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维珍银河首次载人亚轨道飞行成功

送交者: icemessenger[♂☆★★★SuperMod★★★☆♂] 于 2021-08-27 22:48 已读 418 次  

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7月11日,维珍银河公司的团结号太空飞机(V.S.S. Unity)点火升空,飞到了距离地球表面超过85千米的高空,把公司创始人理查德·布兰森送到了太空边缘。


在荒凉的新墨西哥州沙漠上空14千米处,一艘银色和白色的太空飞机向着地球的大气层边缘飞去,一氧化二氮和固体橡胶燃料燃烧后,留下一道火焰羽流。几分钟后,两名飞行员和包括亿万富翁理查德·布兰森在内的四名乘客,飞到了距离地球表面超过85千米的高空:这个高度足以看到地球的曲率,并摆脱地心引力的束缚,至少维持几分钟。

这艘闪闪发光的飞行器就是团结号太空飞机,它在一架较大的运输机上从半空中发射,达到85千米以上的高空。升空完成后,双尾桁开始旋转,重新配置飞行器,让太空飞机像羽毛球一样,穿过高层大气,缓慢落下。与母舰分离15分钟后,团结号太空飞机回到新墨西哥州,在跑道上滑翔了一会儿,停了下来。

“这绝对是一生中最难忘的体验,”布兰森在团结号降落后兴高采烈地说道。



维珍银河的理查德·布兰森和其他乘客正在等待团结号太空飞机脱离母舰。团结号是维珍银河公司的亚轨道火箭动力航天飞机。


这次任务被称为“团结号第22次试飞任务”(Unity 22),是布兰森的公司维珍银河有史以来规模最大的载人太空边缘飞行。在以娱乐和利润为目的,推动亚轨道太空旅行商业化方面,这次试飞堪称里程碑事件,引起了公众高度关注。在维珍银河这次太空飞行(第四次载人飞行)9天后,亿万富翁杰夫·贝索斯将乘坐自家蓝色起源公司制造的新谢泼德号亚轨道火箭起飞。

“这些公司的创始人亲自执行首次官方试飞任务,令我感到非常震惊,”史密森尼国家航空航天博物馆的策展人、空间历史学家Jennifer Levasseur说:“很显然,他们对在人力和技术各方面的投入很有信心,而且你知道的,他们每个人内心里都有一种冒险意识,这让他们觉得这次冒险是值得的。”

这两家公司都被批评为专为超级富豪打造的形象工程和奢侈品。维珍银河的预售票价为每张25万美元,但表示会提价。蓝色银河还没有开始出售新谢泼德号的座位,也没有公布票价,但在6月的拍卖中,贝索斯身边的座位卖出了2800万美元。

富人们在追名逐利,而太空船2号和新谢泼德号等新型宇宙飞船也为航空航天和科学研究提供了独特的平台。

“不仅有一群亿万富翁,”航天工业分析公司Astralytical的创始人Laura Seward Forczyk说:“也有真正的科学。”


太空旅行


私人太空之旅并不是什么新鲜事。自2000年以来,几位财力雄厚的游客已经花费了几千万美元,飞往国际空间站。此外,NASA逐渐鼓励私人公司接管美国向国际空间站运送货物和宇航员的任务。2012年,NASA商业航空货物运输开始;2020年,商业载人飞行开始。

但多年来,维珍银河和蓝色起源等公司一直在研究另一种太空飞行:亚轨道太空旅行。很快,只要有几十万美元,任何人都可以系上安全带,来一场几分钟的太空边缘之旅。

国际公认的太空边界通常是“卡门线”(Kármán line),高度100千米,而美国则以高度80千米为分界线。维珍银河这次的飞行高度达到了86千米。7月20日,蓝色起源的飞行高度预计为105千米。

为游客打造新的宇宙飞船被证明非常困难,需要多年的测试,还有可能导致致命事故:2014年,太空船2号的原型机坠毁。现在,维珍银河和蓝色起源正在从试飞转向商业旅行售票,两家公司的亿万富翁创始人纷纷乘坐自家公司的航天器飞往太空。

尤其是维珍银河,经历了漫长的道路才走到今天这一步。公司的太空飞机源于20世纪90年代中期的一个项目。


新式太空飞机


传统载人火箭从地面发射,而太空船2号则是从空中发射。名为“白骑士二号”(WhiteKnightTwo)的母舰载着太空船2号飞行器抵达12千米的高空。然后太空船2号脱离母舰,点燃火箭引擎,沿着陡峭的坡度飞往太空边缘,速度大约是音速的3.5倍。

从空中发射火箭飞机听起来很复杂。但“空中发射”有不少优势,加州NASA阿姆斯特朗飞行研究中心的副主任Chuck Rogers说。在几十年的飞行研究中,科学家不断探索这项技术,包括首架突破音速的飞机X-1,迄今为止速度最快的驾驶飞机X-15。在1967年的飞行中,X-15的最高时速达到7274千米。

从空中发射非常高效,因为航天器不必依靠自身动力,艰难穿过稠密的低层大气,这意味可以携带更少的燃料。而且航天器可以利用太空飞机,在长长的传统跑道上起飞和降落,减少对其他发射基础设施的需求。

太空船2号的前身,太空船1号的设计工作始于1996年,设计方案获得了安萨里X奖。2004年底,这个竞赛为第一个实现两周内发射两次飞船、距离地球表面高度超过100千米的个人团队提供1000万美元,同时要求载重达到一名飞行员和两名乘客的重量。

早期获奖的热门人选是Burt Rutan,这位打破常规的工程师以古怪、极其高效的飞机设计着称。在获奖作品中,Rutan采用了独特的降落方式,实现空中发射:就在太空船1号达到最高处之前,航天器的两个尾桁像狗背上的毛一样,向上方65度旋转。这个“羽毛飘”系统能极大地增加下降过程中的阻力,然后航天器回收尾桁,滑翔到跑道,准备着陆。

太空飞机的研发一直进展缓慢,直至2001年Rutan和他的缩尺复合体公司(Scaled Composites)从微软的联合创始人Paul Allen那里获得一笔投资。2004年6月,太空船1号成为首个由私人赞助的进入太空的航天器。不到四个月后,这架太空飞机完成了两次飞行,高度超过100千米,摘得安萨里X奖。

“这是一次完美的飞行,”试飞员Brian Binnie说:“今天我仍然觉得——我不是一个人,还有其他力量在起作用。”2004年10月4日,他驾驶着获奖的航天器完成第二次飞行。

太空船1号获得安萨里X奖后,布兰森的维珍银河得到Rutan的设计授权,目的是进行扩建,打造更大的多座位航天器:太空船2号。


太空船2号的漫漫航天路


太空船2号约为前身的两倍,但带来的麻烦却不止两倍。尺寸更大意味着要重新设计母舰和太空飞机的火箭发动机,再加上其他技术难题,导致太空船2号的进展一推再推。

太空船2号团队还遭遇了两次致命事故。2007年,在火箭发动机测试前,一场爆炸夺走了3人的生命;2014年10月31日,其中一位飞行员提早解锁了羽毛飘系统,导致太空船2号的原型机在上升过程中解体。副驾驶员Michael Alsbury在坠机事故中丧生,飞行员Peter Siebold受重伤。据报道,2014年的事故令布兰森震惊,但维珍银河最终决定继续研发。

“对于布兰森的坚持,我要予以赞扬;他有很多机会退出这个行业,”Binnie说,他为太空船2号工作至2014年。“进入火箭行业听起来很迷人,但……当理论转化为现实,真的很需要勇气。”

经过多年的安全升级,太空船2号的两名飞行员首次于2018年跨越80千米的门槛。2019年,它再次做到了,这次还搭载了一名乘客:公司的首席宇航员教官Beth Moses。

“这太棒了,简直无法形容,”2019年,Moses在接受《国家地理》采访时表示:“这是一种非常奇妙,有点紧张又美妙的体验。”

2021年5月,维珍银河第三次完成了80千米以上的飞行,美国联邦航空管理局因此为公司颁发了完整的商业执照。这次测试也为团结号第22次试飞任务的发射铺平了道路,公司对这套系统信心十足,让布兰森自己登机。


太空边缘的科学


关于维珍银河和蓝色起源的讨论,大多集中于布兰森和贝佐斯之间的竞争。在这两位亿万富翁飞向天空的同时,两家公司打造的航天器也让各种新研究成为可能。

维珍银河和蓝色起源的飞行会提供大约三五分钟的持续失重状态。科学家以前也能进入亚轨道空间,但主要是通过无人宇宙飞船。有了这些新航天器,研究人员可以在飞行中做实验。

在NASA飞行机会项目(Flight Opportunities Program)的支持下,这两家公司已经进行了科学有效载荷和技术演示。团结号第22次试飞任务包括一项人类主持的实验,记录植物开始经历失重时的基因活动变化情况。这项实验由佛罗里达大学设计,维珍银河公司的员工Sirisha Bandla负责。

过去在航天飞机和国际空间站的实验已经详细记录了生命在微重力下的活动。但从生物化学角度来说,生命如何感受从地球引力到失重这一过程?科学家不知道。像团结号第22次试飞任务这样的亚轨道飞行为这个问题提供了独特的研究机会,佛罗里达大学的生物学家、这项实验的联合首席研究员Rob Ferl说。

“我们这些科学家只是简单打开了一扇生物宇宙之门,这个宇宙从未有人造访过的,”Ferl说。


亚轨道飞行的未来


航天行业分析师Forczyk提醒我们,即使维珍银河和蓝色起源把预约客户送上太空边缘,获得研究合同,我们仍然不知道亚轨道飞行的市场最终有多大。

理论上说,随着航班越来越普遍,票价会有所下降。但就目前而言,这个新兴产业主要针对的是超级富豪、他们的客人和得到资助的研究人员。Forczyk说,随着技术成熟,我们将会知道这些由亿万富翁驱动的航天公司是否会兑现他们“太空民主化”的承诺,或者亚轨道飞行刺激之旅依然是一种极端奢侈品。

私人太空边缘之旅的未来也取决于这些航天器的安全程度。根据美国现行法律,2023年以前,在商业太空飞行中,联邦官员对乘客安全的监管能力有限。“我认为没有人会被骗,以为这是一个零风险的环境,”Forczyk说:“我们应该预料到会发生致命事故。”

但即便事故延缓了技术发展,消费者进入亚轨道以及更远的太空的机会会越来越多。“我可能会把这当作序幕的结束,”史密森尼的历史学家Levasseur说:“太空飞行永远不会成为常规,这不是一个常规过程……(但)我们正在进入一个有规律的新阶段。”

太空船2号升空让Binnie回想起了火箭飞机原型机,当时他创下了112千米的飞行记录。

“我很感激,太空船1号不是只能扔在博物馆里的一次性航天器,”他说:“它实际上是一种催化剂,为我们带来了更美好的未来。”


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