劉秉軍
今年7月,近地軌道空間接連迎來“訪客”——私營公司的載人飛船競相完成太空首秀。人們想知道,商業(yè)化太空游什么時候能夠?qū)崿F(xiàn)?在技術(shù)上還需要解決哪些問題呢?
今年7月,近地軌道空間可謂異?!盁狒[”。先是7月11日,維珍銀河公司創(chuàng)始人理查德·布蘭森搭乘該公司的“團結(jié)”號飛船,完成了首次近地軌道太空旅行;緊接著,7月20日,藍色起源公司的飛船也成功實施了首次近地軌道載人飛行。
盡管上述兩次太空飛行的高度僅為100多公里,但其起飛和著陸的方式與小規(guī)模載人航天行動相當。最值得關(guān)注的是,藍色起源公司太空飛船的乘客中,除了公司創(chuàng)始人杰夫·貝索斯和他的弟弟,以及他邀請的一位美國女飛行員之外,還有一位支付費用的乘客。因此,這是該公司提供的人類歷史上第一次真正意義上的商業(yè)化太空游服務(wù)。
私營公司的載人飛船競相完成太空首秀,說明商業(yè)化太空游未來可期。飛到太空中以“上帝視角”觀賞我們這顆藍色星球;繞著月球飛上幾圈,仔細看看壯觀的環(huán)形山;登上月球體驗一躍6米高的感覺。這一切什么時候能夠?qū)崿F(xiàn)?在技術(shù)上還需要解決哪些問題呢?
將游客送到約100公里高的太空中,獲得幾分鐘的微重力環(huán)境體驗,并不是維珍銀河和藍色起源等公司的最終目標。但這個目標的實現(xiàn),可以作為后續(xù)開展商業(yè)化太空游服務(wù)的基礎(chǔ)。
商業(yè)化太空游的下一個目標,是建立近地軌道太空旅館。2020年8月,美國發(fā)布《太空探索的新紀元》藍皮書,其中明確提出,近地軌道可以向商業(yè)化太空游開放。也就是說,美國政府支持私營公司出資建造近地軌道太空旅館,并在那里開展太空游業(yè)務(wù)。
飛行器在數(shù)百公里高的軌道上以7.6千米/秒的速度運行,就不會因地球的引力掉落,這一飛行速度被稱為第一宇宙速度?!短仗剿鞯男录o元》描述了近地軌道太空旅館的設(shè)計理念:它實際上是以第一宇宙速度繞地球運行的飛行器。它雖然不是國際空間站那樣的龐大科研設(shè)施,但也需要具備可供人員駐留的條件,例如通過自轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力,制造與地球相近的重力環(huán)境,以避免微重力環(huán)境對游客的健康造成影響。
必須說明的是,很多人認為游客參加太空游的一個重要目的是體驗微重力環(huán)境,“像宇航員在空間站中那樣飄浮”。其實這是一個認識誤區(qū)。對于普通的太空游客來說,應(yīng)該盡可能避免長時間處于微重力環(huán)境中,因為那會使人產(chǎn)生眩暈、嘔吐等生理反應(yīng),影響在太空中的觀光體驗。
微重力環(huán)境出現(xiàn)在載人飛船入軌后與太空旅館對接前。游客可以在這段有限的時間內(nèi)體驗一下失重飄浮的感覺。一旦進入太空旅館,就應(yīng)擺脫微重力環(huán)境,在離心力模擬的重力環(huán)境中觀賞地球和深邃的宇宙空間。
在近地軌道太空游的基礎(chǔ)上,月球游也將發(fā)展起來。商業(yè)化月球游的第一步是繞月游,即“遠觀”;第二步是在月球上建造旅館,供游客登月游覽、居住,即“近賞”。
目前第一步已經(jīng)可以實現(xiàn)。SpaceX公司以1.7億美元的價格將一艘可飛往月球的星艦飛船(Starship)出售給了日本富商前澤友作,后者計劃幾年后搭乘該飛船實施繞月飛行。星艦飛船將從地球起飛,繞月球飛行數(shù)圈,再返回地球。
在近地軌道太空旅館建成并運行后,更便捷的繞月游方式是:用往返于近地軌道太空旅館和月球軌道之間的飛船接送游客。
近地軌道太空旅館和繞月游,可以使游客獲得在地球上從未有過的觀景視野。在國際空間站上有一個360度的全景觀察窗。所有進入過國際空間站的宇航員,都對在太空中欣賞到的美景終生難忘:“在那個距離上,你看不到任何國家的邊界,也聽不到任何喧鬧聲。地球就是一顆藍色的美麗行星,在那里孤獨地旋轉(zhuǎn),那是我們?nèi)祟惖募覉@。在另一邊,月球就像與地球遙相呼應(yīng)的伙伴。我們?nèi)祟惢蛟S是太陽系中唯一的智慧物種,只有我們能欣賞這樣的奇觀。”
藍色起源公司的載人飛船為每一位乘客安排了一個高度為1米的大觀景窗,使他們能夠獲得與宇航員一樣的體驗——這正是太空游的魅力所在。
太空游作為一個旅游服務(wù)產(chǎn)業(yè),成本控制非常重要。目前維珍銀河、藍色起源和SpaceX三家公司,最主要的技術(shù)突破和創(chuàng)新都著眼于降低成本。它們分別采用水平起飛、水平著陸、單發(fā)動機火箭、低成本多發(fā)動機并聯(lián)火箭、陸上回收和海上回收等不同的技術(shù)方案,實現(xiàn)火箭和載人飛船最大限度的重復(fù)利用。
維珍銀河和藍色起源的飛船都是先飛到高度100公里左右的軌道上,這是商業(yè)化太空游的初級方案,目的是最大限度地降低成本。這個高度被視為“進入太空的門檻”,以此為基礎(chǔ)建立商業(yè)生態(tài)是明智的。載人太空游產(chǎn)業(yè)將由簡入繁,一步一個腳印地發(fā)展起來。
在SpaceX公司的星艦飛船完成多次載人繞月飛行并證明其安全性后,游客有望接踵而至。該公司預(yù)計,到2031年左右,繞月游服務(wù)將供不應(yīng)求。按照星艦飛船的設(shè)計,其一次飛行最多可以搭載100名游客。
SpaceX公司還制定了獨特的節(jié)省成本方案:星艦飛船在月球軌道附近加注在月球上生產(chǎn)出來的燃料,這比返回地球補充燃料的成本要低得多。實施這一方案的前提是,從月壤中提取燃料的技術(shù)和在太空軌道上為飛行器加注燃料的技術(shù)獲得突破。目前這兩項技術(shù)是世界各國新型航天企業(yè)努力的方向。
研究發(fā)現(xiàn),長期暴露在宇宙輻射和微重力環(huán)境中,對人體造成的傷害遠超人們的想象。宇航員斯科特·凱利在太空生活一年后,科學(xué)家對他進行了一系列研究。研究結(jié)果表明,一旦離開地球的大氣層和引力場,人類的身體機能就開始衰退。認知障礙、肌肉和骨骼退化以及心臟萎縮等,都是太空生活給人體帶來的負面影響。
對于太空游客來說,由于旅行時間相對較短,且次數(shù)不會很多,所以其身體受到的損害可以忽略不計。作為一項旅游服務(wù),太空游需要服務(wù)人員——機組人員和工作人員,他們的健康如何得到保障?讓每一名太空游從業(yè)人員都像宇航員那樣接受系統(tǒng)訓(xùn)練和昂貴的高端醫(yī)療保障,顯然是不現(xiàn)實的。
對于這個問題,維珍銀河、藍色起源和SpaceX三家公司都傾向于借助人工智能來解決,即主要依靠機器人提供服務(wù)。維珍銀河公司的研究表明,在太空中做任何事情,包括提供各種服務(wù),如果安排人員,其成本是采用自動化系統(tǒng)的10倍。
藍色起源公司的發(fā)言人表示,現(xiàn)在該公司計劃實施的項目,與20世紀60年代的美國登月項目已經(jīng)截然不同了。半個多世紀以來,微電子技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展,使得自動化和遠程控制的系統(tǒng)可以在太空中做許多事,而且相對于人類,它們能以更低的風(fēng)險和成本把工作做得更好。如果太空游項目中安排較多的人類服務(wù)員,那么就需要較多的生命支持系統(tǒng)和應(yīng)急救援系統(tǒng)——這些系統(tǒng)應(yīng)該主要供游客使用。
編輯:姚志剛 winter-yao@163.com