超越梦想——太空船一号问鼎“安萨里X奖”(上)

时间:2022-06-02 13:00:03 公文范文 浏览次数:

继2004年6月21日第4次试飞、9月29日首次正式飞行成功之后,世界上第一架私营载人航天器——太空船一号于10月4日晨再次飞入太空并顺利返航。它不仅吸引了全球的关注,而且达到了“安萨里X奖”的相关要求,成为这项1000万美元大奖的得主。圣路易斯“安萨里X奖”基金会创始人彼得·迪曼蒂斯随后兴奋地宣称,“我们开创了个人太空飞行的新时代”。

试飞露峥嵘

2004年6月21日,在加州南部的莫哈韦,一架“白骑士”双体喷气式飞机运载着太空船一号成功起飞。62岁的南非裔美国人迈克·梅尔维尔驾驶它飞到100千米高度,轰动了全世界。

这一项目由微软创始人之一保罗·艾伦资助(超过2000万美元),由现年61岁的美国私营航空企业比例复合材料公司董事长伯特·鲁坦主持开发。他们的目标就是要成为全球首家私营载人航天器研制机构。

太空船一号是在鲁坦自己设计的38种载人飞行器方案基础上研究开发的成套载人航天系统。整套系统由全新的硬件组装而成,包括“白骑士”载机、太空船一号载人航天器、混合火箭推进系统、移动推进试验设备、飞行模拟器、飞船内部导航系统和移动发射控制中心。发射时像超大型子弹一样的太空船一号被挂在“白骑士”双引擎飞机腹部。载机的作用相当于空中发射场。

载机起飞不久,太空船一号开始从机腹脱离,并依靠两根悬索悬在载机后下方。起飞约1小时、到达15千米高空后,它们进入滑翔状态。这时飞船同“白骑士”分离。接着,飞船携带的火箭发动机点火,并以基本与地面垂直的角度继续向上飞升。发动机工作约70秒时,不到3吨重的太空船一号被加速到3500千米/小时(约为3.5倍音速),高度为50千米。此后火箭燃料耗尽,飞船利用惯性继续上升到约100千米高的外层空间。经历约3分钟的失重后,太空船一号掉头返回地面,此时其双尾梁和机翼后半部均向上翻转,直至同机体成直角,以产生阻力,使飞船减速,确保平稳穿过大气层。下降到24千米高度时,机翼恢复原状,飞船开始像普通滑翔机一样慢慢滑翔。经过17分钟轻松的滑翔之后,飞船最终由飞行员控制滑行返回莫哈韦机场。

试飞员梅尔维尔说,在100千米高空,他“看到的景色棒极了”,五颜六色让人目眩,能看到“妙不可言”的地球曲线轮廓。不过,太空船一号做的是亚轨道飞行。亚轨道飞行成本和危险性低,起飞和重返地球时发生意外的可能性较小。这次飞行选在强风较少的清晨进行,此时低角度的阳光可使地面观测更清晰。梅尔维尔是比例复合材料公司的副董事长兼总经理,曾因飞过不同型号的新型飞机而创下了10项“世界第一”。他也因此次飞行而成为美国联邦航空局批准的首位商业航天员。

鲁坦及艾伦都表示,他们推出私营载人航天器的主要目的是结束政府对太空探索的垄断,使太空旅游费用降低到普通人的承受能力之内。鲁坦说:“我们的目标是要证明民间从事载人航天飞行不仅可行,而且成本要低得多。自加加林和谢泼德于1961年进行了开创性的太空飞行后,所有太空飞行任务都是庞大而昂贵的政府行动,而我们的项目只有少数人参与,并将全部精力用在制造较便宜的太空飞行器上。如没有企业参与,平民上天仍将是一件遥不可及的事。太空船一号的飞行将改变这一切,并鼓励其他人进入新的低费用太空旅行时代。”设计师出身的鲁坦曾设计旅行者号飞机,并于1986年首次完成了中途不着陆、不添加燃料的环球飞行壮举。

艾伦在声明中说:“太空船一号设有3个座位,除驾驶员外可搭载2名乘客,还能重复使用。它为今后推出‘普通人太空游’开了个好头。它每飞一次,都向世人证明,适度的私人资金可以极大地拓展商业飞行技术的边界。”美国联邦航空局已向比例复合材料公司发放了第一份亚轨道载人飞行许可证,首次向私人开放航天飞行领域,旨在鼓励私营企业发展太空旅行业。

此前,太空船一号已3次试飞,其中第三次是2004年5月13日进行的。当时由梅尔维尔驾驶的飞船在55秒内上升到了约65千米高度,然后安全降落在莫哈韦机场,创造了私营载人航天器飞行高度纪录。这一高度是第二次试飞时的2倍,但离进入美国官方界定的太空还有一定距离。

太空船一号看上去像个大号玩具,但却集顶尖航天技术于一身。它用石墨、环氧树脂和陶瓷材料制造,并采用了一些创新设计。比如,它的火箭发动机采用了液体氧化剂和固体推进剂混合燃料。它的机翼在重返大气层前可部分向上折起,从而大大增加自身所受阻力,保证平缓地飞行。机翼折起后所起作用与羽毛球上的羽毛类似。进入大气层后,机翼将回归原位,使它可以像普通飞机一样滑翔。鲁坦希望太空船一号能掀起飞行器的革新热潮。在他的设想里,未来的太空旅行可以用只容纳10位乘客的小飞船,也可使用300吨重的“大家伙”。

按照设计,太空船一号的飞行环境应该是很舒适的。它的座舱是密封的,就像潜水艇一样,而且能承受不同的压力变化。飞船携带的小氧瓶会定时定量地向机舱内补氧,供乘客呼吸之用。乘客呼出的二氧化碳则用专门设备收集起来。舱内还有专门的除湿设备,以保持凉爽干燥。有人会担心自己的身体能否适应太空旅行,因为航天员一般都必须经过严格的身体测试和适应性训练。而鲁坦说,乘他设计的太空船一号飞行并不比在游乐场乘坐“太空梭”强度更大。最大的挑战出现在从太空返回地球大气层之时,此时气压会在10秒内骤增至5个大气压。但任何身体健康的人都能承受这样的压力。乘客和驾驶员都无需穿航天服,可以像乘飞机一样在机舱里活动。目前船上还未装备专供航天飞行用的计算机,因为鲁坦认为没这个必要。船上的操作仪器与“白骑士”差不多,以便于培训和使用。

梅尔维尔返航后还透露了他在飞行中经历的惊魂一幕。就在他启动发动机时,太空船一号突然向右转弯90度;被调整到正确轨道后,它再次向右转了90度。当时他已抓起紧急制动器,准备放弃飞行,但飞船却又突然恢复到稳定状态。有一种说法是,太空船一号机翼上具有平衡功能的活动挡板在超音速飞行中突然卡住,致使飞船在爬升过程中两度倾转90度,短短几秒钟内偏离预定轨道30多千米。另外,就在飞船刚刚到达100千米高度这一刻,即在发动机启动后约70秒,姿态控制系统的一部分突然失灵。好在梅尔维尔将这一故障排除了。飞行中,梅尔维尔还听到“嘭”的一声,不过后来证实声响是机体外部一个无关紧要的部件发出的。

这次飞行还暴露了太空船一号的其它薄弱环节,如固液混合火箭的推力略嫌不足。为此,自6月末以来,研制者采取了一些措施,主要是增加推进剂携带量和将发动机工作时间再延长几秒钟。改进后发动机推力和工作时间均有所增加。

正因为有了这样的基础,比例复合材料公司才提前向安萨里X奖基金会申报。7月27日,鲁坦宣布,为达到“X奖”的严格要求,他们将于9月底和10月初先后两次将载人的太空船一号送入太空,正式进行冲击大奖的飞行。鲁坦表示,如果可能的话,他计划在两周内进行3次飞行,以防其中哪次没达到获奖要求。

“安萨里X奖”于1996年5月设立。当时,迪曼蒂斯从1927年完成了人类首次跨大西洋飞行的林德伯格撰写的《圣路易斯精神》一书中受到启发。为了鼓励私人建造新型航天器,向公众提供太空旅行服务,他设立了总额1000万美元的这项航天大奖。按照该奖项的规定,参赛飞行器必须搭载1名航天员和2名乘客(或相当于2人的配重)飞上100千米外的太空,停留一定时间,然后安全返回地面,并能在两周内用同一飞行器重复上述载人飞行。比赛期限为1998年4月至2005年1月。“安萨里X奖”的参赛前提是必须获得相关的飞行许可证。比例复合材料公司第一家获得了美国联邦航空局的亚轨道载人航天飞行许可证。这一奖项吸引了7个国家共26个团队的积极参与。

首次正式升空有惊无险

9月29日,太空船一号进行了冲击“X奖”的首次正式飞行。当地时间7时12分,它从莫哈韦机场升空,并按计划在约15千米的高空与载机脱离并短暂滑翔。随着再次担当驾驶员的梅尔维尔启动火箭发动机,飞船直冲云霄而去。上升中,它意外地像螺丝钉一样急速旋转,翻滚了30多圈。好在出于安全考虑,船上并未搭载其他乘客,只是放置了相当于两人的配重。不过,没多久它又在梅尔维尔的操作之下恢复了正常。经历了几分钟失重后,太空船一号返回大气层,并在3架护航飞机的陪伴下,通过滑翔,于8点33分顺利着陆。

“安萨里X奖”的现场裁判说,爱德华空军基地雷达监控的原始数据表明,有着坚固短翼的太空船一号达到了102.8千米的飞行高度,而且携带了相当于2位太空游客重量的配重上天,所以首次正式飞行达到了“X奖”规则的要求。

尽管多次垂直翻滚让观众捏了把汗,但梅尔维尔还是形容这次飞行是一次安全而轻松的旅行。他承认飞行中的确出现了一些小的“变数”。梅尔维尔说:“我当时惊住了。我从来没像刚才那样转了那么多圈。但随后我便想起了该怎样操作。最终我胜利了。” 他说,他比规定时间提早11秒点燃了发动机,失控可能与此有关。

梅尔维尔说,比起6月份的试飞,这次正式冲奖飞行显得“更舒服、更容易”。他说:“整个飞行中,包括飞船‘打滚’时,我都没觉得有丝毫不适,感觉酷极了。在升空过程中感受‘打滚’,这经历可真不错……不过,当时我多少有一点担心,我想上升中不该出现那样的状况。”

其实,“X奖”的奖金还不及太空船一号基础研发资金的一半,但开发太空船一号主要是为了实现私人太空旅行的梦想。或许不需多少时日,太空船一号将成为太空旅游产业的鼻祖载体。在当天的观众中,有些人已在私人太空旅游公司内登记注册,并交纳了预付款。当天的飞行被各大媒体评价为民间太空观光时代的起点。

一举夺奖

10月4日早晨,莫哈韦机场聚集了几千名航天爱好者和媒体记者。他们正在等待着太空船一号一周内的第二次升空。当地时间6点49分,太空船一号悬挂在“白骑士”机身下,从机场跑道升空。7时49分,在14.5千米高空,两者分离,“白骑士”独自返回地面,而太空船一号上的试飞员布赖恩·宾尼则按下点火按钮,启动飞船自带的火箭发动机,使飞船以约3倍于音速的速度继续向高空攀升。半小时后,它刺破了大气层。8时13分,太空船一号在莫哈韦机场成功着陆。

与9月29日的飞行相同,为安全起见,这次升空的太空船一号内除试飞员外,没有其他乘员,而是在两个乘客座位上捆绑与人体重量相当的重物。与6月21日的试飞以及9月29日的首次正式升空不同的是,此次飞船首次由宾尼驾驶。在此前的飞行中,他曾担任“白骑士”载机的飞行员。宾尼是鲁坦挑选的4位飞行员之一。他是前海军战斗机飞行员,今年51岁。宾尼在降落后称,他在飞行中也遭遇了颠簸,但并未出现梅尔维尔9月29日飞行时那样多次翻滚的惊险场面。他描述在空中看到的情景时说:“窗外一片漆黑,与整个加州明亮的轮廓形成鲜明对比。” 他一脸兴奋地说:“这真是一次奇妙的旅行。”飞行成功后,设计者和投资者等纷纷打开香槟表示庆贺。

返回地面约150分钟后,迪曼蒂斯当场宣布,太空船一号此次升空进入了112千米的高度,超过了他们设立的起点门槛(99.974千米),同时也符合参赛航天器的其它要求:必须完全利用私有资金建造,必须率先把相当于3人的重量送上太空,并在两周内完成重复发射,因此获得了1000万美元大奖。

设计者鲁坦表示,随着本次飞行的成功,太空旅行将不再是人们的梦想。他希望越来越多的公司参与到私营航天器开发中来。鲁坦说:“我们希望我们的成功能鼓励其他人……我们希望人们不但对载人飞行充满兴趣,还能从我们这里学到些什么,让更多的人受益。”他希望到2020年,普通百姓只要花费约10万美元就可以完成一次往返太空旅游。虽说这笔费用仍然不低,但相对于目前美国航宇局把一位航天员送入太空需花费约6000万美元的费用,显然便宜得多。即使与2001年和2002年自费游太空的美国富翁蒂托和南非商人沙托沃思相比,也有天壤之别。蒂托和沙托沃思均支付了2000万美元的费用。

第二次正式飞行之所以非常顺利,与鲁坦对飞船所做的进一步改进有关,包括安装动力更加强劲的发动机以及根据气动原理完善飞船的构造。组织者称,太空船一号不仅已突破了公认的太空界限,而且也打破了保持40多年的亚轨道飞行纪录。

大功告成之后,鲁坦仍拒绝透露他的比例复合材料公司为研制相关飞行器花费了多少资金。这家公司是由微软共同创始人之一保罗·艾伦全额出资资助而成立起来的,总部就设在莫哈维机场,目前有员工130人。一些分析家估计,整个费用少说也要2500万美元。艾伦除资助亚轨道载人航天飞行外,还对寻找外星人产生了浓厚兴趣。2004年3月19日,他曾宣布捐资1350万美元用于寻找外星生命。不过目前该计划尚未取得任何突破性成果。(待续)

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