专题
首页  >  专题  >  媒体视点  >  名刊精选  >  《科学24小时》

《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,...

文章数

走,去太空

2013-10-18 19:24:11

为什么大家都如此渴望太空旅游?因为它不仅能满足人们遨游太空的梦想,更能够给人们提供一种前所未有的体验。除了可以欣赏到太空旖旎的风光,还能享受失重的感觉。可以说,此景只应天上有。

 

走,去太空

吴再丰 编译

 

太空,曾经是普通人可望而不可即的神秘之地,多少人为之魂牵梦绕,但又有几个能真的一睹宇宙的风采呢?不过,随着科技的发展,好像去太空走一遭变得不再那么遥不可及了。许多科技公司顺应时势,推出了太空旅游项目,但是价格却十分昂贵——2000 万美元,约合12 亿人民币。迄今,除了几位富豪,普通人想要饱览宇宙风采仍是一种奢望。

24215

“太空船一号”升空

2001 4 30 日,第一位太空游客美国商人丹尼斯蒂托体验了太空旅游的滋味。紧接着,第二位太空游客南非富翁马克·沙特尔沃思,第三位太空游客美国人格雷戈里·奥尔森相继奔赴宇宙。不过,这三位富商为了他们的梦想都付出了不菲的经济代价。他们所参与的都是体验轨道飞行,实现轨道旅游的工具目前主要是国际空间站,可供游客到达空间站的“客车”主要是俄罗斯“联盟”飞船和美国航天飞机。专家表示,未来的太空旅游将呈大众化、项目多样化、竞争激烈化以及安全保障法规化四大趋势。

为此,一家民营企业——缩尺复合体公司已经研制成了一种更简易的登天工具——“太空船一号”。“太空船一号”是一架空天飞机,使用“混合式固体火箭引擎”,有双尾翼以及可变的半三角翼机翼,在不同的飞行阶段机翼会变成不同的状态。虽然“太空船一号”的速度还不能超过第一宇宙速度,无法进入地球同步轨道,但它所达到的高度已经能让我们一睹太空风采了。2004 6 21 日,“太空船一号”样机试飞取得圆满成功。

当天晚上9 点半左右,在美国加州的莫哈韦沙漠上,由缩尺复合体公司CEO、专业驾驶员迈克·梅尔韦尔驾驶的“太空船一号”到达离地10 万米的空间。62 岁的梅尔韦尔从宇宙眺望地球,还体验了3 分钟的失重状态,并于深夜23 15 分驾驶座机平安降落在一家机场的跑道上。试飞的整个过程是这样的。

晚上8 点左右,“太空船一号”由一架名为“白色骑士”的喷气式飞机搭载升空,在飞抵1.5 万米高空时两者分离。“太空船一号”随即发动引擎,将速度加至3 倍音速,然后垂直攀升至约5 万米高空。在这个位置稍作停留之后,它又再向上“冲刺”到距地面约10.3 万米的太空。自重不到3 吨的太空船,在这个高度停留了3 分半钟,驾驶员体验到了失重的感觉,这种感觉一直到“太空船一号”返回约6 万米的高空后才逐渐消失。之后它开始缓缓降落,它的机翼后半部和两个尾翼均向上折起,直到和机身成直角。当“太空船一号”重新回到低空后,尾翼再次恢复到原来的状态,飞行员驾驶着没有任何动力的太空船滑翔,并像普通飞机一样安全降落。这次历史性的飞行,预示着一直以国家为主导进行的载人宇宙飞行,开始有民间力量涉足了。

24216

从宇宙眺望

那么,飞离地球多远才可以说“到达宇宙”了呢?通常,我们把脱离地球大气层的地方称为宇宙空间。随着高度上升,大气的密度会逐渐变得稀薄,但即使在100 万米的上空,大气密度也不完全为零。国际航空联盟是国际认可的记录认定组织,他们把宇宙定义为“距离地面10 万米以上的高空”,所以“太空船一号”应当算进入了宇宙空间。

人类首次成功的载人宇宙飞行是在1961 412 日,前苏联空军飞行员尤里·加加林乘坐“东方一号”宇宙飞船,在高度30 万米以上的轨道绕地球做“轨道飞行”。在那段美苏争霸的冷战时期,美国当然不甘落后,他们于次月成功地将阿伦·谢伯德送上宇宙,但他们并没有进行轨道飞行,而是在宇宙飞船到达18.7 万米高度后,立刻返回地面。我们将这样的飞行方式称为“弹道飞行”(也称亚轨道飞行)

“太空船一号”进行的就是这种弹道飞行,它虽然到达了宇宙空间,但只是掠过了宇宙的鼻尖而已。当梅尔韦尔在电视节目中谈起这次飞行经历的时候,他骄傲地说:“我们的试飞过程十分成功,虽然其中并没有什么技术上的突破,但这一切完全是通过民间之手实现的。这意味着若干年之后,普通大众都能参与到太空旅游中来,他们也能透过舷窗,看到漆黑的空间与地球轮廓。”

 

设计上的创造性

“太空船一号”的设计者是航空设计师伯特·鲁坦。他曾设计了很多具有革命性意义的飞机。1986年,他设计的“施行者”号飞机完成了中途不着陆、不加油环球飞行一周的壮举。鲁坦擅长利用各种复合材料制造飞机,因此他的飞机往往质量较轻,飞行效率奇高,安全性能也十分出众。“太空船一号”的机身就是由非金属材质的碳纤维复合材料制造而成的。

“太空船一号”在设计上有许多创新之举。首先,当飞船重新回到大气层时,它可以自行启动“机翼折起机构”,让机翼往上折起,与机身成直角。众所周知,航天飞船从宇宙空间返回地面的时候,为了保证安全着陆,飞船往往要在尽可能高的高度进行充分减速。为此,必须尽量扩大大气与机身的摩擦面。如果“太空船一号”在下降时,仍与上升时保持同样的形状,那么大气阻力就会非常小,根本无法充分减速。

“太空船一号”的“机翼折起机构”完美地解决了这个问题,不仅保持了机身的稳定性,也扩大了与大气的摩擦面,在短时间内能够充分减速。这种折起机翼的设计,是鲁坦的独创。

其次,“太空船一号”采用由“白色骑士”搭载升空,并依赖固液混合火箭发动机进行后段自主飞行的方法,这是保证“太空船一号”能够实现安全、低成本飞行最重要的措施。利用另一架飞机进行搭载升空,比起让它直接升空来说,不仅可以少携带约一半的推进剂,尽可能地减少质量,而且还能实现飞船的水平起降,这样就无需专用发射场,在普通民用机场就能够“发射升空”。

最后,“太空船一号”在开发期间没有进行风洞试验。通常在开发大型客机或宇宙飞船期间,设计师都要把模型或实物放入风洞实验装置,在这样的环境中获取升力或阻力等空气动力的数据,但这样的实验需要规模庞大的装置和经费。为此,鲁坦仔细地进行了计算机模拟分析,并将“风洞实验”取而代之为在跑道上对安装机翼进行起飞实验,节省了大量的制造成本。最终的开发费用只有2500 万美元,这笔经费是由微软公司创始人之一的保罗·艾伦赞助的。与航天飞机的开发费用——至少10 亿美元相比,这点钱还真是微不足道。

 

荣获安萨里X

这次“太空船一号”的飞行不仅是为了检测飞机的性能,而且还是为了获得安萨里X 奖所作的实验飞行。安萨里X 奖竞赛于1996 年创立,是一项以推动太空旅游发展为目的的国际性比赛,参赛者需要把载人且可重复使用的私营飞行器发射到太空,并安全回到地面,之后在两周内用同一架飞行器再飞一次,这样才有机会参与比赛。第一家达到要求的公司或机构将会获得1000 万美元的奖金。目前,已有来自7个国家的27 位竞争者报名参赛。

安萨里X 奖的创建者彼得·迪亚曼季斯说:“载人宇宙飞行倘若由民间团体参与进行,将能大大降低宇宙飞行的成本,将会让宇宙旅行成为普通人也能够消费得起的业务。”

2004 10 4 日早上,在莫哈韦沙漠中的机场上再次聚集了几千名航空爱好者以及媒体记者,他们正等待着“太空船一号”在一个星期之内的第二次升空。与之前的几次升空一样,“太空船一号”悬挂在“白色骑士”号喷气式飞机的机身下,开始从跑道上升空。90 分钟后,它平安地返回了地面。

1个小时后,安萨里X奖基金会的代表宣布,“太空船一号”此次升空达到了11.2万米的高度,超过了他们设立的标准(飞行器至少达到离地9.9974万米的高度),同时也符合参赛飞行器的其他要求——必须完全利用私有资金建造,必须率先把3名乘客(或相当3人体重的物品)送上太空并在一周内完成重复发射。因此,缩尺复合体公司研制的“太空船一号”成功问鼎1000万美元大奖。

 

等待轨道飞行

关于宇宙旅游产业,日本麻布大学的科林斯教授进行了经济估算。他说:“从加加林最早的太空飞行开始,到今天已经有50 余年了,美国、欧洲以及日本的宇航局为了各自的太空计划已经投入了不下1000亿美元。尽管如此,宇宙飞行的成本却一点也没有减少。”紧接着,科林斯对“太空船一号”的成功飞行给予了高度评价,他说:“‘太空船一号’的开发费用只有2500 万美元,相当于NASA 半天的预算开支。虽然它进行的只是弹道飞行,但它将实现不少人太空旅行的梦想。”

但人们更渴望像宇航员那样,乘坐航天飞船围绕地球轨道进行飞行。弹道飞行只能够体验几分钟宇宙或无重力的世界而已,如果能享受轨道飞行,那么游客就可以“慢慢地在宇宙度过一个周末”了。

科林斯教授说:“研发能够连续提供轨道飞行的太空船,其开发费用是10 亿美元左右,这样的研发成本仅靠私有资本几乎难以办到,但如果有来自国家资金的支持,这个梦想则可能提早实现。去宇宙观光是人类未来旅游的一大趋势,只要进行适当的投资,宇宙旅行的市场极有可能在短短几年内发展到几十亿美元的规模。”对此,NASA 也开始向人们征集各种民用轨道飞行航天器的制造方案,并设立了最高3000万美元的奖金。

不过,宇宙旅游远没有想象中那么简单。从“太空船一号”成功试飞至今已过去了9年,直到今天人们既没看到像鲁坦满怀信心所说的年内实现弹道飞行观光宇宙的业务,也没有出现民用的简易轨道飞行器,看来想要实现真正的大规模宇宙观光还需要很长时间。

 

相关链接

风洞试验:在风洞中安置飞行器或其他物体模型,研究气体流动及其与模型的相互作用,以了解实际飞行器或其他物体的空气动力学特性的一种空气动力实验方法。

 



上一篇:朦胧号的迷雾
下一篇:神秘的海洋生命体
©2011-2017 版权所有:中国数字科技馆
未经书面许可任何人不得复制或镜像
京ICP备11000850号 京公网安备110105007388号
信息网络传播视听节目许可证0111611号
国家科技基础条件平台