文/ 遲惑

▲“新謝潑德”點(diǎn)火起飛

▲ 乘員艙安全著陸

2021年7月20日上午，美國(guó)亞馬遜公司創(chuàng)始人杰夫·貝索斯乘坐新謝潑德號(hào)火箭升空，開(kāi)啟首次太空之旅。約7分鐘后，助推火箭在指定位置著陸，近11 分鐘時(shí)，載有貝索斯等人的乘員艙順利著陸，藍(lán)色起源公司的首次載人太空之旅取得成功。

除了貝索斯本人，還有幾名乘客與他一同進(jìn)行這趟太空之旅，包括他的兄弟馬克·貝索斯，83 歲的女飛行員沃利·芬克，以及一名18 歲的付費(fèi)旅客奧利弗·戴曼。

雖然這次飛行不能與進(jìn)入國(guó)際空間站相比，但也算是向宇宙沖擊了一下，多少是有風(fēng)險(xiǎn)的?；蛟S這是因?yàn)樨愃魉构Τ擅?，?shí)在沒(méi)有其他事情可以引起他的激情了吧。

那么，他的“新謝潑德”飛船到底是個(gè)啥東西呢？

認(rèn)識(shí)“新謝潑德”

首先要探尋一下藍(lán)色起源公司為什么要給火箭起這樣一個(gè)名字?！爸x潑德”來(lái)自美國(guó)第一代載人乘員艙“水星”航天員艾倫·謝潑德，他被稱為第一個(gè)進(jìn)入太空的美國(guó)人。其實(shí)這個(gè)“進(jìn)入太空”是打了折扣的，謝潑德沒(méi)有像加加林那樣繞著地球轉(zhuǎn)上幾圈，而是做了一次高度186 千米的亞軌道飛行，然后降落在距離發(fā)射位置486千米的地方。貝索斯用“新謝潑德”來(lái)給自己的火箭和乘員艙起名，顯然是定了個(gè)小目標(biāo)。不過(guò)水星號(hào)乘員艙在1958年開(kāi)始研制，到1961年就帶著謝潑德上天了。貝索斯的“新謝潑德”搞了21年才進(jìn)行載人飛行，劇情實(shí)在太冗長(zhǎng)了。

當(dāng)然，“新謝潑德”和“水星”的區(qū)別還是很大的。按照藍(lán)色起源公司的說(shuō)法，“新謝潑德”是可重復(fù)使用的亞軌道火箭系統(tǒng)，用來(lái)運(yùn)載航天員和研究有效載荷超越卡門(mén)線。

“新謝潑德”是一種完全可重復(fù)使用的垂直起飛垂直著陸（VTVL）航天器，由兩個(gè)主要部分組成：火箭部分稱為推進(jìn)模塊（PM），載人部分稱為乘員艙（CC）。

乘員艙

“新謝潑德”的乘員艙采用加壓設(shè)計(jì)，可載6 人，并采用了“全高度”逃逸救生系統(tǒng)，在上升過(guò)程中可以在任何地方將乘員艙與助推器火箭分離。乘員艙的內(nèi)部體積為15 立方米。乘員艙的逃逸救生發(fā)動(dòng)機(jī)由美國(guó)阿羅杰特-洛克達(dá)因公司研制。

火箭部分采用藍(lán)色起源公司自己研制的BE-3 液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)。此前藍(lán)色起源公司還研究過(guò)BE-1 發(fā)動(dòng)機(jī)，使用單組元過(guò)氧化氫；BE-2 發(fā)動(dòng)機(jī)，采用過(guò)氧化氫和煤油。

備用著陸系統(tǒng)

“新謝潑德”的逃逸救生裝置并不是裝在乘員艙頂部，而是在乘員艙尾部。美國(guó)波音公司的星際線飛船乘員艙和太空探索技術(shù)公司的龍飛船乘員艙也采用同類(lèi)設(shè)計(jì)。這樣做的好處是可以省掉整流罩，壞處是乘員艙外形設(shè)計(jì)受到很大限制。不過(guò)“新謝潑德”不需要復(fù)雜外形，所以沿用尾部逃逸救生系統(tǒng)設(shè)計(jì)是可行的。

正常情況下，“新謝潑德”的乘員艙是依靠降落傘減速著陸的。如果發(fā)生意外降落傘失靈，那么乘員艙底部還有一套備用著陸系統(tǒng)，可以從底部彈出一組氣囊，起到緩沖的作用。這樣乘員艙的實(shí)際降落速度可以控制在1.6 千米/小時(shí)。這套系統(tǒng)可以在只有兩個(gè)降落傘展開(kāi)的情況下保證安全著陸。座椅可以在偏航情況下變形和吸收沖擊力。

在試驗(yàn)過(guò)程中，乘員艙的過(guò)載曾達(dá)到10g，這已經(jīng)是一個(gè)很大的數(shù)字了，一般只有試飛員才能承受得住。但藍(lán)源公司“新謝潑德”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人阿里安·康奈爾說(shuō)：“這完全符合人類(lèi)所能承受的范圍，特別是在如此短的時(shí)間內(nèi)”。

在2016年10月5日的第六次試驗(yàn)中，曾經(jīng)對(duì)逃逸火箭做過(guò)測(cè)試。當(dāng)時(shí)認(rèn)為，逃逸火箭一旦點(diǎn)火，它產(chǎn)生的70000 磅推力和強(qiáng)力噴焰會(huì)猛烈沖擊運(yùn)載火箭，把它徹底破壞。但這件事并沒(méi)有發(fā)生，火箭安全地與乘員艙分離，降落在得克薩斯沙漠的地面上。

這次試驗(yàn)在乘員艙里擺了一名叫作“天行者”的假人，熟悉科幻電影的人會(huì)立刻反應(yīng)過(guò)來(lái)，這不是《星球大戰(zhàn)》里主角家族的姓氏嗎？“天行者”不是獨(dú)自上路，艙內(nèi)還有各種不同的試驗(yàn)設(shè)備，來(lái)自美國(guó)宇航局、商業(yè)公司和大學(xué)，其中當(dāng)然也包括藍(lán)源公司自己的。藍(lán)源公司把試驗(yàn)機(jī)會(huì)開(kāi)放給員工，計(jì)劃的名字叫做“放飛我的東西”。

4枚“新謝潑德”和15 次飛行

“新謝潑德”的火箭和乘員艙共用一個(gè)名字，用首字母縮寫(xiě)加建造序號(hào)的方式來(lái)編號(hào)，分別叫做NS1～NS4。到第一次載人飛行任務(wù)之前，“新謝潑德”一共飛行了15 次，這些飛行基本都取得了成功。然而貝索斯一直等到第16 次才敢載人，確實(shí)夠小心的。

NS3 和NS4 與NS1、NS2 有很大的區(qū)別，乘員艙部分有巨大的舷窗可觀景。NS1、NS2 都沒(méi)有窗戶，NS2 僅僅是用油漆刷了一個(gè)窗戶形狀。

· NS1

NS1 于2015年4月29日進(jìn)行第一次飛行。飛行高度達(dá)到93.5 千米。雖然發(fā)射是成功的，并且通過(guò)降落傘著陸成功地回收了乘員艙，但是助推器著陸時(shí)墜毀了，原因是飛行器控制系統(tǒng)的液壓裝置故障。

· NS2

▲ 杰夫·貝索斯率先走出艙門(mén)

▲ 本次飛行乘組的四名成員：馬克·貝索斯，杰夫·貝索斯，18 歲的奧利弗·戴曼，82 歲的沃利·芬克（從左到右）

▲ 即將著陸的新謝潑德火箭

在損失掉了第一枚火箭后，藍(lán)色起源公司又制造了一枚新的NS2。NS2的首次飛行于2015年11月23日進(jìn)行，飛行高度到達(dá)100.5 千米，乘員艙和火箭都成功回收。其中火箭成功地進(jìn)行了動(dòng)力垂直著陸。其實(shí)這比馬斯克的“獵鷹9號(hào)”一級(jí)回收還早一些，當(dāng)然難度也小很多。

2016年1月22日，NS2 進(jìn)行了第二次飛行。飛行彈道與2015年11月23日相同，最高高度達(dá)到101.7 千米。分離后乘員艙和運(yùn)載火箭都完好無(wú)損地返回地面。這一成就證明了“新謝潑德”的可重復(fù)使用性和61 天的周轉(zhuǎn)時(shí)間。

▲ 即將執(zhí)行NS15 任務(wù)的新謝潑德火箭

2016年4月2日，NS2 進(jìn)行第三次飛行，達(dá)到103.381 千米高度，然后成功返回。

2016年6月19日，NS2 第四次飛行，再次達(dá)到100 千米（63 英里）以上，然后成功返回。乘員艙也成功回收，但這次只使用兩個(gè)降落傘，最后用應(yīng)急反推火箭降落。這是一次對(duì)應(yīng)急降落的測(cè)試。

NS2 的第五次也是最后一次試飛于2016年10月5日進(jìn)行。主要目標(biāo)是在跨音速下將乘客艙提升至最高過(guò)載，并對(duì)逃逸救生系統(tǒng)進(jìn)行飛行試驗(yàn)。當(dāng)時(shí)人們對(duì)這次飛行的預(yù)期值不高，但試驗(yàn)奇跡般地成功了，NS2也功成身退，不再使用。

現(xiàn)在使用的是NS3號(hào)，它提高了可重復(fù)使用性和熱保護(hù)性能，采用重新設(shè)計(jì)的推進(jìn)模塊和新的檢修面板，以便更快地維修和改進(jìn)熱保護(hù)。NS3 是有窗戶的，藍(lán)色起源公司本來(lái)只打算把它用于載貨，不能載人。

· NS3

NS3 首次飛行試驗(yàn)于2017年12月12日進(jìn)行。這是根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦航空管理局頒發(fā)的發(fā)射許可證監(jiān)管制度進(jìn)行的首次飛行。此前的試飛是在實(shí)驗(yàn)許可證下進(jìn)行的，不允許運(yùn)載商業(yè)付費(fèi)的貨物，這使得NS3 的首飛成了藍(lán)色起源公司第一筆主業(yè)收入。

首航之后，NS3 進(jìn)行了改進(jìn)，主要是提高可操作性。它的第二次試飛于2018年4月29日進(jìn)行。第三次飛行于2018年7月18日進(jìn)行，乘員艙首次攜帶人體模型，高空飛行逃逸救生系統(tǒng)試驗(yàn)成功。第四次NS3 飛行原計(jì)劃于2018年12月進(jìn)行，但由于“地面基礎(chǔ)設(shè)施問(wèn)題”而推遲到了2019年1月23日，最大高度為106.9 千米，搭載8 個(gè)美國(guó)宇航局的研究和技術(shù)有效載荷。此后，NS3 又進(jìn)行了3 次飛行，搭載了多個(gè)有效載荷，總飛行次數(shù)7次。

· NS4

NS4 是第四個(gè)飛行體，是目前最完善的一個(gè)火箭+乘員艙組合，也將是第一次進(jìn)行載人飛行的“新謝潑德”。它于2018年完工，2019年12月轉(zhuǎn)移到得克薩斯州發(fā)射場(chǎng)。

常規(guī)飛行過(guò)程

按照設(shè)計(jì)，“新謝潑德”從得克薩斯州西部起飛，然后進(jìn)行大約110 秒的動(dòng)力飛行，火箭在40 千米高度關(guān)機(jī)。但是組合體依然有很高的速度，繼續(xù)靠慣性上升，在大約100 千米的高度達(dá)到頂點(diǎn)。然后發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，乘員艙和火箭在機(jī)械彈簧的推力下分開(kāi)。乘員艙要經(jīng)歷大約3分鐘的微重力飛行?；鸺诖怪敝懬皫资胫匦聠?dòng)主發(fā)動(dòng)機(jī)降落。乘員艙用降落傘著陸。整個(gè)過(guò)程完全由機(jī)載計(jì)算機(jī)控制，沒(méi)有地面控制或人類(lèi)飛行員操作。

飛行過(guò)程

▲ 未完工的新謝潑德飛船

▲ 首次進(jìn)行亞軌道飛行的艾倫·謝潑德

BE-3 發(fā)動(dòng)機(jī)

BE-3不僅僅用來(lái)驅(qū)動(dòng)“新謝潑德”，它還有著更加重要的任務(wù)，那就是為聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（ULA）的新一代火箭“火神”充當(dāng)二級(jí)推力。

藍(lán)色起源公司的第一種發(fā)動(dòng)機(jī)是BE-1，它使用過(guò)氧化氫推進(jìn)劑，僅能產(chǎn)生8.9 千牛的推力。第二種叫做BE-2，采用煤油和過(guò)氧化氫燃料，能產(chǎn)生140 千牛的推力

然后就該輪到BE-3 了吧，其實(shí)不是。2012年美國(guó)阿羅杰特公司收購(gòu)了普惠公司旗下的液體發(fā)動(dòng)機(jī)制造商洛克達(dá)因公司，導(dǎo)致美國(guó)液體發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)壟斷化進(jìn)一步加深。藍(lán)源公司發(fā)現(xiàn)，自己有可能作為一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)。于是藍(lán)源公司宣布與ULA 公司合作開(kāi)發(fā)BE-4，工廠設(shè)在阿拉巴馬州的亨茨維爾。

到2013年1月，藍(lán)源公司宣布啟動(dòng)BE-3 研制，采用液氫/液氧燃料，設(shè)計(jì)推力440 千牛。到年底，BE-3 就成功實(shí)現(xiàn)了全程亞軌道推進(jìn)模擬試驗(yàn)，包括推進(jìn)、滑行和重新點(diǎn)火。

到2013年12月，藍(lán)源公司更新了BE-3 的技術(shù)參數(shù)，啟動(dòng)了海平面試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，BE-3 可以在全功率下產(chǎn)生490 千牛的推力，還可以把推力控制到110 千牛，以服務(wù)于“新謝潑德”的受控垂直著陸。2015年4月全部測(cè)試工作完成，最小推力控制到了89 千牛，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流能力進(jìn)一步提高，但最大推力保持不變。

到這時(shí)候，BE-3 的累計(jì)點(diǎn)火次數(shù)超過(guò)450 次，累計(jì)測(cè)試時(shí)間超過(guò)500分鐘，已經(jīng)比較成熟了。于是，ULA 公司考慮，可以把BE-3 作為新一代火神火箭的一部分，稱為“高級(jí)低溫演化級(jí)”（ACES）。但是用于“新謝潑德”的BE-3 并不適用，因此藍(lán)源公司開(kāi)發(fā)真空版的BE-3U，主要是擴(kuò)大噴管的直徑，適合高空環(huán)境。這個(gè)項(xiàng)目得到了美國(guó)空軍的資金支持，預(yù)計(jì)真空推力為670 千牛，發(fā)動(dòng)機(jī)的深度節(jié)流能力達(dá)到65%以下。

▲ “新謝潑德”的乘員安全帶

▲ “新謝潑德”的舷窗

▲ “新謝潑德”的座椅

3 分鐘的微重力實(shí)驗(yàn)

“新謝潑德”乘員艙一共只能提供3 分鐘的微重力飛行。對(duì)于搭載裝置來(lái)說(shuō)，必須在這3 分鐘內(nèi)完成全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這樣短的時(shí)間和軌道飛行完全無(wú)法相比。藍(lán)色起源公司表示，“新謝潑德”雖然只能提供3分鐘的微重力環(huán)境，但有自己的優(yōu)勢(shì)，其中包括：具備將有效載荷和操作員頻繁地發(fā)射到亞軌道高度的能力；能夠容納多個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和操作員；有標(biāo)準(zhǔn)接口，提供電源、冷卻、指令和控制、視頻和數(shù)據(jù)記錄；飛船降落后，地面人員就可以快速進(jìn)入查看有效載荷，適用于時(shí)間敏感的試驗(yàn)。

3 分鐘只是名義微重力環(huán)境持續(xù)時(shí)間。姿態(tài)控制活動(dòng)可能會(huì)縮短或降低微重力環(huán)境持續(xù)的時(shí)間，所以藍(lán)色起源公司對(duì)此作了說(shuō)明。

乘員艙采用了冷氣推力系統(tǒng)來(lái)實(shí)施姿態(tài)控制，也就是我們熟悉的反作用控制系統(tǒng)（RCS）。如果飛行正常，在乘員艙與運(yùn)載火箭分離后的10～15 秒內(nèi)，RCS 推力器會(huì)密集噴射，把整個(gè)乘員艙的俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)速率降為零，消除機(jī)械分離彈簧力不對(duì)稱力和殘余氣動(dòng)干擾引起的影響。然后，冷氣推力器將盡量不工作。分離后約35 秒，飛行器將發(fā)出“滑行啟動(dòng)”信號(hào)，RCS 推力器不再噴射，乘員艙自由飛行。當(dāng)乘員艙在重力作用下再入，氣動(dòng)阻力帶來(lái)的加速度已經(jīng)不可忽視，RCS 將再次噴射。在微重力滑行期間，如果乘員艙俯仰角或偏航角大于45°，RCS 還是要噴射來(lái)修正。

有些試驗(yàn)需要乘員艙保持特定姿態(tài)，例如將儀器指向地球上或天空中的特定位置。在這種情況下，RCS 可以保持+/-5°的精度。但是，保持特定的姿態(tài)，可能會(huì)影響微重力環(huán)境，因?yàn)樗枰芷谛缘耐屏ζ鲊娚洹Ｈ绻瑫r(shí)攜帶兩類(lèi)試驗(yàn)設(shè)備，也就是說(shuō)有些試驗(yàn)需要高質(zhì)量微重力環(huán)境，有些試驗(yàn)希望定向到特定的姿態(tài)，那么就只能分時(shí)段執(zhí)行。

▲ “新謝潑德”抵達(dá)彈道定點(diǎn)

▲ “新謝潑德”飛船內(nèi)景

▲ “新謝潑德”飛行過(guò)程

最后，乘員的動(dòng)作也可能影響微重力環(huán)境。人員的移動(dòng)，甚至人員對(duì)艙壁的接觸，都會(huì)帶來(lái)這種影響。因此，恐怕純粹的游客很難與微重力實(shí)驗(yàn)儀器一起飛行。

▲ 貝索斯向觀眾展示如何乘坐“新謝潑德”

按照藍(lán)色起源公司的說(shuō)法，這類(lèi)試驗(yàn)被歸類(lèi)為研究和教育任務(wù)（REM），可以從事微重力科學(xué)、空間生命科學(xué)、地球和空間科學(xué)、土地利用、教育和公眾宣傳、技術(shù)開(kāi)發(fā)和示范、空間系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

沙漠里的發(fā)射場(chǎng)

藍(lán)色起源公司的發(fā)射場(chǎng)位于得克薩斯州卡爾伯森縣的偏遠(yuǎn)沙漠當(dāng)中，具體在范霍恩鎮(zhèn)以北約40 公里處。參加飛行的人們需要長(zhǎng)度跋涉，先飛到得克薩斯州的埃爾帕索機(jī)場(chǎng)，驅(qū)車(chē)193 公里到范霍恩鎮(zhèn)過(guò)夜。然后再開(kāi)車(chē)30 分鐘，才能到“新謝潑德”的發(fā)射場(chǎng)，這段路藍(lán)色起源公司是不負(fù)責(zé)接送的。

發(fā)射場(chǎng)占地7527 公頃。其實(shí)它連發(fā)射塔架都沒(méi)有，只不過(guò)是在沙漠里做了一塊硬化地面，距離火箭廠房大約2.9公里。著陸場(chǎng)在發(fā)射場(chǎng)以北3.2 公里的位置?；鸺龔S房里也可以給有效載荷提供處理設(shè)施。

▲ 新謝潑德火箭構(gòu)成

▲ “新謝潑德”團(tuán)隊(duì)

一般來(lái)說(shuō)，載人發(fā)射活動(dòng)都會(huì)在白天進(jìn)行。但是部分實(shí)驗(yàn)可能需要在夜間實(shí)施，藍(lán)源公司也可以為這類(lèi)活動(dòng)提供服務(wù)。

拍賣(mài)會(huì)

藍(lán)色起源公司為了讓第一次載人飛行聲勢(shì)更加浩大一些，在6月11日舉行了公開(kāi)拍賣(mài)會(huì)，價(jià)格一路上漲，場(chǎng)面熱烈。來(lái)自全世界159 個(gè)國(guó)家的7600 多人競(jìng)相出價(jià)。最終，有一位神秘的人物報(bào)出2800 萬(wàn)美元的價(jià)格，眾人嘩然。拍賣(mài)師3 次詢問(wèn)之后落錘，再加上拍賣(mài)行6%的費(fèi)用，這位編號(hào)為“投標(biāo)人107”的勝利者將付出2800 萬(wàn)美元加6%的拍賣(mài)行傭金，以總計(jì)2970萬(wàn)美元登上“新謝潑德”號(hào)。

▲ 制造中的新謝潑德飛船

▲ NS15 任務(wù)回收成功

▲ NS15 任務(wù)降落后，貝索斯親自前去查看

評(píng)論家們指出，一次亞軌道飛行之所以會(huì)賣(mài)到如此高價(jià)，唯一的原因就是可以和貝索斯同行。和一位全球知名的頂級(jí)富翁一起冒險(xiǎn)，對(duì)很多人來(lái)說(shuō)是個(gè)宣傳自己的好機(jī)會(huì)。再考慮到飛行前可能有幾天共同訓(xùn)練的機(jī)會(huì)，這2950萬(wàn)美元在很多人眼里或許還是很值得的。畢竟美國(guó)是一個(gè)什么都可以拿來(lái)賣(mài)錢(qián)的社會(huì)。

7月11日，維珍銀河公司老板布蘭森參加了“太空船二號(hào)”的首次商業(yè)飛行。不過(guò)“太空船二號(hào)”的飛行當(dāng)中，一直有兩名駕駛員在操縱，所以他沒(méi)有辦法把自己包裝成“首飛”。即使如此，布蘭森也在推特上發(fā)布了自己的照片，并且自稱“航天員一號(hào)”。

有意思的是，今天的藍(lán)色起源和維珍銀河公司很有些同病相憐的味道。維珍銀河公司CEO 邁克爾·科爾格拉澤表示，這兩次飛行的成功非常重要，“這將使人類(lèi)太空飛行的理念在市場(chǎng)上正?；薄?/p>

當(dāng)然，在現(xiàn)階段，打算體驗(yàn)太空飛行的“人類(lèi)”都不是普通人，其中相當(dāng)多是億萬(wàn)富翁。在“新謝潑德”的本次飛行之前，人們一度評(píng)測(cè)，亞軌道飛行的費(fèi)用應(yīng)該在20 萬(wàn)美元左右，不會(huì)超過(guò)100 萬(wàn)美元。即便如此，人們還是會(huì)有疑問(wèn)：有多少人愿意出這樣一筆錢(qián)，去參加一次只有10 多分鐘的飛行呢？但從這次有近7600 名競(jìng)拍參與者的數(shù)字來(lái)看，市場(chǎng)空間還是不小的，至少可以養(yǎng)活一兩家亞軌道旅游公司。★