小型航天器能取代航天飞机吗

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1、小型航天器能取代航天飞机吗？这次试验是 2004 年 8 月 3 日、由转型太空公司（t/Space 公司）在美 国加利福尼州的沿岸进行的。这家小公司也许将为美国航空航天局的 太空计划指明一个新的方向，为他们找到一个比最初的方案（见 60 页 美国航空航天局的大手笔一文）更快、更经济地将航天员送入太 空轨道的方法。尽管“发现号”航天飞机成功地发射并安全返回，但 成功的光环也无法掩饰低效、拖沓的美国航空航天局无法解决航天飞 机设计时就留下的众多缺陷和安全隐患这一事实，“发现号”由于燃 料箱外隔热材料脱落的隐患而一再推迟发射时间就很好地说明了这一 点。尽管航天飞机什么时候进行下次发射还是个未知数，

2、但是毫无疑问这 种老迈的航天器将会被淘汰。美国航空航天局正斥巨资开发一种名为 “太空探索飞船（CEV）”的全新载人航天器，这种航天器将能完成从 低轨道飞行到飞往月球等各种任务。不过，CEV 最早也要在 2011 年才 都投入使用，在这之前，美国航空航天局不得不继续依靠老迈的航天 飞机，并为之投入大量的资金，所以美国航空航天局很可能会面临资 金不足的窘境。很多人都认为，美国航空航天局现在需要一种从未拥 有过的新式航天器：一种没有机翼、能在航天飞机或者 CEV 出现问题 时能将航天员迅速送往国际太空站或执行其他低轨道任务的“备用” 载人航天器。 “发现号”航天飞机接连不断的问题使美国航空航天局认识

3、到，不能 再像以往那样“把所有的鸡蛋都放在一个篮子里”。就在这样一个背 景下，t/Space 公司进行了这次试验，它所设计的太空舱成为航天飞机 替代方案中一匹极有潜力的黑马。在去年春天，t/Space 公司还仅有两个人和对低成本太空飞行的一些见 解，公司的创始人大卫甘普和加里哈德森对于公司应该如何运行 也有着不同的想法。甘普提出了一个听起来不可思议的计划：只进行 纯技术的研究，而不建造真实、可用的航天器。由美国航空航天局为 每一步的技术进展提供后续的研究经费，以保证研究工作可以持续地 进行下去。“你简直是疯了，”哈德森第一次听到甘普的想法后说， “美国航空航天局不可能给我们这个机会，而且和他们

4、合作肯定会非 常艰难。”甘普并不这么想。今天，美国的太空政策正在逐渐发生转变。以往， 美国航空航天局选择合作伙伴和资金投向仅限于一些大型航空航天公司，合约一旦签订，即使中间的研究方向偏离了美国航空航天局的预 期也很难撤回资金。而现在，这种状况正在改变。甘普意识到，他和 哈德森的机会来了。甘普和哈德森在航天领域都有着丰富的经验：哈德森过去一直在 AirLaunch 公司工作，这家公司与美国国防部签订了一份价值 1130 万 美元的火箭研制合同；而甘普曾经领导过 LunaCorp 公司，并促成了全 美最大的电子消费零售商 Radio Shack 在国际太空站上的首次商业宣 传。他们都知道如何就一个

5、良好的创意与他人携手合作，但是哈德森 不相信他们能够获得与美国航空航天局合作的机会。实际上，在开始 的时候，他因为嫌麻烦都没有把 t/Space 注册成一个公司。他认为自 己只是与甘普达成了一个协议，而且仅此而已。 实际情况并不是这样。他忽略了一个人，那就是美国航空航天局探索系统任务委员会需求部 的主任迈克尔莱拜克。这个部门的任务是开发可用于国际太空站建 设和重返月球计划的系统，而且莱拜克和他的同事正在寻找有创意的 小公司进行合作，而不是像以往那样将合作范围仅仅限于大型公司， 而 T/Space 公司是一个相当理想的合作对象。莱拜克和探索系统的首 席工程师加里莱尔斯把哈德森和甘普的意向书送到了

6、委员会的主席 克雷格斯坦德的手里，并说服他与 T/Space 公司签订了一份 300 万 美元的研究合同，随后又追加了 300 万美元。“我们一直在鼓励新鲜、 有创意的想法，”莱拜克说，“我们让 t/Space 公司从纯理论研究中 走出来，将他们的理论用于解决一些实际问题。”今年春天在华盛顿举行的国际空间开发年会是一次航天届的盛会，吸 引了众多的科学家、工程师和企业家参加。t/Space 公司用获得的 600 万美元资助中的首批资金建造的“载员运载工具（CXV）”的全尺寸模 型引人注目地耸立在展厅中，它的存在让那些书商、太空艺术家和其 他展品都黯然失色。参观者可以在美国航空航天局前航天员吉姆沃

7、 斯的指导下从后部的舱门爬进舱内体验一下。吉姆沃斯现在是 t/Space 公司的工程主管，拥有航空航天工程双学位的他曾经 5 次乘坐 航天飞机飞上太空，并在国际太空站上生活了 5 个半月的时间。对航 天飞机、“联盟号”飞船（“哥伦比亚号”灾难后，美国航空航天局 的很多太空任务都依靠俄罗斯的“联盟号”飞船进行）和国际太空站 的了解使得他非常适合总揽全局地监管 CXV 的建造过程。CXV 系统由 3 个部分组成：乘员舱、丙烷和液氧驱动的两级运载火箭和一架波音 747 大小的载机（VLA）。按照 t/Space 公司的设想，VLA 会 把乘员舱和运载火箭带到 1.5 万米的发射高度。乘员舱和 VLA

8、 由伯 特鲁坦著名的比例复合公司负责设计建造，而运载火箭则会采用哈 德森的 AirLaunch 公司为美国国防部设计的产品的放大版。火箭的任 何一级都不能重复使用，但是依靠降落伞减速后入水的乘员舱在回收 修整之后还可以再次投入使用。CXV 由一名航天员控制，还可以搭载 3 名其他乘员，此外还可以携带各 种设备、给养以及一个零重力状态下使用的马桶。尤其值得一提的是， CXV 还装备了由沃斯和奥本大学的一个工程设计小组设计的全新结构的 座椅。这种座椅不仅像吊床一样舒服，还可以帮助航天员承受 8 个 G 的过载，在到达轨道后还能方便地折叠起来，以腾出更多的乘员活动 空间。为了适应乘员舱返回大气层时头

9、部（带有新型陶瓷/硅树脂隔热 瓦）向下的状况，这种座椅能进行 180 度的旋转。可以旋转的座椅使 得航天员在发射和返回的过程中能够用最佳的方式依靠他们的胸部 承受过载。在此次展会上，甘普也在积极展示他们的新技术并向人们解释他们与 众不同的发展策略。“我们并没有提出建造美国下一代航天飞机这样 的宏大设想。我们提出的设想是渐进式的，是对 CEV 的一种平衡和补 充。”甘普说，“每隔半年到一年，我们都会取得一些切实的成绩。 这样，美国航空航天局每隔一段时间就可以检查我们的工作进展。对 他们来说，这样就避免了一一种设计合理、从上世纪 60 年代就开始使 用的航天器肯定是非常可靠的。次压上全部赌注的风险

10、。”而对于洛 克希德马丁公司、诺斯罗普格鲁门公司、波音公司等承担建造 CEV 的大型航空公司，美国航空航天局就没有这样的机会。不过，t/Space 公司并不打算和这些准备为美国航空航天局建造下一代载人航天器的 大型公司竞争，它只需要安静而快速地用有限的资金建造一个备用的 航天器。“我们根本没有打算制造下一代航天飞机。”甘普说，“我 们只想建造一种简单的、可用于运送人员和物资的小型航天器，而不 是像航天飞机那样可以自由起降的大型飞船。”今年 6 月，t/Space 公司在加利福尼亚的莫哈韦沙漠进行了 3 次试验， 对 CXV 发射过程中的关键技术进行了验证。比例复合公司的试飞员查 克卡尔曼驾驶着

11、鲁坦设计的 Proteus 试验机起飞了，机腹下面悬挂 着 23%大小的乘员舱和火箭的模型。在释放后，模型的尾部展开了一个 减速伞，减速伞的阻力使得模型的速度降低并保持稳定，同时在下降 过程中模型自然旋转到火箭尾部与地面垂直的姿态。如果是真实的 CXV，在进入这个状态后第一级火箭会立即点火，带着乘员舱从载机的 后面直飞太空。而这个模型只能像大家预计的那样，快速地坠下，直到一头扎入沙漠中，溅起一股烟尘。不过，这依然证明了这种由 t/Space 公司的工程师、前美国海军试飞员马蒂萨里基提出的方案是 可行的。在传统的空中发射中，火箭与载机分离后在水平位置就开始点火，然 后开足马力倾斜着进行爬升。采用

12、这种方法在发射时火箭会承受比较 大的过载，因此需要火箭的结构比较坚固，而且附加的机翼也会增加 火箭的重量。而 t/Space 公司采用的方法（他们称其为“悬吊延迟发 射法”。这个方法说起来很简单：在释放火箭的过程中，通过一个悬 吊机构略微延迟释放火箭的头部，让火箭旋转到竖直向上的位置）则 没有这种问题。“我简直不敢相信，这么简单就能让火箭自然旋转到 垂直的姿态。”卡尔曼在试飞结束后说。“我的意思是，这个东西就 这么直直地掉下去了，既不滚转也不摇晃，嗯，什么也没有。它就像 是被人提着一样掉下去了。我对整个系统的可靠性和稳定性感到非常 吃惊。”美国航空航天局航天器设计顾问、麻省理工学院航空航天系空

13、间系统 试验室的副主任雷蒙德塞德维克认为 t/Space 公司干得相当不错。 “我认为他们的设计方向是非常正确的，在充分参考了传统设计方案 的基础上采用了一切从简的方法。”塞德维克说。“一种设计合理、 从上世纪 60 年代就开始使用的航天器肯定是非常可靠的（CXV 成员舱 的设计原型是上世纪 60 年代美国使用的、用于将间谍卫星拍摄的胶片 送回地球的 Corona 返回式太空舱）。”塞德维克同样也很欣赏 t/Space 关于空中发射的设想，他认为这种发射方法可以使美国航空航 天局彻底摆脱恶劣天气的限制，并可以选择更理想的发射轨道，而航 天员也将得到更多从火箭发射失败事故中逃生的机会他们只需要将

14、 乘员舱和运载火箭分离并使用降落伞降落就可以了。“总之，我认为 他们找到了所有正确的方向。他们最终能否成功就要看他们按照自己 的想法做出的东西是否符合美国航空航天局的口味了。”塞德维克说。t/Space 公司能否取得成功，很大程度上并不取决于技术上的挑战，而 是能否争取到美国航空航天局持续的资金投入。今年夏天，美国航空 航天局在没有任何预兆的情况下，在探索系统方面设立了一系列的、 名为“革新技术获取”的项目，这使得 t/Space 公司的前景一片光明。 项目的负责人斯庞伯格解释说，按照美国航空航天局主席迈克尔格 里芬“寻求更广泛的合作伙伴”的指示，美国航空航天局将向企业家 们开放自己的载人航天

15、项目，并为他们开发出的可用设备支付费用。 不过，美国航空航天局的这种方式在给 t/Space 公司带来了机会的同 时，也带来了困难他们原本希望利用美国航空航天局提供的资金来完成开发。“然而，各个公司必须自己进行这样那样的论证和测试， 他们都需要自己花钱来进行这一切。一旦取得成功，他们就能得到丰 厚的回报。而是否成功的标志是他们的产品成功进入了太空轨道或是 通过了最终验证。”斯庞伯格说。根据估算，t/Space 还需要 5 亿美元才能在 2009 年以前完成 CXV 的开 发。这个费用大约只相当于建造一枚普通火箭的费用，与美国航空航 天局为他们遥遥无期的大型航天器向大型公司投入的数以十亿计的资

16、金相比，这笔钱并不是什么大数目。这个小公司已经用他们最初获得 的 600 万美元干了不少事情，他们组建了出色的工程团队和合作伙伴 （包括比例复合公司），建造了他们设想中的太空舱的全尺寸模型， 进行了一系列的、关于他们创新的空中发射方法的验证试验，并使用 另一个全尺寸模型进行了溅落测试。首批的 600 万美元的资金在今年秋天就会用完。为了进行下一步的开 发，t/Space 公司将不得不想办法从美国航空航天局那里争取后续的资 金这是一场很有希望的赌注，不仅是美国航空航天局，也许他们还 能吸引一些私人投资者，尤其是那些迫切希望得到可用于商业太空飞 行的航天器的人，比如罗伯特比奇洛。他希望他的比奇洛航空公司 能在 2010 年前发射首个商用太空站。比奇洛表示，他准备购买一种轨 道航天器，并已经和几家公司进行了谈判，尽管他并没有提及这里面 是否包括 t/Space 公司。甘普表示，商业太空飞行始终是他们追求的目标，t/Space 公司在以为 美国航空航天局制造飞行器的同样热情对待商业太空旅游飞行。但是， 由于美国航空航天局要按照小布什总统的命令让航