自美国富翁蒂托开创了太空旅行之路,人类自古以来的一个梦想已成为现实。近来,想去太空旅行的人纷纷造访特殊旅游机构,因为人类在未来将飞得更远,而且所花费用更少——
2000年5月6日,丹尼斯 · 蒂托(Dennis Tito)在“国际空间站”生活了6天以后返回地球时宣称:“我从天堂来,我已经实现了我的(童年时)梦想。”自从回到地球以后,这位美国航空航天局的退休工程师幸运地恢复了经济状况——成为敢于冒险的亿万富翁们的特别顾问。Space Adventures公司是一家从事太空旅行的机构,上那里的申请者已经人满为患。埃立克 · 安德森(Eric Anderson)是一位年轻的业主,他高兴地说:“蒂托作的那次飞行最终成了太空旅行的创举。”另外,俄罗斯航天局已决定利用太空旅行所吸引的资金作为其航天计划的新财源。有消息说,下一个太空旅行者将是电影《泰坦尼克》的导演詹姆斯 · 卡梅伦(James Cameron),他想到空间站去拍摄人类历史上第一部宇宙纪录片。另有几位巨富旅行者也将加入该行列。
丹尼斯 · 蒂托并不是第一位业余宇航员。美国年轻的女教师克莱斯达 · 麦考利夫(Christa McAuliffe)在1986年1月28日“挑战者号”航天飞机事故中身亡以后,另有两位公民被送上太空轨道:1990年12月,48岁的日本记者秋田被送到“和平号”空间站为TBS电视联播网执行特殊任务,作一起这样的新闻报道要花费7000多万法郎;5个月后,英国一位27岁的年轻化学家海伦 · 沙曼(Helen Sharman)也光顾了俄国人的空间站。
是否应该让亿万富翁来欣赏地球的圆形呢?或者说我们是否能期望有一日到太空轨道上去旅行呢?“阿波罗号”登月以来,人类开始有了到太空度假的可能。美国宇宙疆界基金会会长詹姆斯 · 乔治(James George)竭力倡导太空旅行。他回忆起在1969年,当“阿波罗Ⅱ号”宇航员在月球上迈步时,泛美航空公司曾接到约近10万名年轻的“欣快症”患者争相预订月球飞行的咨询电话。
图为蒂托返回地球时的高兴劲
新型的太空旅行市场
太空旅行会不会成为一项赢利的事业呢?最早的市场调查是日本火箭学会和日本国立航天实验室于1993年作出的。调查显示:80%的40岁以下的日本人希望实现太空旅行的梦想,他们当中50%的人愿意出3个月的工资来实现自己的目的,在西方,太空的吸引力更强,因为每10个西方人中就有6人对太空感兴趣。
太空旅行方兴未艾,申请者数量已达近百万。然而,在加加林进入太空后的40年里,对外封闭的宇航员俱乐部里只有400名成员。
目前这种状况已经改变,其改变速度之快出乎人们的预料。事实上,俄国航天航空业的衰落,以及由此产生的对资金的需求,为美国企业家展示了新的前景。诸如美国Incredible Adventures公司,Space Adventures公司,Zegrahm公司、瑞士Asa公司以及摩纳哥的航天幻景俱乐部等特殊旅行社已经占据了这个大有希望的市场并提出了庞大的宇宙探险计划。
尤其在俄国空军的协助下,上述旅行社获准进入原先对外保密的军事基地,并组织乘坐曾在冷战时期为苏联红军赢得荣誉的“米格”或“苏”战斗机活动。参加该活动的票价高达15万法郎,乘坐在世界上飞得最快战斗机里的业余航空人可以获得各种强烈的感受,如以3倍于声音的速度,9倍于重力加速度之加速度的垂直上升,然后向接近宇宙真空环境作大飞跃。米格-25飞机将乘员带到25000米高处的平流层中心。在此高度,大气就像一层又薄又脆的半透明外壳,乘员可以清楚地看到呈弧形的大地。
图为蒂托在俄罗斯卫星城进行失重训练
抛物线飞行
失重试验并不是很吸引人,也并不是难以忍受,但却十分有趣。在地面人们无法做失重实验,但是有可能在作抛物线飞行的飞机内模仿失重状态。首先,飞行员在接近5000米的高空稳定地驾驶飞机,然后加速呈45度上升,再关掉油门。初始加速度逐渐放慢至地球重力消除。飞机继续上升到8000米高度,在此飞机的飞行速度抵消,然后飞机呈45度俯冲,其速度越来越快。当飞机再次降到6000米高度时,飞行员重新开动引擎并拉平飞机。这条抛物线轨迹可造成为时20秒的失重状态。机身在空中好像是悬挂着的,而液体则变成浮动球状。飞行过程中,飞机画了一系列抛物线,每画一条抛物线就造成一次失重状态。但是,在短暂的失重状态出现前后,乘员要经历2倍于重力加速度的加速度,这样的加速度会给他们带来一种比在陆地上重两倍的感觉。
由于宇航员需经过长期训练,这些抛物线飞行如今主要用于检验太空设备或者用于短暂的科学实验。在欧美,普通人一般是不被允许体验抛物线飞行的。然而,太空旅行业务人员已经找到了一种在俄罗斯曾引起轰动的加速方法。在莫斯科附近的著名卫星城——加加林宇航员训练中心接待了许多业余宇航员(每人费用为4万法郎)。一架比NASA的KC-135飞机大两倍的伊尔-76飞机在执行起飞任务。出于照顾那些可贵的机载客人脆弱的身体,每次升空抛物线飞行仅限于10次。
在游泳池里作模拟训练
在相同的成本条件下,胆小的人可以在12米深的巨型游泳池里接受训练,这种游泳池平时是用来训练轨道站机械人员的。首先,业余宇航员要穿上沉重的俄国奥兰牌密闭宇航飞行服。受训者携带着测量血压、脉搏、体温和耗氧量的生理传感器,通过无线电不间断地与控制室内的技术人员保持联系。旅行者可以在有指导和极其安全的情况下在水下模拟空间站里作冒险动作。他们所处的环境跟宇航员在太空处于失重状态很接近。
由于距星际空间太远,我们应该采取什么样的手段以最小的代价来达到目的呢?例如,到“国际空间站”的太空旅行票价因为过于昂贵,使得太空旅行难以普及。太空旅行机构目前面临的处境与NASA在20世纪70年代初期一样,即放弃开发火箭及其传统的太空舱,转而开发可重复利用的航天飞机。宇航员乘航天飞机升空的成本只是乘“水星号”或“阿波罗号”居住舱的1/6。NASA最近一项航天飞机计划——宇宙发射先锋,力争将升空成本降低到原先的1/10,然后再降低到原先的1/100,最后在上半世纪内降低到原先的1/1000。1998年NASA的一项研究表明:太空旅行应该在航天飞机造价达到现在的1/100、而且安全性比现在高100倍时才能实现。专家认为低于35万法郎的票价可能每年吸引50万太空旅行爱好者,而当票价低于10万法郎时,我们中间就有更多的人能作太空旅行。
仿作阿兰 · 谢帕德飞跃
为对付这种挑战,并促使新一代火箭研制成功,通讯企业家和抛物线飞行组织者彼得H · 迪亚曼蒂斯(PeterH.Diamandis)于1996年创立了X-奖:允诺给予第一位发射能载3人的飞船到10万米高空并在两周内作两次太空飞行的私营制造商7000万法郎。当然,10万米高度仅是升向太空的第一阶段,但是从技术的角度来看,设立这样的高度目标是理智的,因为要达到该目标高度,火箭消耗的能源应少于火箭进入轨道所需能源的1/25。实际上,美国的先驱者阿兰 · 谢帕德早在1961年就实现了这种亚轨道飞跃,当时他乘坐的是“水星号”密封舱。有20个国际宇航组织参加了X奖的争夺,迪亚曼蒂斯已经筹集了3500万法郎。令太空旅行创导者感到满意的是:他们为能提供短时间(30分钟至2小时30分钟,其中只有5分钟的失重)冒险的旅行服务开出70万法郎的发票。但是,那些运载火箭都不存在了,从此有几项不切实际的计划均被放弃。
图为太空旅馆模拟图
可多次使用的运载工具
在SpaceAdventures公司,已经有100多位太空旅行爱好者预订了他们未来的太空之旅,为此公司预收了200万美元。有一点是肯定的:公司不会满足所有人的要求。但是,伤透脑筋的组织者已经设想出从富有的旅行者中间精选出一部分人,组织他们作第二次升空。
还有一些更为拘谨的计划。人们对可重复使用的运载工具十分看好,但是不知道它应该是怎样的模样,像飞机还是像火箭?是水平起飞还是垂直升空?火箭具有迅速摆脱地球引力的优点,但升空时需有强大的推力,庞大的第一节火箭不可避免地要与飞船分离;水平起飞的运载工具具有可多次使用的优点,但是它达到预定高度所需的时间较长。
上述两种运载方法之间,可能有一种有效的折衷方法,那就是一架巨型超音速运载飞机作水平起飞,然后引燃巨型机上的火箭,使之达到第二宇宙速度,即27500千米/小时。工程师们还设想出更大胆的运载工具:多级飞机、从气球内发射的火箭以及能达到10马赫(约10000千米/小时)的庞大飞翼。
现实的情况是,NASA和X-奖竞争者倾向于将超音速甚至高超音速冲压式喷气发动机用于以亚轨道速度飞行的运载工具的推进器。这种推进器具有双重优点:摆脱运动部件和高速行进时将大气中的高压氧馈入燃烧室点燃碳氢燃料。这种发动机不能以2马赫以下的速度运行,相反它却能达到7马赫的速度。
20世纪50年代,这种发动机就已装备了法国的“Griffon号”实验机。那时它的飞行速度就已经达到2.1马赫。该发动机在1961年被弃用后,仅被用于法国的中程空地导弹。今天,NASA将它试用于高超音速的X-43飞行器。
跃向太空的边界
拥有大推动力的冲压式喷气发动机,就完全有可能实现将乘员送到10万米的高度。不过这种运载工具不能够长时间地保持高超音速飞行,因为我们还不知道它的耐热材料是否经得住空气(即使是稀薄的空气)摩擦。这样的运载工具至少要在20年以后才会问世,但是太空旅行的申请者已经排起了长队,准备跃向太空边界。
下一个目标是:进入20万米到30万米以上高度的太空轨道。是否有比航天飞机费用低而又能够达到上述目标的运载工具呢?无人知晓。而从事太空旅行业的企业已把目光集中于在太空建造旅馆,因为旅行者总要有住的地方。
去太空旅行,这一想法出自日本。20世纪80年代,日本公共旅行业巨头Shimizu公司制定了一个在太空建造轨道旅馆的计划:一个有64个舱位的圆柱形的、便于航天飞机运送太空旅客的太空旅馆。为了在舱内再造0.7重力加速度的人工重力,太空旅馆须固定在一个140米直径的慢速自转的大轮上,大轮中心部分用于联络通道。太空旅馆包括减压室、与其他乘员来往的电梯和为旅馆提供能源的太阳能板,以及用于聚集人员的大厅、餐厅和娱乐区。
到21世纪末,那时的旅行者将对到临近市郊度周末感到厌烦,他们也许全程乘坐宇宙飞船前往月球旅行,到巨大的月球新居去学打高尔夫球或学打网球。但是月球离我们实在太远了。如果有朝一日科学先驱者能够在那里定居,那么发展月球旅行业就有了前提。有人甚至提出要改变火星的气候环境,使之适合人类居住,因为地球终将变得让人无法生存。
[Science & Vie,2001年8月号]