平價(jià)太空旅行的競(jìng)爭(zhēng)

賀濤

太空旅行，不再是超級(jí)富豪的專屬游戲，那些推動(dòng)太空旅行平價(jià)化的創(chuàng)新公司，正在突破技術(shù)瓶頸，不久也許就能讓更多普通人一覽太空的魅力

2016年11月9日夜，新疆博湖縣博斯騰湖鄉(xiāng)，一個(gè)巨大的銀色氣球懸在半空，頂部距離地面有70余米，從遠(yuǎn)處望去，它下面吊裝的直徑2.5米、高3.5米、重量超過1噸的白色艙體顯得很小巧。

這是深圳光啟集團(tuán)（下稱光啟）自主研制的“旅行者”2號(hào)，目的是驗(yàn)證未來將用于在臨近空間載人旅游的飛行器。

所謂臨近空間，是指距地面20公里—100公里的空域，位于天空和太空之間。迄今為止，除了飛向太空的航天器會(huì)偶爾穿越、極少數(shù)軍用飛機(jī)能短時(shí)間進(jìn)入這一空間的底層之外，這片寂靜的空域仍然算是一塊尚未被開墾的處女地。

越來越多的創(chuàng)新公司看到了臨近空間的商業(yè)價(jià)值，谷歌、facebook、World View、Blue Origin等公司都在研制用于臨近空間的飛行器，也稱浮空器。光啟是第一個(gè)進(jìn)入臨近空間俱樂部的中國(guó)公司。

繼天空和太空之后，臨界空間正在熱鬧起來。

一次充滿挫折的試飛

中國(guó)首個(gè)臨近空間商用平臺(tái)——“旅行者”1號(hào)，由光啟在2015年6月，于新西蘭成功放飛，到達(dá)設(shè)計(jì)高度21公里。那一次，在臨近空間完成了天地高速通信、海事監(jiān)控、光學(xué)監(jiān)控等商用載荷測(cè)試。

時(shí)隔17個(gè)月之后，“旅行者”2號(hào)要再訪臨近空間，相比“旅行者”1號(hào)，此次試飛最大的區(qū)別就是，增加了一個(gè)重達(dá)1噸的艙體，艙內(nèi)還搭載了一套小型生命保障系統(tǒng)，攜帶一只烏龜進(jìn)入20公里以上的臨近空間，并返回地面。

11月9日22時(shí)44分，隨著數(shù)根固定繩索同時(shí)釋放，“旅行者”2號(hào)掙脫了地球引力，逐漸加速向上，帶著艙體隱沒在深邃的蒼穹中。

然而，成功放飛僅1小時(shí)后，光啟集團(tuán)就宣布，“旅行者”2號(hào)在升至12公里高空后，因部分通訊和控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無法達(dá)到預(yù)定高度，指揮部發(fā)出緊急降落指令，進(jìn)行回收檢測(cè)，查找故障原因。

此前，盡管試飛團(tuán)隊(duì)做了相當(dāng)充分的試飛準(zhǔn)備，可試飛過程還是一波三折。

在起飛前，“旅行者”2號(hào)受地面風(fēng)速影響較大。這是此類大型浮空器所面臨的難點(diǎn)。提前一個(gè)月，試飛團(tuán)隊(duì)就在博斯騰湖駐扎下來，掌握了大量的當(dāng)?shù)仫L(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T合作，確定了此次放飛的窗口期是11月6日?？墒?，接連出現(xiàn)的降雪和風(fēng)速較大等不利天氣，只好一天天推遲放飛，直到11月9日風(fēng)力小下來。

不過，天氣可阻擋不了試飛團(tuán)隊(duì)的雄心，因?yàn)楦】掌饔兄T人的優(yōu)點(diǎn)。

與衛(wèi)星、飛機(jī)相比，浮空器最大的優(yōu)勢(shì)就是持續(xù)使用比較便宜，而且是數(shù)量級(jí)的差別。如，飛機(jī)要想在某個(gè)區(qū)域持續(xù)服務(wù)，就必須不停地在上空盤旋，不可能停下來；要想保持在某個(gè)地區(qū)上空不斷有衛(wèi)星，就必須建設(shè)全球星座或者把衛(wèi)星部署到地球靜止軌道上。

而浮空器有很大一個(gè)氣囊，充滿了氦氣，依靠螺旋槳的推力來克服空氣的阻力，可以依靠太陽能來提供動(dòng)力，能低速水平飛行，可定點(diǎn)懸停，有點(diǎn)像日本動(dòng)畫天空城堡一樣，可行可停在空中。

當(dāng)浮空器飄浮在20公里-24公里空間時(shí)，平均風(fēng)速低于9米/秒，降低了對(duì)能源系統(tǒng)的要求，非常適合其實(shí)現(xiàn)持久的區(qū)域駐留。只要?dú)饽也宦?，浮空器可以持續(xù)幾年在天上飄著。

換句話說，如果在臨近空間布置可操縱的浮空器來替代亞軌道衛(wèi)星部分功能，完成各種以前只能靠衛(wèi)星才能完成的工作，比如農(nóng)作物產(chǎn)量估計(jì)、天氣預(yù)報(bào)、惡劣天氣預(yù)警、通信中繼等，將會(huì)大大降低工作成本，提高綜合效益。

于是，美國(guó)、西班牙、日本、俄羅斯、英國(guó)、德國(guó)等國(guó)，加大了對(duì)臨近空間進(jìn)行探索的力度和頻率，紛紛展開各類臨近空間可操縱飛行器的研制。

不過，目前的浮空器仍然以軍用為主。無論是國(guó)內(nèi)外，民用浮空器也沒有形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，多在實(shí)驗(yàn)室階段，還沒有成熟的商業(yè)模式。東莞前沿技術(shù)研究院院長(zhǎng)方東相信，民用浮空器也將迎來一個(gè)新的發(fā)展契機(jī)。因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展迅猛，各種應(yīng)用需求和應(yīng)用載荷在不斷涌現(xiàn)出來。

實(shí)際上，很多新技術(shù)的出現(xiàn)通常都是優(yōu)先服務(wù)于軍事應(yīng)用。隨著軍事應(yīng)用技術(shù)的成熟和發(fā)展，然后再普及到民用領(lǐng)域。當(dāng)初在新西蘭放飛現(xiàn)場(chǎng)，光啟集團(tuán)總裁、光啟科學(xué)（00439.HK）董事會(huì)主席劉若鵬就注意到，旁邊的試驗(yàn)場(chǎng)地就是谷歌的項(xiàng)目在試飛。

如果能降價(jià)，未來將爆發(fā)

在未來臨界空間的商業(yè)場(chǎng)景中，提供平價(jià)太空旅行服務(wù)吸引了多家創(chuàng)新公司進(jìn)入。

在2001年至2009年間，俄羅斯一共將7名富豪游客送往國(guó)際空間站，來趟太空旅行，住上幾天、十幾天，每人要付出2000萬至3500萬美元不等的費(fèi)用。這無疑是世界上最昂貴的旅游花費(fèi)。

如果能降低太空旅游價(jià)格，那么令人神往的太空旅游將會(huì)有爆發(fā)式的增長(zhǎng)。國(guó)信證券經(jīng)濟(jì)研究所的一份研究報(bào)告指出，2012年全球空中觀光旅游約2000萬人次，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)規(guī)模超過百億美元。

埃隆·馬斯克創(chuàng)辦的美國(guó)太空探索技術(shù)公司（Space X）希望通過火箭的重復(fù)使用，來降低太空發(fā)射費(fèi)用。他在2016年9月舉行的國(guó)際宇航大會(huì)上作了“把人類變成星際公民”的演講，一貫的語出驚人，Space X將開發(fā)大型火箭和飛船，將人類送往火星，實(shí)現(xiàn)火星移民。最終目標(biāo)是將成本降低至美國(guó)普通住宅的房?jī)r(jià)，約20萬美元。

英國(guó)的維珍銀河也測(cè)試可重復(fù)使用的“太空船二號(hào)”。“太空船二號(hào)”搭載2名飛行員和6名乘客進(jìn)入太空亞軌道，軌道高度為160公里-320公里，幾乎可以達(dá)到載人飛船的軌道高度。公開資料顯示，該服務(wù)的價(jià)格為每個(gè)座位25萬美元。旅途中，乘客們能感受到幾分鐘的失重感和無與倫比的太空美景。

還有Blue Origin、World View等創(chuàng)新公司，像光啟一樣，將目標(biāo)鎖定在提供20公里-100公里范圍的臨近空間旅游。嚴(yán)格說，由于臨界空間并未到達(dá)真正意義上的太空，頂多算低配版的太空旅游。

Blue Origin走的技術(shù)路線跟Space X一樣，通過安全、可靠、低成本地回收火箭，并重復(fù)使用火箭，來降低太空發(fā)射的成本。目前，Blue Origin已有四次發(fā)射，并成功回收New Shepard火箭的經(jīng)歷。該公司宣稱，最快在2017年，將發(fā)射載人航天飛船，同時(shí)，乘客將有機(jī)會(huì)在2018年購(gòu)買進(jìn)入太空的門票。

World View是一家位于亞利桑那州的太空公司，其以每張7.5萬美元的價(jià)格預(yù)售通往太空的船票。它與光啟一樣，采取了浮空器的方式。旅行者只需坐在巨型氣球吊著的豪華艙中，大約一個(gè)半小時(shí)就能到達(dá)30公里的高空，享受一次大膽刺激的旅程。

“旅行者”2號(hào)包括浮空系統(tǒng)、密封載人艙系統(tǒng)、應(yīng)急救生系統(tǒng)等，安全性和舒適性都照顧到了。此次“旅行者”2號(hào)所攜帶的艙體，在長(zhǎng)度上按載人版的0.6倍尺寸縮比設(shè)計(jì)制作，因此，載人版的艙體空間是本次放飛的近5倍大，重量是2.33噸，艙內(nèi)可乘坐6人，飛行高度可達(dá)20公里-24公里。

利用火箭發(fā)射技術(shù)推出的載人太空旅行，過程中伴隨著失重、超重等，以及驚心動(dòng)魄的速度，對(duì)旅客的身體條件和經(jīng)濟(jì)條件都有著極高的要求。在劉若鵬眼中，浮空器系統(tǒng)有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，它以讓人像乘坐電梯或纜車一樣，平穩(wěn)地升到臨近空間，對(duì)地球表面景觀一覽無余，再平穩(wěn)地返回地面。

客觀說，超重和高速，確實(shí)會(huì)讓人感覺難受，失重狀態(tài)也可能會(huì)引起不適感，但太空旅行除了換個(gè)角度看世界，另一大樂趣其實(shí)就是失重體驗(yàn)。在一定程度上，這是浮空器系統(tǒng)的一個(gè)缺憾。

不過，劉若鵬認(rèn)為，國(guó)內(nèi)的浮空器將比國(guó)外公司的太空游更加經(jīng)濟(jì)，“一定比載人飛船的成本低很多。我們的目標(biāo)是讓每個(gè)人都有機(jī)會(huì)，降低門檻兒，不管是經(jīng)濟(jì)上面，還是個(gè)人身體承受力上”。在單張船票的價(jià)格上，肯定是低于10萬美元。

技術(shù)的瓶頸

因知識(shí)和實(shí)踐積累都實(shí)在太淺，荷載能力、蒙皮材料等技術(shù)和材料，一直在掐著臨近空間飛行器發(fā)展的脖頸。

在20公里的高空，“旅行者”2號(hào)上的氣球狀囊體，會(huì)發(fā)生巨大的形態(tài)變化，從水滴形膨脹成圓鼓鼓的。這是因?yàn)?，隨著高度上升，大氣壓力下降，到20公里高度處，大氣壓力約為地面的5.3%，當(dāng)外部氣壓降低后，囊體內(nèi)外壓差越大，囊體就會(huì)鼓得越大。同時(shí)，臨近空間低溫、低壓、高紫外輻射和高臭氧濃度的環(huán)境，都在挑戰(zhàn)囊體的蒙皮材料。

2013年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、航天六院46所、中科院應(yīng)用化學(xué)研究所等單位，聯(lián)合發(fā)表的一篇臨近空間飛艇蒙皮的國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀分析論文總結(jié)，國(guó)內(nèi)對(duì)于這方面的研制起步晚，而且現(xiàn)在真正投入研制工作的單位很少，產(chǎn)品性能和國(guó)外差距很大，重要原料全部依賴進(jìn)口。

現(xiàn)在，“旅行者”號(hào)的囊體均為光啟自主研發(fā)，在位于深圳市大鵬新區(qū)的光啟空間材料中試基地加工、生產(chǎn)，并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)?！奥眯姓摺?號(hào)的囊體直徑近40米，體積約3萬立方米，厚度不到0.2毫米。

如此薄的囊皮，竟然是由多層材料構(gòu)成，有耐低溫層、防紫外線層、耐壓層、抗腐蝕層等，經(jīng)過精密的工藝，把這些材料加工成囊皮材料，令其在擁有多種功能的同時(shí)，依然材質(zhì)輕、強(qiáng)度高。

從世界范圍看，不像飛機(jī)和衛(wèi)星，已經(jīng)積累了很多經(jīng)驗(yàn)和大數(shù)據(jù)，這一領(lǐng)域還缺乏成熟的飛行平臺(tái)的支持，導(dǎo)致臨近空間飛行器的負(fù)載仍停留在較低的水平。

洛克希德·馬丁公司設(shè)計(jì)的“高空飛艇”，到2011年載重也僅為1814公斤，只與衛(wèi)星量級(jí)相當(dāng)，大型載荷一直是臨近空間飛行器的技術(shù)難點(diǎn)。

“旅行者”2號(hào)的放飛，就顯露了部分短板。比如，對(duì)于放飛環(huán)境的風(fēng)力要求過嚴(yán)，當(dāng)風(fēng)速超過5米/秒后，就不得不停止放飛了。實(shí)際上，5.5米/秒的風(fēng)力為4級(jí)，屬于和風(fēng)。

試飛過程中，在艙內(nèi)還搭載了一只烏龜。一位航天業(yè)內(nèi)人士告訴《財(cái)經(jīng)》記者，送烏龜上去和送猴子上去，對(duì)于生命保障系統(tǒng)的要求差別很大，后者的難度大很多；而從搭載猴子到載人，技術(shù)上還要再邁一大步。

在載人之前，搭載重量、耗氧量、體溫等與人類近似的大型哺乳動(dòng)物上天，這是必須的動(dòng)作。

這可沒有阻擋住劉若鵬的計(jì)劃。在深圳的基地，載人版旅行者號(hào)已經(jīng)初具規(guī)模，2.33噸的艙體，已經(jīng)完成設(shè)計(jì)和建造，目前可以在地面模擬臨近空間的所有條件，接下來測(cè)試生命保障系統(tǒng)，主要解決如何保障處于艙體中的人員安全。

還有一個(gè)問題需要全世界該領(lǐng)域的人士去思考，由于臨近空間目前還只是一個(gè)學(xué)術(shù)概念，國(guó)際法尚未對(duì)其進(jìn)行明確的界定，因此對(duì)其內(nèi)涵、性質(zhì)和法律地位都缺乏權(quán)威的、統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。

臨近空間作為介于空氣空間和外層空間的特殊區(qū)域，其界定必然依賴于空氣空間和外層空間概念的明確。事實(shí)上，國(guó)際社會(huì)至今未能就天空和外空的劃界問題達(dá)成一項(xiàng)全面協(xié)議，臨近空間也就更加難以界定了。

World View的共同創(chuàng)始人和首席技術(shù)官Taber MacCallum撰文稱，隨著美國(guó)太空創(chuàng)新公司接近商業(yè)運(yùn)作和行業(yè)的發(fā)展，監(jiān)管體系也必須做出改變。他向美國(guó)國(guó)會(huì)提出了一個(gè)二級(jí)監(jiān)管制度的建議，一是永久延伸現(xiàn)政策（使用“許可證”），另一個(gè)是通過更加強(qiáng)大的法規(guī)來保護(hù)航天參與者的安全，根據(jù)飛行器的具體功能或目的，來頒發(fā)“擴(kuò)展許可證”。

劉若鵬操心的是這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸，還無暇顧及政策。他表示，對(duì)于臨近空間的飛行器發(fā)展，當(dāng)?shù)刂鞴懿块T在氣象數(shù)據(jù)支持和空域批準(zhǔn)方面，都給與積極的支持。

“旅行者”2號(hào)正式版，將在2017年進(jìn)行試飛。到2020年，光啟或可突破臨界空間載人技術(shù)。