂貴的重負荷機器做出決斷。

制造發(fā)動機時遇到的困難使得X-33推遲了發(fā)射。NASA的首席工程師丹尼爾·R.馬爾維爾指出，對X-33的飛行測試會盡快完成，在做出建造完整的單節(jié)推進軌道飛行器的決定前，仍需要一兩年的時間進行研發(fā)。

其中存在一個問題，就是世界上沒有一個足夠大的蒸壓器來使全復(fù)合材料的液態(tài)氫氣罐密閉，此外，建造那些可以使航天器抵御熱量進入的金屬瓦片也需要耗費更大努力。來自國會研究服務(wù)中心的馬西婭·史密斯指出，“冒險星”被作為將來可能的國家發(fā)射系統(tǒng)，但是所需時間會很漫長，而且第一個“冒險星”航天器并不會攜帶人類。

現(xiàn)在，NASA在研究把人類和其他動物運送到軌道上的可能性。一些可能用到的技術(shù)正在被稱為X-34的實驗飛行器上研發(fā)，它會測試二節(jié)進軌道技術(shù)以及一種新型的可重復(fù)使用的瓷磚。

展望X-33和X-34以后的技術(shù)，該機構(gòu)最近加大了對高超音速噴氣發(fā)動機的研究。自1994年11月國家太空飛船計劃被取消后，該項技術(shù)就一直落后。

這種被看成噴氣式飛機發(fā)動機變種的超音速燃燒沖壓式噴氣機，能像普通的噴氣式飛機那樣吸入空氣，而且可以以6馬赫的速度飛行，這就使得單節(jié)進軌道的目標(biāo)指日可待。一些被稱為X-43的無人駕駛的超音速燃燒沖壓式噴氣機，其飛行的最高速度甚至可以達到10馬赫。

對于這些計劃所面臨的困難，NASA的加里·佩頓指出，關(guān)鍵是要使空氣進入的速度足夠慢。從而使得燃料可以充分燃燒以產(chǎn)生推力，而又不能產(chǎn)生多余的熱量。從理論上講，這可以通過在空氣進口制造沖擊波做到，但是這一過程卻會浪費掉大量的能量。

一項可能的突破性發(fā)射技術(shù)是制造一種吸氣式發(fā)動機，它可以作為火箭來操縱，既能在較低速度時，也可以在空氣變得過于稀薄而無法吸入時使用。在那一高度，飛向太空的航天器速度極有可能達到10馬赫。

目前，這種以火箭為基礎(chǔ)的循環(huán)式發(fā)動機尚未通過風(fēng)洞實驗，而且必須將它們設(shè)計為飛行器的一部分才能產(chǎn)生足夠的推力。

NASA最近為了實施其新的“未來X”計劃，與波音公司簽署了一份共同分擔(dān)費用的合同，用以研發(fā)一種高科技飛行器來測試不同的超音速飛行技術(shù)。佩頓說，“如果一切順利”，使用聯(lián)合循環(huán)發(fā)動機的火箭的飛行測試可能會在4年后進行。

一旦飛行器離開大氣層，并且飛行速度達到軌道速率(大約25馬赫)，那么太空工程所面臨的難題就完全不同了。這時候不再需要更大的推動力，因為飛行器已經(jīng)脫離地球引力和空氣阻力。在這里，人們開發(fā)了許多種不同的方法，包括聲名赫赫的、在NASA“外太空1”號航天飛船上使用的離子發(fā)動機。其工作原理是通過帶高壓的電柵刺激推進劑中的帶電原子(離子)，當(dāng)離子離開發(fā)動機時就會產(chǎn)生推動力。目前，氙燈是最受青睞的推進劑?！巴馓?”號的能量來自太陽能電池板，但是從理論上講，任何可以產(chǎn)生電能的方式都可以用來驅(qū)動一個離子發(fā)動機，它使得每千克推進劑所產(chǎn)生的推動力，要比以往的化學(xué)型火箭大10倍。因此，即便離子發(fā)動機只能產(chǎn)生幾克的力量，但是理論上它們可以運作多年而不間斷，從而使得航天飛船可以達到非常高的速度。NASA劉易斯研究中心的詹姆斯·索榮說，離子發(fā)動機可以使人們切實完成對天王星和海王星的探索任務(wù)，同時將會獲取比20世紀(jì)B0年代的“旅行者2”號更多的數(shù)據(jù)。

其他的推進器

然而，離子發(fā)動機并不是唯一被考慮用于探索太陽系的空間驅(qū)動器?；魻栃?yīng)推進器也可以給離子加速，但是沒有電柵。它們部分采用徑向磁場來指引離子，并且能產(chǎn)生更大的推進力。NASA劉易斯中心的羅伯特·楊柯夫斯基測試了一個50千瓦的版本，發(fā)現(xiàn)研究模型與離子發(fā)動機的推進劑同樣有效。目前這一技術(shù)主要應(yīng)用在近地空間，如果其功能得到改善，它們可以用于其他領(lǐng)域。

現(xiàn)在，美國政府已經(jīng)在一個典型的有效載荷上使用了此類發(fā)動機。而計劃提供管帶和全球電信服務(wù)的特里德西克公司，也會在其衛(wèi)星群上使用霍爾效應(yīng)推進器。

光伏電池如今已經(jīng)被用于給所有的近地軌道衛(wèi)星提供能量，并且它們的功能還在進一步完善：NASA已經(jīng)致力于開發(fā)一種新的包含無數(shù)可以把光線聚焦到光伏材料上的小鏡頭的設(shè)計，“外太空1”號正在測試這種類型。人們還希望，太陽能發(fā)電可以被用來提供更直接的推動力。美國空軍已經(jīng)斥資4800萬美元實施一個4年計劃，用以研發(fā)太陽能驅(qū)動的最后的火箭段，它可以只用化學(xué)火箭發(fā)射成本的一小部分就把衛(wèi)星從低軌道移送至靜止軌道上。

太陽軌道轉(zhuǎn)移飛行器用輕型的鏡子把太陽光轉(zhuǎn)移到石墨板塊上，可以使溫度達到2100℃，并使儲存的液氫蒸發(fā)，迅速擴張的氣體便會提供推進力。這一技術(shù)需要花費3星期～8星期的時間才能把一個典型的有效載荷推進到地球靜止軌道，但是它的質(zhì)量很輕，這意味著衛(wèi)星能夠用一個比較小型的火箭進行發(fā)射。

波音公司的項目執(zhí)行經(jīng)理托馬斯·克斯勒指出，使用這一技術(shù)可以將發(fā)射費用節(jié)約數(shù)千萬美元。但是，太陽的作用也只能發(fā)揮這么多，如果要探索比木星更遙遠的行星，利用太陽能就變得很困難。

探索木星的“伽利略”計劃和探索土星的“卡西尼”計劃都采用的是放射性同位素?zé)岚l(fā)電機，利用钚238衰變產(chǎn)生的熱量來制造少量電力。但是，這種技術(shù)目前還不能大規(guī)模地用以產(chǎn)生更大的熱量。許多航天迷認為，能夠在太空中運作的核反應(yīng)堆可以解決這一問題。然而，由于核反應(yīng)堆的運作會產(chǎn)生一些放射性廢物，主張利用空間核動力的支持者正在提出一種設(shè)計，這種設(shè)計可以在化學(xué)火箭上發(fā)射并且將一直處于休眠狀態(tài)，只有在到達遠離地球的安全位置后它們才能被激活，因此它們并不會構(gòu)成威脅，從而避免核泄漏事故。有估計表明，核能驅(qū)動的火星旅程只需要花費100天的時間，差不多是化學(xué)火箭預(yù)計要花費時間的一半。

NASA的首席技術(shù)專家塞繆爾·文內(nèi)里指出，反應(yīng)堆可以提供電力以在火星上設(shè)立基地。反應(yīng)堆可以用多種方式產(chǎn)生推動力，詹姆斯·鮑威爾描述了一個可以直接產(chǎn)生推動力和進行短期密集爆裂的反應(yīng)堆，并指出這種設(shè)計可以使人們把巖石樣品從冥王星帶回到地球。

把熱量轉(zhuǎn)化為電力從而給離子驅(qū)動器提供能量有多種不同的可應(yīng)用的計劃，比如霍爾效應(yīng)推進器和一種新型的電力推進劑。NASA先進空間推進系統(tǒng)項目前任經(jīng)理加里·班尼特指出：“你可以混合使用不同的反應(yīng)堆和推動理念?！?/p>

然而，任何與核能有關(guān)的東西意味著太空反應(yīng)堆將會面對巨大的政治障礙。令公眾感到費解的是。NASA似乎并沒有在這個領(lǐng)域做過更多的努力。把我?guī)У斤w船上去

不管空間核動力最終是否被開發(fā)。具有創(chuàng)造性的工程師和科學(xué)家對于未來進一步探索太陽系仍然充滿樂觀。

NASA前高層，現(xiàn)為一名咨詢師的伊凡·貝基認為，只要付出持續(xù)不斷的努力，就可以在未來40年內(nèi)把發(fā)射成本從每千克2萬美元降低到每千克2美元。他甚至預(yù)言在10年內(nèi)，逐步完善的、可以完全重復(fù)使用的單節(jié)進軌發(fā)射器就可以把成本降低1／10，而結(jié)合超音速發(fā)動機、火箭推進技術(shù)以及新的高能推進劑，便可以把速度再降低1／10。(貝基估計，可以1年飛行1000次可重復(fù)使用的單節(jié)進軌飛行器，也可以把飛行成本降低到每千克200美元。)

貝基指出，采用磁懸浮彈射器的裝備，可以把火箭飛船像磁懸浮列車一樣停在軌道上。這種軌道一頭向上彎曲，可裝在山的一邊。由火箭驅(qū)動的飛行器可以先在軌道上加速，然后以聲速沿著著30°～40°的角度飛向天空。

在未來的20年里，貝基設(shè)想會研發(fā)出一種微波驅(qū)動的飛行器，這與倫斯勒理工學(xué)院的雷克·邁拉博所提出的設(shè)想異曲同工。這種飛行器的推動力來自所謂的磁流體動態(tài)作用力，當(dāng)導(dǎo)電性液體或氣體通過電磁場時就會產(chǎn)生這種作用力。這一工程面臨著巨大的障礙，但是許多研究過這種原理的人都認為它在實踐中會行得通。因為射束能量意味著可以不用攜帶氧化劑或燃料，從而減少了地球引力的影響。貝基聲稱，激光或者微波驅(qū)動的航天器可以把發(fā)射成本降低到每千克20美元。

邁拉博和其他人認為，可以通過太空太陽能發(fā)電站網(wǎng)絡(luò)來給射束能量驅(qū)動的飛行器提供支持。從理論上講，在太空中設(shè)立能量站有許多優(yōu)點：如果太陽照射到軌道上的它們所處的那部分位置時，它們就能接受到大量的光子。在一名叫做戴納·羅斯巴拉克的熱心人(他是加利福尼亞州代表和眾議院空間和航空小組委員會會長)的帶動下，NASA正在研究使太空能量站為地球上的用戶提供能量的提議。但是文內(nèi)里認為，“過去的經(jīng)濟不足以支撐”這種技術(shù)的應(yīng)用，他還補充說，在低軌道中建造充氣式結(jié)構(gòu)的能量站也能在某種程度上降低成本。

軌道式的太陽能空間站，看上去像電影《獨立日》中的外星人飛碟，它們的能量如果能被航天器用以穿越大氣層的話，會具有更多的經(jīng)濟意義，這也是邁拉博的主張。

還有一些太空愛好者提出了使用繩子和長的連接電纜的可能性，它們在軌道上會有一些特殊的屬性。使得它們可以產(chǎn)生推動力。這種近乎怪異的想法并非毫無根據(jù)，因為遠離地球中心的物體如果要在軌道中運行的話，就必須保持一種比靠近地球的物體運行速度更慢的水平速度。因此，當(dāng)處于不同高度的物體用幾百米長的繩子連接起來的話，強大的力量可以使其處于一種壓力狀態(tài)。其他的物理原理，特別是角動量守恒定律，就可以應(yīng)用在被繩子拴住的物體上。結(jié)果就是，通過一些違反常理的力學(xué)現(xiàn)象，繩子可以像一個巨大的彈弓一樣在有效載荷間傳遞力，從而快速推動軌道之間的人造衛(wèi)星。

然而文內(nèi)里警告說，通了電的繩子雖然可以用來發(fā)電和產(chǎn)生提升力，但是預(yù)測和控制這種軌道中巨大的、多物體的系統(tǒng)仍然是個很大的挑戰(zhàn)。

太空繩理論甚至使得把整個地球沿著一條連接在赤道上某點的固定的線，與處于靜止軌道中的某一個衛(wèi)星相連成為可能，爬升設(shè)備可以沿著這條繩子爬到36000千米內(nèi)的任何高度，而只需要很少的能量。這樣的繩子現(xiàn)在還造不出來，因為它所要承受的力量要求它必須用一種比凱夫拉爾材料更能負重的材料，而目前凱夫拉爾材料只能用以制造一些小規(guī)模的繩子。

但是貝基指出，巴基管可以用于制作這種繩子。巴基管是一種微觀纖維結(jié)構(gòu)，是將碳原子裝入直徑只有幾微米的管子中制作成的。他很有信心地預(yù)測說：“當(dāng)我們學(xué)會怎樣把它們做成繩子并將它們綁在一起時，我們就能夠做出負重量是現(xiàn)有材料600倍的繩子?！比绻@個設(shè)想能夠?qū)崿F(xiàn)，太空繩理論就可以變?yōu)楝F(xiàn)實。到那個時候，一個與地球相對位置保持不動的繩子系統(tǒng)，就可以把發(fā)射成本降低到每千克2美元。

如果這樣的計劃還不夠有雄心的話，一些科學(xué)家甚至在考慮能夠?qū)⒁凰逸d人太空飛船送到另一個星球的想法。在這方面最有影響力的想法是“光帆”。這樣的裝置也可能被用來在太陽系內(nèi)運送貨物。也有人提出要挖掘核聚變的巨大的能量來推動太空探索事業(yè)的發(fā)展。盡管控制核聚變產(chǎn)生的有用的能量在地球上尚未實現(xiàn)，但是作為永恒的希望之泉，太空中的核聚變反應(yīng)堆能夠提供到達太陽系任何地點的足夠的能量。其他研發(fā)推進技術(shù)的想法更為高瞻遠矚，并且有人也提出進行星際旅行：量子隱形傳態(tài)、蟲洞和動量消除法。

這些令人難以置信的想法似乎需要人們對物理學(xué)進行全新的認識，但以人類目前的知識還不能使這些理論實現(xiàn)。即便如此，認真的科學(xué)家也在繼續(xù)尋找可以把這些理論變?yōu)楝F(xiàn)實的方法。如果他們成功的話，將會徹底顛覆我們對宇宙的看法。

誰又能說，這些理論永遠不可能實現(xiàn)呢?

鏈接

隨著維珍銀河航空公司所研發(fā)的“白騎士2”號雙機身太空母艦在美國的首次成功試飛，人類離個人商業(yè)太空游的夢想又更近了一步?？磥硖斟塾挝幢刂皇且粋€夢。

從2005年開始，維珍銀河就開始接受太空游的預(yù)訂。目前，已經(jīng)大約有250人與維珍銀河簽約，預(yù)約成為太空游乘客。目前。此種太空游團費為20萬美元起。分為3種預(yù)訂類型：第一種：確保為前100名進入太空旅行的游客，需要交付全款20萬美元(此種方式已結(jié)束)；第二種：確保為維珍銀河太空游運作第一年進入太空旅游的游客，也就是約前1000名游客。需要交付10萬美元～17.5萬美元不等的訂金；第三種：在前一種游客出發(fā)后便能立即出發(fā)，需要交付2萬美元的訂金。每一艘太空母艦上將承載6名乘客、2名駕駛員。所有乘客需花費3天的時間在NASTARCentre進行所需的訓(xùn)練。必要的訓(xùn)練包括：重力離心機訓(xùn)練、無重力訓(xùn)練等。所有的乘客在參加訓(xùn)練之前都需要通過嚴格的體檢。