太空遨游的妙計之一

要想探索更遠(yuǎn)的太空，人類首先要解決怎樣才能實惠和更有效地到達那里。有關(guān)這方面的想法不勝枚舉。

1996年是太空運輸史上具有里程碑意義的一年。據(jù)一項抽查顯示，在這一年，全球范圍內(nèi)由太空項目帶來的商業(yè)利潤約有770億美元，首次超過政府在太空項目上的投資。1997年，大約有150顆商業(yè)的、民用的和軍事的人造衛(wèi)星被送入軌道，其中商業(yè)衛(wèi)星有75顆，比1996年增長了3倍。根據(jù)哈佛大學(xué)分析家喬納森·麥克斯威爾的統(tǒng)計，1998年人造衛(wèi)星的數(shù)量差不多達到1997年的總和。在接下來的幾年中，商業(yè)性人造衛(wèi)星的發(fā)射成倍增長，市場調(diào)查表明，在1998年一2007年，有1200個遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星被送入太空。總而言之，太空淘金熱正在悄然崛起。

太空愛好者期待著有一天能有人離開地球，飛向一個太空空間站，或者是在月球或火星上建立的一個基地。然而。在這條探索通向恒星的路上，有一塊非常大的絆腳石，那就是：以人類的能力，絕對難以到達太空的每個角落。對人類來說，單單軌道的建成就既昂貴又危險，而且目前的航天推進技術(shù)緊緊地將人類探索的范圍局限在太陽系以內(nèi)。我們的太空飛船需要在環(huán)繞幾個行星的間接軌道上飛行數(shù)年才能從重力中獲得推進力，而且一旦登陸，飛船就喪失了返回的能量。

難道，人類要想把太空飛船送去其他星系一定得花上好幾個世紀(jì)嗎?幸運的是，工程師們在制造新的推進系統(tǒng)方面并不缺乏創(chuàng)造性的計劃。或許這些計劃能使人類某天可以去其他星球上生活?，F(xiàn)在，最根本的計劃是對現(xiàn)有的火箭和噴氣技術(shù)進行改革，有人提議利用核能源或者乘坐強大的激光束，甚至有人提出可以采用類似“空間電梯”的東西把貨物送入軌道。

“如果能夠到達低軌道，那就意味著距離到達太陽系的其他任何地方成功了一半?！笨苹眯≌f作家羅伯特·海因萊因這樣寫道?，F(xiàn)在，幾乎所有的科學(xué)家都同意能夠在花費很少的情況下到達低軌道是至關(guān)重要的第一步，因為在大多數(shù)情況下，要擴展人類能夠到達的領(lǐng)域取決于大規(guī)模的軌道航天器或者其他設(shè)備，涉及多個發(fā)射。

對人類來說，研發(fā)更好的發(fā)射系統(tǒng)現(xiàn)在已是迫在眉睫。大多數(shù)商業(yè)性的人造衛(wèi)星注定要么被安排在已經(jīng)擁擠不堪的靜止軌道上(衛(wèi)星爭相擁擠在這條位于赤道上方的36萬千米的軌道上)，要么被安排在距離赤道只有幾百千米的低軌道上。

現(xiàn)在，低軌道正在迅速成為一個有發(fā)展空間的經(jīng)濟領(lǐng)域。在這個軌道上，衛(wèi)星可以把信號傳送到桌面甚至是手機?？蒲杏萌嗽煨l(wèi)星也有了很大的提升，有50余個大型的觀測和探索太陽系其他行星的衛(wèi)星將會在下一個10年內(nèi)升空。而且此類衛(wèi)星的發(fā)射速度必定會增長。因為NASA正在把新的、突出“更快、更好、更便宜”的航空器付諸實踐。

現(xiàn)在，科研任務(wù)的開發(fā)成本已經(jīng)是20世紀(jì)90年代早期的典型任務(wù)的1／3。此外，在其預(yù)計的15年壽命內(nèi)，國際空間站在除了計劃的45次飛行外，還將需要幾十次的運輸以運送機組人員、燃料和其他貨物。

發(fā)射衛(wèi)星的迫切要求促使波音公司的商業(yè)空間部，分別與能源公司在莫斯科以及與克瓦納海事公司在奧斯陸修建石油鉆井平臺，并且建造了一個擁有34000噸排水量的半潛式發(fā)射平臺，這個平臺可以被移動到有利于軌道發(fā)射的地點。

淘金熱褪去之后

即便是最冷靜的科學(xué)家，也樂于看到有更多的航天器用以檢測地球環(huán)境和探索太陽系更遠(yuǎn)的地方。人類目前更有遠(yuǎn)見的預(yù)見是：未來會出現(xiàn)一個蓬勃發(fā)展的航天工業(yè)，以開采行星或小行星上的礦物，并且從這些星球的大氣層中提取氣體來制造能源和提供生命的基礎(chǔ)。亞利桑納大學(xué)的K.R.塞里德哈采納了火星愛好者的觀點，宣稱太空探索的先驅(qū)者可以在“(火星)地表上生活”，因為他已經(jīng)開發(fā)出一種電化學(xué)電池，它可以利用火星大氣制造氧氣。

太空遨游之所以更為引人注目，是因為到達太空需要高昂的花費。傳統(tǒng)的火箭大都是由政府投資開發(fā)的，要把它運送到低軌道的費用是每千克2萬美元。由波音公司和洛克希德·馬丁公司合資成立的聯(lián)合太空聯(lián)盟公司私人經(jīng)營的航天飛機，如今已經(jīng)在致力于提供廉價的太空旅行，但是它的花費也不比那些典型的不能再用的火箭少多少。

今天，如果一艘配備齊全的太空飛船攜帶50名乘客飛向太空，那么每名乘客需要支付840萬美元才能保證收支平衡。

進人太空之所以昂貴，是因為助推器需要攜帶氧化劑和燃料，而且除了一少部分可以重復(fù)使用的航天飛機外，大多數(shù)航天飛機都會在幾分鐘的榮耀后被燒毀在大氣層。工程師們一直希望建造出可以重復(fù)使用的飛行器，以此來削減發(fā)射成本(那樣只需要在每次飛行后加油和進行一些基本檢查)。

1998年8月27日，作為波音公司在幾十年中私人開發(fā)的第一個具有大型助推器的“波音三角洲3”火箭從卡納維拉爾角空軍基地升空后不久就發(fā)生了爆炸，這使得波音公司的計劃宣告失敗。

1988年～1998年，因為在成本和需求上存在不一致意見，美國的數(shù)項研發(fā)新的、昂貴的火箭的政府資助計劃被迫取消。

新技術(shù)帶來新發(fā)展

位于得克薩斯州的私人公司——比爾太空科技公司研發(fā)的一種三級運載火箭，在2000年第三季度發(fā)射。比爾公司的副總裁大衛(wèi)·斯波德聲稱，之后他們還會研發(fā)可重復(fù)使用的火箭。還有多家公司則計劃利用大氣中的氧氣來提升性能，這樣可以降低火箭自身必須攜帶的氧氣量，他們希望通過建造能夠水平起落的火箭來解決這一問題。

位于加利福尼亞州范登堡空軍基地的先鋒火箭飛機公司正在研發(fā)一種重量輕的雙崖式飛機，它由火箭發(fā)動機和常規(guī)的渦輪發(fā)動機驅(qū)動。這種飛機在其貨艙中配備有一個有效載荷和第二節(jié)火箭。它首先利用渦輪發(fā)動機從跑道爬升至6100米的高空，之后由油輪機給它提64000千克的液氧。在兩架飛機分離后，液氧用來點燃小型飛機的火箭發(fā)動機并使其速度達到15馬赫，高度提升至113千米，之后飛機就可以釋放其有效載荷和第二節(jié)火箭。該公司商業(yè)發(fā)展部副部長查爾斯·J.勞爾指出，低溫氧轉(zhuǎn)移的故障安全機制是其中主要的技術(shù)難題。

凱利空間核技術(shù)公司也在研發(fā)一種可以水平起飛的飛機用作衛(wèi)星發(fā)射，而且這種飛機能承受更大的有效載荷，最大可達到32000千克。凱利研發(fā)的這種叫做“太空班機”的航天器，是必須被發(fā)射到6100米高空的一種小型航天飛機。到達那個高度后，航天飛機就會測試它的火箭發(fā)動機，之后根據(jù)測試情況決定是繼續(xù)爬升到122000千米的高空或者是飛回發(fā)射地點。

還有一些公司在技術(shù)上做出了更大膽的嘗試，這方面位于加利福尼亞州紅木城的旋轉(zhuǎn)翼火箭公司最為引人注目。該公司正在建造一個可以垂直升降的載人火箭，這個被稱為“羅托”的火箭最為新奇的地方是它的發(fā)動機：氧化劑和燃料被注入到直徑為7米的水平圓盤內(nèi)的96個燃燒室中，在發(fā)射前以每秒720轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力提供了燃燒的壓力，從而避免使用大量且昂貴的渦輪泵，也使得航空器只需一個階段就可以飛到運行軌道?！傲_托”借助折疊直升機旋轉(zhuǎn)葉片降落，這些葉片由尾部的微型火箭帶動旋轉(zhuǎn)，就像是凱瑟琳車輪。旋轉(zhuǎn)翼火箭公司聲稱，它可以運送有效載荷至低軌道而花費僅僅是現(xiàn)有典型發(fā)射費用的1／10?，F(xiàn)在，公司已經(jīng)完成燃燒室的測試。來自劍橋的研究新火箭技術(shù)的低溫固體推進技術(shù)研究協(xié)會的常務(wù)會長馬克·奧德曼指出，這項設(shè)計“有許多挑戰(zhàn)”。

位于加利福尼亞州帕姆代爾的太空探索公司也在設(shè)計一個全新的但是同樣充滿挑戰(zhàn)的航空器。它的水平起飛和降落的動力來自一個專門設(shè)計的發(fā)動機，稱為引射沖壓發(fā)動機。這種新穎的發(fā)動機已經(jīng)完成地面測試，據(jù)來自太空探索公司的羅納德·K，羅斯品克稱，它能夠使航空器的速度從靜止?fàn)顟B(tài)瞬間提升到6馬赫，它的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出如今任何發(fā)動機。

羅斯品克聲稱，這種發(fā)動機的效率是現(xiàn)有發(fā)動機的10倍。在速度達到6馬赫時，飛機會點燃兩個液氧燃料瓶推動火箭。當(dāng)速度達到9馬赫時，它的“鼻子”就會像鱷魚的頜一樣打開，釋放出第二節(jié)和第三節(jié)火箭和有效載荷(所有節(jié)都有可以飛回且水平降落到發(fā)射地帶的翅膀)。太空探索公司的飛機可以運載大約14000千克的有效載荷，和火箭可以運送的有效載荷一樣大。