普通人的“登天”夢(mèng)想史

菲尼克斯

2021年6月，總部位于美國(guó)卡納維拉爾角的Space Perspective公司已正式開(kāi)始銷售最高的熱氣球之旅的門(mén)票。

自尤里·加加林以來(lái)，人類進(jìn)入太空已經(jīng)60年。長(zhǎng)久以來(lái)，載人航天由國(guó)家負(fù)責(zé)，只有極少數(shù)人可以完成太空之旅。但是，人們一直在為普通人“登天”而不懈努力。當(dāng)載人航天逐漸從國(guó)家壟斷走向商業(yè)運(yùn)營(yíng)，這樣的夢(mèng)想正越來(lái)越近。

“前傳時(shí)代”

無(wú)論是載人還是載物、不管研制發(fā)射機(jī)構(gòu)是政府還是公司，航天的基礎(chǔ)都是火箭。如今人們可以遨游太空，要感謝羅伯特·戈達(dá)德將近100年前的發(fā)明。

戈達(dá)德是美國(guó)馬薩諸塞州人，從小醉心于《星球大戰(zhàn)》《從地球到月球》等科幻小說(shuō)，立志實(shí)現(xiàn)人類的“登天”夢(mèng)想。1911年，他在克拉克大學(xué)取得博士學(xué)位后留校任教。在此期間，他認(rèn)識(shí)到液氫和液氧是理想的火箭推進(jìn)劑;隨后的幾年里，他進(jìn)一步確信用他的方法一定會(huì)把人送入太空。

他在實(shí)驗(yàn)室里第一次證明了在真空中可存在推力，并首先從數(shù)學(xué)上探討包括液氧和液氫在內(nèi)的各種燃料的能量和推力與其重量的比值。戈達(dá)德并不只停留在理論研究上，他還最先研制出使用液態(tài)燃料的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)時(shí)他選用的是液氧和汽油。

1926年3月16日，戈達(dá)德在馬薩諸塞州奧本的一片冰雪覆蓋的草原上，發(fā)射了人類歷史上第一枚液體火箭?；鸺L(zhǎng)約3.4米，發(fā)射時(shí)重量為4.6公斤，空重為2.6公斤。飛行延續(xù)了約2.5秒，最大高度為12.5米，飛行距離為56米。從今天的眼光看，這次飛行的數(shù)據(jù)似乎微不足道，但這是人類航天史上的偉大開(kāi)創(chuàng)。

戈達(dá)德不斷改進(jìn)他的發(fā)明，于1935年發(fā)射的一枚液體火箭第一次超過(guò)了音速;此外，他還獲得火箭變軌裝置和用多級(jí)火箭增大發(fā)射高度的專利，并研制了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃料泵、自冷式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和其他部件。他設(shè)計(jì)的小推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是現(xiàn)代登月小火箭的原型，曾成功上升到約2公里的高度。

戈達(dá)德總共獲得過(guò)214項(xiàng)專利，其中多級(jí)火箭和液體火箭是航天飛行的兩個(gè)重要里程碑。他于1919年發(fā)表的論文《達(dá)到極端高度的方法》被認(rèn)為是20世紀(jì)火箭科學(xué)的經(jīng)典著作之一，他被譽(yù)為“現(xiàn)代火箭技術(shù)之父”。

雖然戈達(dá)德在火箭研制上做出了如此之多的創(chuàng)舉，但直到他去世時(shí)，這些理論和實(shí)踐并未引起美國(guó)政府的重視和支持。然而，德國(guó)人對(duì)此視若珍寶。吸取了戈達(dá)德的成就后，沃納·馮·布勞恩團(tuán)隊(duì)研制出了V2火箭，在二戰(zhàn)中被納粹德國(guó)用做攻擊武器。V2火箭于1942年10月3日首次發(fā)射成功、1944年9月正式投入使用，是世界上首個(gè)大型火箭，也是世界上最早投入實(shí)戰(zhàn)使用的彈道導(dǎo)彈。

V2是單級(jí)液體火箭，全長(zhǎng)14米、重13噸、直徑1.65米、最大射程320公里、射高96公里、彈頭重1噸。盡管一度給英國(guó)、荷蘭等造成嚴(yán)重傷亡，但它沒(méi)有改變納粹德國(guó)戰(zhàn)敗的命運(yùn)。

二戰(zhàn)結(jié)束后，美國(guó)情報(bào)單位實(shí)行了“回形針”行動(dòng)，趕在蘇聯(lián)之前將大量V2火箭以及相關(guān)設(shè)備搶運(yùn)一空，并接受布勞恩及其團(tuán)隊(duì)成員的投降，將他們帶往美國(guó)，為此后美國(guó)航天工業(yè)的騰飛積累了關(guān)鍵的人才與技術(shù)儲(chǔ)備。

從這樣的歷史沿革可以看出，現(xiàn)代航天與政府、軍隊(duì)等官方機(jī)構(gòu)緊密相連由來(lái)已久。不過(guò)，這樣的情況從20世紀(jì)60年代初期已經(jīng)開(kāi)始松動(dòng)。

1961年12月12日，世界上第一顆非政府研制的衛(wèi)星在美國(guó)發(fā)射成功，進(jìn)入近地軌道。這顆衛(wèi)星叫“OSCAR一號(hào)”，它的名字并不是簡(jiǎn)單的“奧斯卡”，而是Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio（攜帶業(yè)余無(wú)線電的軌道衛(wèi)星）的縮寫(xiě)。這顆衛(wèi)星由一群加利福尼亞的業(yè)余無(wú)線電愛(ài)好者建造，個(gè)頭很小，可以由一個(gè)成年人輕松抱在懷里，當(dāng)時(shí)價(jià)值約60美元。奧斯卡一號(hào)在軌20天，向地面發(fā)送簡(jiǎn)單的“Hi”信號(hào)，被地面上28個(gè)不同的國(guó)家成功接收。

緊隨其后的1962年，時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)約翰·肯尼迪簽署了《1962年通信衛(wèi)星法案》，為私營(yíng)公司擁有和運(yùn)營(yíng)衛(wèi)星提供了最初的法律基礎(chǔ)和監(jiān)管框架。

“三強(qiáng)爭(zhēng)霸”

航天載荷開(kāi)始非官方化之后，火箭的商業(yè)化歷程也緩緩開(kāi)啟。

1982年，美國(guó)一家名為Space Services的公司發(fā)射了第一枚私人出資的火箭。這枚名為“康尼斯多加一號(hào)”的運(yùn)載火箭是從一枚“民兵”洲際彈道導(dǎo)彈改裝而來(lái)。這次飛行只是一次試驗(yàn)，有效載荷用40磅水替代，并沒(méi)有運(yùn)載任何真實(shí)的儀器以及人員。

兩年后，時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)里根簽署了《1984年商業(yè)太空發(fā)射法案》（Commercial Space Launch Act of 1984），認(rèn)可了私營(yíng)航天技術(shù)的商業(yè)價(jià)值和增長(zhǎng)前景，要求持續(xù)鼓勵(lì)私營(yíng)航天事業(yè)。該法案允許私營(yíng)企業(yè)有償為政府提供地外貨運(yùn)發(fā)射服務(wù)，打破了NASA（美國(guó)國(guó)家航空航天局）的壟斷地位，為后續(xù)更多的私營(yíng)航天活動(dòng)掃清了障礙。隨后，美國(guó)政府陸續(xù)出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)發(fā)展衛(wèi)星應(yīng)用、載人航天的相關(guān)法律法規(guī)以及資助計(jì)劃，扶持商業(yè)航天的發(fā)展。

沃納·馮·布勞恩團(tuán)隊(duì)研制出了V2火箭，在二戰(zhàn)中被納粹德國(guó)用做攻擊武器。

1990年，軌道科學(xué)公司（Oribital Science）自主研發(fā)的一種小型空中發(fā)射火箭“飛馬座”成功試射，成為第一枚沒(méi)有政府資助開(kāi)發(fā)成功并進(jìn)入近地軌道的火箭。

衛(wèi)星、火箭之后，就該是載人飛船了。21世紀(jì)的頭幾年，美國(guó)進(jìn)一步向私人公司開(kāi)放航天領(lǐng)域，如今世界上最有影響力的幾家商業(yè)航天公司先后成立。