继美国航天飞机机群相继退役之后，可重复使用的商业火箭不久就能将科学和游客带入亚轨道空间。然而，这些飞行器究竟是一个必不可少的研究工具，还是进入了一个成本高昂的死胡同，抑或是一个科学与太空旅游的双赢局面？
斯特恩：空间计划（今后）不再会被NASA一方执掌
今年2月24日，随着“发现”号航天飞机的升空，其主引擎的低声轰鸣和固体火箭推进器断续的喷射声贯穿着佛罗里达州中部的田野，渐远渐轻。从65千米外的奥兰多一家旅店的露台望去，“火柱”似乎是在默默地上升，不过，此时的它代表的是一个过往时代的无声象征――“发现”号正在执行它的最后一次空间飞行任务（在整个航天飞机计划终止前仅剩下两次飞行）――在1961年5月5日宇航员艾伦·谢泼德（Alan Shepard）首次完成了为期15分钟的空间飞行之后的50年，美国载人空间飞行的经典时代即将画上句号。
酒吧聚会
就在“发现”号发射后的3天，美国西南研究院（SwRI）的行星科学家丹尼尔·杜达（Daniel Durda）、凯瑟琳·奥尔金（Catherine Olkin），在奥兰多一旅店的酒吧和一群研究人员讨论如何推进后航天飞机时代的空间计划。杜达感叹道，在半个世纪内只有大约500人进入太空，其中包括那些偶尔搭顺风车的百万富豪，“但我更想看到的是任何人都可以前往太空。”奥尔金对此表示认同，“目前我们正在做的是下一个步骤，”她说，“这里有巨大的机会，不仅仅是为了科学，同时也是为了每一个人。”
而下一个步骤正是这次酒吧会议的主题。近年来，商业公司开始设计并制造火箭把乘客送入100千米以上的高空――越过地球大气层边缘进入太空――并催生出第二届下一代亚轨道科学家年会（NSRC）。“亚轨道”是指飞行器在再一次返回地面前不会进入绕地轨道，并在没有大气干扰的情况下为科学家提供数分钟天文观测或在没有重力的环境中研究物理过程。
确实，与会者已经在议论SwRI为为期4年的亚轨道科学计划提供130万美元预算的安排了，其中一部分将用于杜达、奥尔金以及SwRI主管研发的副院长助理艾伦·斯特恩（Alan Stern）预定座位。如果一切按计划进行，他们将在2013年进入太空。
到目前为止，在还没有一个主导的亚轨道公司提出把它们的飞行器送入太空之前，SwRI是做出这一决定的唯一的研究机构。而未来亚轨道飞行的票价大约为10万——20万美元，但只能在大气层外为科学家提供不超过5分钟的失重悬空时间。因此，对于大多数的数据收集来说，许多空间科学家对于亚轨道空间飞行的实用性半信半疑。
然而，在奥兰多会议上，那里的主流是乐观的，这种感觉在斯特恩身上得到了更好地体现。当晚他没有出现在酒吧里，而正忙于和发射公司的经理们商谈未来的合作事宜。作为美国宇航局（NASA）“新视野任务”首席科学家和NASA科学任务理事会前任主管，斯特恩有着促成事业的美名，其中包括由他和杜达参与组织的NSRC。他常常把处于新生状态的亚轨道商业飞行比作早期的个人计算机。在一次接受《自然》杂志采访时他说：“空间计划（今后）不再会被NASA一方执掌。之前只有NASA掌有航天飞机的钥匙，所有人都不得不用这个系统。现在只要出得起钱的任何人都能进入太空，这会带来许多创新和变化，就像当年闯荡美国西部一样。”
具有讽刺意味的是，这个“一方执掌”的计划几十年来一直依赖于私人的火箭，绝大多数的通讯卫星甚至是军事载荷都是由商业发射载具送入轨道的。类似地，无人商业亚轨道飞行已极为寻常，只不过市场化运作的“探空火箭”可以在太空中进行实验和测量。
随着航天飞机退役临近，NASA试图再一次降低发射成本――即鼓励私人企业研发更廉价的运载火箭和载人密封舱前往近地轨道。例如，今年4月NASA为4家公司提供了2.69亿美元，其中SpaceX公司已经成功发射了“猎鹰”9号火箭，后者在2010年6月首次进入轨道。
商业公司
亚轨道竞赛始于2004年，当时试飞员麦克·梅尔维尔（Mike Melvill）两次驾驶一架由私人研发的可重复使用飞船――“太空船一号”――从美国加州莫哈韦沙漠爬升到超过100千米的高空。之后不久，飞船设计师伯特·鲁坦（Burt Rutan）和企业家理查德·布兰森（Richard Branson）合伙创立了维珍银河公司。该公司目前在研发“太空船二号”，后者可坐6名乘客进行110千米高空的亚轨道短途旅行。
其他公司紧随其后，其中许多是植根于计算机和互联网的企业，包括电子游戏《毁灭公爵》和《雷神之锤》的计算机图形奇才约翰·卡马克（John Carmack）管理的犰狳宇航公司、由杰夫·贝佐斯（Jeff Bezos）创建亚马逊网站获得盈利建立的蓝色起点公司、由前信息技术网络教主戴维·马斯腾（David Masten）创立的马斯腾空间系统公司，以及由英特尔奔腾计算机芯片工程师杰夫·格里森（Jeff Greason）领导的XCOR宇航公司。
就目前而言，亚轨道飞行最有利可图的应用是太空旅游业，但太空观光飞行至少在1——2年内还不会启动。为了落实旅客名单和为无人测试飞行充实经费，上述公司开始了与想在亚轨道空间从事科学实验的研究机构和富有的科学家进行接触，并派代表到NSRC游说，希望能接洽更多的类似SwRI这样的客户。SwRI目前已预定了8个亚轨道飞行的座位，分别是维珍银河的“太空船二号”和XCOR的“天猫”号飞行器，另有9个正在选择中。
维珍银河的“太空船二号”（左）和XCOR宇航公司的“天猫”号飞行器
对于参加奥兰多会议的这些科学家而言，他们似乎都渴望进入亚轨道空间：天文学家期盼着望远镜在大气层外中红外波段寻找月球水源的同时，对行星、彗星和小行星进行观测；行星科学家详述了作为行星建材的尘埃碰撞的微重力实验研究的可能性；大气科学家则讨论了如何对“未知层”进行采样（未知层是高层大气中尚未被探测的区域，位于气象气球可及的高度之上，但位于卫星之下）；材料科学家更希望在亚轨道空间研究微重力是如何对燃烧等过程产生影响的，等等。
科学家个人的热情是一回事，而如何让他们工作的机构为此买单则是另一回事。比如，NASA已与犰狳宇航公司和马斯腾空间系统公司签订了合同，为携带工程设备的7次飞行支付了近50万美元。但NASA还没有批准为进入亚轨道飞行人员购买座位――上述两家公司目前主要力主无人飞行――因此其购买的这些飞行能否真正兑现还不得而知。
为了销售座位，这些公司不得不说服决策者――他们可重复使用的载具对于进入无重力空间环境的方式具有显著的优势――一次只要花费几万美元，他们就能为客户量身定制飞行路线。飞机会沿着一系列的抛物线飞行，在每次总共5——10分钟的亚轨道空间飞行中提供30秒的微重力。如果客户大手笔花上100万——200万美元，设计人员可以把设备装到探空火箭上，它可以提供远在地球大气层之上的多达20分钟的微重力。
旨在开辟未来商业航天新模式的亚轨道飞行
斯特恩和其他支持者相信，新型的太空载具在太空中逗留时间的长短完全可以从它们较高的发射频次来弥补。“作为一个首席科学家，我花了近十年时间才用了7次NASA的探空火箭，但SwRI将会在一年内进行8次飞行任务，”斯特恩说，“维珍银河每天将会飞行6架次；XCOR则为每天4次；蓝色起点公司计划每周飞行一次。这会给予我们前所未有的进入太空的机会。”
人类元素
考虑到飞行中存在的风险，这些实验真的需要有人同行吗？从20世纪60年代NASA的“阿波罗”计划起，载人空间飞行的支持者也提出了相同的论点。“有人参与的优势在于两方面，”斯特恩说，“首先，你不再需要为实验自动化支付费用。其次，这也意味着你可以很容易地对数据采集做出实时的调整，让你的实验获得更好的结果。”
为了彰显这些优点，SwRI的研究人员正在筹划3个容器实验：第一个是“岩石盒”，它是一个装有岩石碎片和陶瓷砖块的透明容器，用来模拟松散的物质是如何停留在表面重力很小的小行星上的；第一个是利用一架于1997年在航天飞机上使用过的紫外望远镜，即从舷窗观测天体和高层大气现象；第二个是使用一个“生物甲胄”来监测和记录乘坐不同载具的乘客其血压、心率和其他生理参数的变化。
NASA科学任务理事会的首席科学家保罗·赫茨（Paul Hertz）仍表示怀疑。尽管他对可重复使用亚轨道载具的科学前景很乐观，但对于人在亚轨道实验和天文观测中的优势作用仍感到缺乏说服力。他说：“因为这些飞行持续时间相对较短，到时候你恐怕不能照本宣科，只能随机应变了。”
约翰·霍普金斯大学的天文学家斯蒂芬·麦坎德利（Stephan McCandliss）认同赫茨的观点。他认为，本身座位和生命维持系统就是一笔巨大的开销。麦坎德利利用探空火箭进行紫外天文学实验已经超过20年了，他说，与探空火箭比较，新的可重复使用系统能做的就相形见绌。
“探空火箭极有价值，”斯特恩承认，“它们飞得更高，有更先进的指向系统，还可以携带可重复使用载具无法携带的载荷。但后者飞行的频率要高得多，成本也只有探空火箭的十分之一到二十分之一。这是一场关于吃饭是用叉子和勺子的争论。”
前宇航员、现为美国空间望远镜研究所副所长的约翰·格伦斯菲尔德（John Grunsfeld）对新的载具也表示怀疑，不过他承认可重复使用系统会提供全新的科学机遇。“真正的科学潜力并不在于第一批载具，而在于它们的未来。届时商业载具会频繁地进行持续时间更长的飞行，甚至进入地球轨道，”格伦斯菲尔德说。现有的进展可以促进对未来科学的想象，不过这些项目也许无法通过政府和同行评议。当然，格伦斯菲尔德很谨慎：“这些科学项目的价值仍需拭目以待。”
“我认为大多数科学家并没有很好地认识到载人空间飞行需要多大的激发性，”斯特恩说，“从事科学研究是很艰难的――尽管世界上有让你赚到更多钱的职业。但每一天当老师和研究人员走入教室和学生们谈论个人进入太空的经历时，它会起到真正的效果。通过催生这个新的行业并利用它所带来的机遇，我们可以引领未来。”
这番话在NSRC似乎引起了共鸣。此后，有关亚轨道科学的讨论常常演变成鼓励下一代科学家去做的事――通过人造卫星上的太阳板把能量传回地球、探测小行星、征服月球、前往火星。事实上，对于聚会在奥兰多一旅店酒吧中的大多数科学家而言，亚轨道飞行的前景似乎仍是一张白纸，但他们可以在这张白纸上画上他们目前的计划以及未来人类向太阳系扩张的梦想。
“许多人不愿意谈论更大的远景，他们也许并不总能清晰地表达出为什么他们会选择这条道路，但他们中的许多人所想的是参与其中让未来成真，”XCOR宇航公司的首席执行官格里森（Greason）说，他也不例外，“涉足这个行业的原因是它具有开启一个很长很长时代的潜力。”
资料来源 Nature
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