进入太空的新方式

你不需要火箭才能离开地球。一项更缓慢、更平缓的旅行正在酝酿中——而且还附带一杯鸡尾酒。
Stratospheric Balloon
运营商:World View Experience
费用:75,000 美元 资料来源:World View Experience
Space in a hot air balloon
World View Experience 表示,他们将在 2017 年前将乘客送往平流层。插图由 World View Experience 提供

去年 10 月,当艾伦·尤斯塔斯(Alan Eustace)从新墨西哥州的沙漠升空飞往太空时,只听见一声轻柔的“呼”声,以及安全带轻微的晃动。这位 57 岁的谷歌计算机科学家——身着重达 260 磅的加压宇航服——独自悬挂在一个像干洗袋一样薄的聚乙烯气球下。随着气球平稳升空,里面的少量氦气开始膨胀,气球的形状也随着高度的变化而改变。起初,它像水母一样,松弛地呈长条状,向空中摆动。然后,它变成了一个柔软、饱满的水滴状。最后,当尤斯塔斯接近目的地——距离地球表面 25 英里高时——它变得坚实而圆润,成了一个足球场大小的闪闪发光的物体。头顶是漆黑的太空。脚下是长久以来吸引人类飞向高空的景象:令人灵魂触动的地球弧线。

对大多数人来说,尤斯塔斯的飞行似乎与太空旅行背道而驰,因为自太空时代开始以来,太空旅行就一直与火箭的轰鸣声划等号。第一批载客前往太空边缘的私营公司——维珍银河(Virgin Galactic)、XCOR Aerospace 和 蓝色起源(Blue Origin)——承诺提供宇航员体验的那种惊险刺激的旅程。但一场另类的太空竞赛正在形成,其卖点是缓慢而宁静。一些初创公司正争相开创利用巨大的气球载游客前往平流层的旅行。“气球是一种美妙的起飞方式,”尤斯塔斯说。“你完全平衡;非常安静;上升过程中没有任何振动。”到达高度后,乘客将在加压舱内舒适地漂浮,随风而行。几个小时后,他们将乘坐一个机翼状的滑翔伞返回地球。

“这将是终极的 Facebook 状态更新:全家都在太空。”

对一家公司来说,尤斯塔斯的 StratEx 任务证明了其可行性——一位平流层气球旅游的“单人版本”,塔伯·麦卡勒姆(Taber MacCallum)说。他和他的伴侣简·波因特(Jane Poynter)领导着 Paragon Space Development Corporation,该公司管理尤斯塔斯的飞行计划并建造了他的生命支持系统。这对夫妇随后创立了 World View Experience,这家位于亚利桑那州图森的公司打算率先以每人 75,000 美元的价格将顾客送往 100,000 英尺(约合 19 英里)的高度。他们预计首飞将在 2017 年进行。

巴塞罗那的 Zero2Infinity 和中国初创公司 Space Vision 也预计在未来几年内载客飞行。他们分别以约 125,000 美元和 80,000 美元的价格售票。票价很高,但与维珍银河(Virgin Galactic)的亚轨道太空飞机 250,000 美元的座位,或太空探险公司(Space Adventures)收取 5000 万美元的国际空间站一周游览费用相比,这并不算什么。

总而言之,气球可以提供一种更具包容性的太空旅游形式。“这是一次非常缓慢、平稳的上升和下降,你可以在那里停留数小时,”麦卡勒姆说。由于没有起飞和着陆时的重力作用,飞行对健康限制很小。晕车不太可能成为问题。情侣可以在近地空间结婚,或者庆祝祖父母的生日。World View 已经开始收取 7,500 美元的押金来预订未来的座位。“我们有过全家报名购买整个舱位的,”麦卡勒姆说。“你可以带上你的父母和孩子。这将是终极的 Facebook 状态更新:全家都在太空。”

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一个充满氦气的气球将把 Zero2Infinity 的游客舱送往地球上空 22 英里处。插画:Abaco Digital/Ignacio Ferrando/Zero2Infinity

2002 年,在 Scaled Composites 公司赢得 1000 万美元的安萨里太空飞行奖(Ansari XPRIZE)的前两年,Zero2Infinity 的创始人何塞·马里亚诺·洛佩兹-乌尔迪亚莱斯(José Mariano López-Urdiales)为研究生院写了一篇题为《气球在未来太空旅游发展中的作用》的文章。在文中,他计算出平流层气球可以成为一个每年 100 亿美元的产业。洛佩兹-乌尔迪亚莱斯指出,将游客送往如此高空所需的大部分技术——气球、氦气燃料、加压舱——都已经得到了充分验证。而且它相对便宜且易于获取。

相比之下,火箭飞行既昂贵又困难。公众在去年秋天得到了一个严峻的提醒,当时维珍银河公司的“太空船二号”(SpaceShipTwo)在莫哈韦沙漠上空 爆炸,导致一名试飞员死亡。“当你点燃火箭时,一万件事情都可能发生,只有一件是好的,”前 NASA 宇航员迈克尔·洛佩兹-阿莱格里亚(Michael López-Alegria)说,他最近加入了 Zero2Infinity 的顾问团队。他说,使用气球,“你不会那么快,不会那么高,也不会把那么多能量注入系统。”

而维珍银河计划飞到近 330,000 英尺的高度——刚刚超过 62 英里,这是被广泛认为是太空边界的标记——气球的最高高度将略高于 100,000 英尺。这个区别并不像看起来那么大。“在那个高度,你脚下有 99% 的大气,”前航天飞机指挥官马克·凯利(Mark Kelly)说,他现在是 World View 的飞行运营总监。“你实际上处于真空之中。你身处漆黑的太空。”他同意洛佩兹-阿莱格里亚的观点,认为气球风险更小。“如果你能将人们到达那个 vantage point 的复杂性消除,”他说,“理论上,你可以做得更安全。”

Physicist Auguste Piccard
物理学家奥古斯特·皮卡德(Auguste Piccard)准备在 1932 年进行他的第二次平流层气球旅行。SSPL/Getty Images

气球的简单性长久以来一直很有吸引力。事实上,它们驱动了第一次太空竞赛。1931 年,一个气球将奥古斯特·皮卡德(Auguste Piccard)和保罗·基弗(Paul Kipfer)送到了平流层,他们乘坐的是一个加压舱。1931 年 8 月的《大众科学》(Popular Science)杂志将这一壮举描述为一项“超越虚构的冒险”。正如我们当时所写:“十七小时后,在被认为已死的情况下,他们安全地从 52,000 英尺以上的高度返回,近 10 英里,打破了所有飞机高度记录。”在 20 世纪 50 年代,新的记录不断被创造和打破。然后在 1960 年,美国空军上尉乔·基廷格(Joe Kittinger)升到了 102,800 英尺。他的记录保持了 52 年——直到 2012 年 10 月,奥地利跳伞运动员费利克斯·鲍姆加特纳(Felix Baumgartner)升到了 128,100 英尺。尤斯塔斯在两年后超过了鲍姆加特纳的里程碑,达到了 135,890 英尺。

像他之前的基廷格和鲍姆加特纳一样,尤斯塔斯在平流层短暂漂浮,欣赏着他称之为“美妙”的景色。他现在回忆道:“看着光线穿透大气层不同层次的美景。”然后尤斯塔斯放开了他的气球,只穿着他的宇航服返回地球。他的身体达到了每小时 822 英里的速度,超过了音速,然后在大气变浓,降落伞打开减缓了他的下降。为了成功地开创一种新的气球式旅游形式,公司不仅要弄清楚如何将顾客送上去,还要弄清楚如何将他们送下来。

一次平流层气球之旅将是一个三部分的行为:发射、在高度的愉悦巡航和返回地球的旅程。第一部分应该很简单。在其商业航班中,World View 计划使用一个直径超过 400 英尺的气球——与载着尤斯塔斯的那个一样大。(尽管它将牵引一个重达 9,000 磅的游客舱,但气球不需要飞得那么高。)由于 StratEx 任务,World View 的团队已经练习了发射。

World Views capsule
World View 舱内的乘客(这是一个模型)将拥有互联网接入,用于上传照片。资料来源:World View Experience

Zero2Infinity 一直在为两个不同的商业项目进行无人气球发射:平流层旅游和商业卫星递送系统。它还设计了一个甜甜圈形状的飞行器,计划用于这两种应用。将载游客的版本称为 Bloon,其大小足以容纳两名飞行员和四名乘客。该公司迄今已制造了一个尺寸减半的原型,并用它将一个小型人形机器人送往近地空间。(“过去会是一只狗或一只猴子,”洛佩兹-乌尔迪亚莱斯说。)配备了摄像头和传感器,机器人帮助 Zero2Infinity 的工程师理解了乘客的体验。当机器人通过环绕外墙的窗户向外看时,反射会影响视野。因此,窗户的位置可能会改变,洛佩兹-乌尔迪亚莱斯说。

World View 设想了一个细长的舱体,两侧都有观察窗。它的大小相当于一辆小型房车,可容纳六名乘客、一名飞行员和一名乘务员。乘客在起飞和着陆时需要系好安全带,但大部分旅程将是悠闲的“航行”,就像轻风拂过湖面上的小船一样。尽管 100,000 英尺高空的风速可达每小时 130 英里,但高速不会被察觉。这是因为地球,作为唯一的参考点,看起来几乎没有移动。麦卡勒姆说,舱内将设有酒吧和洗手间,乘务员将兼任调酒师和导游。

麦卡勒姆和洛佩兹-乌尔迪亚莱斯都认为,气球旅游应该在整个飞行过程中提供“衬衫袖”环境。“目标是没有训练,没有宇航服,”麦卡勒姆说。“这将非常类似于商业航班,你接受一次简报,然后就可以出发了。”但是,在加压舱的外面,环境是致命的。暴露其中意味着几乎立即死亡。因此,公司必须决定如何在紧急情况下平衡舒适性与安全性。

麦卡勒姆说,舱内将设有酒吧和洗手间,乘务员将兼任调酒师和导游。

“至少飞行员应该穿着宇航服,”曾为鲍姆加特纳制造平流层加压舱的航空航天公司 Sage Cheshire 的创始人阿特·汤普森(Art Thompson)说。“如果你在飞行器上遇到问题,你希望飞行员能够控制。”汤普森说,最明智的策略可能是说服游客也穿上宇航服。当然,宇航服需要训练,而且看起来像宇航员可能不如能够轻松地喝杯鸡尾酒或在 100,000 英尺高空握住孩子的手那么有吸引力。目前,公司似乎只是寄希望于在检测到问题时能够将舱体降落——无需笨拙的服装或自由落体技能。

旅程的第三阶段,即返回,将是最困难的。因此,World View 目前正大力致力于改进将把舱体送回地球的滑翔伞。“我们希望有足够的横向航程,能够飞到机场并在预定地点轻轻着陆,”麦卡勒姆说。“从 100,000 英尺的高度做到这一点,从未有过。”由于那个高度的空气非常稀薄,许多人对此表示怀疑。但该公司已经三次从 100,000 英尺的高度成功试飞了无人滑翔伞,每次都载有约 100 磅的有效载荷。今年夏天,他们计划将载荷增加十倍,测试在美西南地区携带 1,000 磅有效载荷的 GPS 导航系统。“假设一切顺利,到今年年底,我们将实现全尺寸飞行,载有 9,000 磅的舱体和相应大小的滑翔伞,”麦卡勒姆说。

Zero2Infinity 即将进行的飞行(也计划在今年进行)的一个重点是测试将实时视频从舱内传输下来的高速遥测链路。该公司的另一个部门致力于开发巨大的滑翔伞,这些滑翔伞可以作为传统飞机的救援系统。洛佩兹-乌尔迪亚莱斯说,虽然它们将比用于游客舱的滑翔伞大得多,但为两种应用开发技术可以加速开发,同时降低风险和成本。

在游客旅行期间,滑翔伞将至少部分由飞行员操控,因此两家公司都需要进行载人试飞。其中一些试飞员很可能是前 NASA 宇航员。凯利说,像他这样驾驶过航天飞机的人来说,不会从零开始。航天飞机也是一个滑翔机,进行了无动力下降。与滑翔伞和舱体类似,它会产生大量的阻力,而升力有限。为了训练,凯利今年夏天将花时间跳伞,并学习驾驶小型滑翔伞。虽然他负责组建 World View 飞行员团队,但他预计自己将完成至少部分早期载人试飞,并担任第一次平流层商业航班的飞行员。

凯利说,与火箭飞行相比,World View 愿景的简单性是他被吸引到该项目的原因。潜在的游客也将同样被吸引,希望能体验到同样的回报。在第一次太空旅行之前,凯利确信最令人惊叹的事情是漂浮在零重力中。“事实并非如此,”他现在说。“最大的收获是用自己的眼睛看着地球——一个在宇宙中漂浮着的圆形球体。”

你一生中最棒的旅程

太空旅游将提供不同的体验,具体取决于票价——以及你对冒险的喜好。以下是两种。

平流层气球

  1. 你在黎明前几个小时登上舱体。将你送入平流层的巨大聚乙烯气球在空中高耸。你选择一个座位,但其实关系不大——它们都可以旋转,提供 360 度视野。在一位前宇航员飞行员进行了五分钟的简报后,飞行器开始上升。

  2. 上升缓慢而稳定,平均速度约为每小时 11 英里。你几乎感觉不到。随着气球内部的氦气膨胀,形状从长而细的水滴变成了一个紧绷的圆形物体。一个半小时后,气球达到 100,000 英尺。你可以随意走动,使用洗手间,或者喝一杯鸡尾酒。

  3. 飞行器在这个高度漂浮。它的运动很平缓;飞行员称之为“航行”。他们会指出星座和行星。很快,日出开始,照亮了下方 19 英里处蜿蜒的大峡谷。你的飞行员会讲述他第一次体验“总观效应”的经历,这是从空中俯瞰地球时产生的、改变视角的深刻情感。你拿出手机,拍了一张照片,一张来自平流层的自拍照。

  4. 两个小时后,飞行员通过排气使气球开始下降。然后他释放了气球,让飞行器悬挂在一个 100 英尺宽的降落伞下。它开始定向滑翔。风将气球吹了数百英里,而降落伞将构成返回旅程的大部分路程。飞行员的注意力集中在飞行上——这是他训练过的旅程部分。感觉就像在一架小巧、完全安静的飞机上。不到一个小时的俯冲下降,让你在起飞后四到五个小时到达一个机场。

火箭动力飞机

资料来源:XCOR Aerospace
  1. 你被固定在 Lynx 亚轨道太空飞机的乘客座位上,离起飞只有几秒钟。你已经通过了体检,并接受了两天的培训,学习处理 G 力的一些技巧,比如浅呼吸。虽然机舱经过加压,但你还是穿着一套压力服作为备用。空中交通管制员通过头盔中的无线电说话。“获准起飞。三……二……一。点火。”

  2. 飞机尾部的四个火箭助推器点燃,航天器轰鸣着冲出跑道。一分钟内你就达到了超音速,尽管从驾驶舱内部你无法真正感知。你所知道的就是你很快。随着 Lynx 的机头抬起,你向后倾斜,以 75 度角冲上大气层。高度计开始向 330,000 英尺攀升,地球表面逐渐远去。

  3. 然后,突然,只有你、飞行员和漆黑的太空。重力似乎不再拉扯你的手臂,你可以看到地球的弧线之外。你处于失重状态。飞行员调整助推器以保持航线,但这却是你享受美景的时刻。

  4. 大约五分钟后,你开始下降。重力重新出现,比之前更强。再入过程迅速而剧烈。在最强烈时,你感受到相当于地心引力四倍的压力。随着 Lynx 抓住大气层,这种力量减弱,你很快就达到了巡航高度。航天器现在感觉更像一架商业飞机,在最后进近时,起落架放了下来。经过 30 分钟的飞行,你降落在出发点。

本文最初发表于 2015 年 8 月的《大众科学》杂志,标题为“Wish You Were Here”。

 

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