这一幕让人回想起NASA的辉煌岁月,那时人类仍在月球上行走。一个宇宙飞船在三顶橙蓝色降落伞的遮蔽下缓缓下降,在微风中轻轻摇曳。飞船以每小时15英里的悠闲速度溅落在太平洋上,降落伞也随之落在水面。一艘回收船隆隆驶到飞船旁边,潜水员跳入水中。
但他们要找的不是宇航员,而是降落伞;除了压舱物,这个太空舱是空的,它是一个模型,旨在测试一个看似熟悉但实际上是全新飞船设计的着陆情况。潜水员们争分夺秒地营救降落伞,以免它们沉没,以便在下一次测试中重复使用。在货运直升机回收后,这个太空舱也将再次投入使用。这就是低成本的太空旅行。
这次测试于8月3日在北加州海岸进行,由一家名为“变革性空间公司”(Transformational Space Corporation),简称t/Space的公司执行,这可能预示着NASA的一个全新方向,有潜力比其主要计划单独完成任务更快、更经济地使该机构的载人航天计划重回正轨[详见边栏,第48页]。7月,在“发现号”外部燃料箱的泡沫绝缘材料脱落险些造成事故后,NASA停飞了其航天飞机机队。“发现号”今年的发射本应是NASA在“哥伦比亚号”灾难后成功复飞的标志。但相反,它似乎再次凸显了航天飞机众多的设计缺陷以及NASA长期以来无法解决这些问题的困境。
目前尚不清楚航天飞机何时能再次发射,但NASA最终计划用一个耗资数十亿美元的飞行器——乘员探索飞行器(CEV)来取代现有系统,该飞行器将飞往月球以及航天飞机所在的近地轨道区域。但那艘飞船至少要到2011年才能准备就绪,而且只要NASA继续向老化的航天飞机投入资金,它可能就难以筹集到建造CEV所需的资金。许多人认为NASA需要的是它从未有过的一个东西:一艘简朴的备用飞船,可以在主系统在研发或操作中遇到问题时迅速投入使用,以确保美国宇航员能够飞往国际空间站(ISS)或执行其他近地轨道任务。
T/Space公司应运而生,它一直在推动这一策略,鉴于今年夏天“发现号”任务遇到的麻烦以及NASA之前载人航天“孤注一掷”方法的突然转变,该公司现在正成为一个有望在短期内取代航天飞机的黑马。
2004年春天,t/Space还只是两个对经济型太空飞行抱有愿景的人,这是近年来众多构想中的一个。但创始人大卫·冈普和加里·哈德森的方法,除了他们的技术之外,有所不同。他们向NASA提出了一个激进的想法:利用NASA为下一代飞船提供的纯粹纸面研究合同,来建造实际可用的硬件。在冈普的计划中,朝着功能齐全的飞行器迈进的每一步增量进展都将获得额外资金,从而推动项目向前发展。“你疯了,”当哈德森首次向冈普提出这个想法时,哈德森对他说。“NASA永远不会给我们任何业务。即使给了,和他们合作也将是痛苦的。”
尽管如此,冈普已经感觉到这个举步维艰的航天局正在酝酿变革。NASA传统的开发工作模式是向少数几家大型航空航天公司授予昂贵的“成本加成”合同——即使技术被证明不成功,这些合同仍让NASA承担费用——这种模式正在出现裂痕,冈普看到了自己和哈德森的机会。
两人都是太空初创公司的老兵:哈德森经营着AirLaunch公司,该公司正在根据一份价值1130万美元的国防部合同开发火箭,冈普则曾领导LunaCorp,该公司促成了首次电视
——在国际空间站上拍摄的Radio Shack广告。他们知道如何撰写一份优秀的提案,但哈德森仍然不看好他们在NASA的机会。事实上,他最初甚至懒得正式注册t/Space为公司;他只是把提案寄了出去,并认为事情到此为止。
他没有料到迈克尔·莱姆贝克(Michael Lembeck),NASA探索系统任务理事会需求部门的负责人。该理事会的任务是开发维持国际空间站和重返月球的系统,莱姆贝克和他的同事一直在寻找与拥有新想法的企业家以及通常的大型航空航天承包商合作的方法。T/Space完全符合要求。他与探索系统首席工程师加里·莱尔斯(Garry Lyles)直接将哈德森和冈普的提案提交给了理事会负责人克雷格·斯泰德尔(Craig Steidle),并说服他批准了一项初步的300万美元研究,并附带了后来也获批的另一笔300万美元的选项。莱姆贝克说:“在探索系统内部,我们一直在推动新的、创新的想法,我们放手让t/Space摆脱理论范畴,进入实际操作。”
t/Space
利用其最初的600万美元资金所建造的一些成果,在
今年春天于华盛顿特区举行的
国际空间发展大会(一个汇集了来自私营和公共部门的科学家、工程师和企业家的会议)上,占据了一个展厅的主要位置。该公司提议的乘员运输飞行器(CXV)的全尺寸模型填满了整个展厅,将书商、太空艺术家和其他参展商挤到了边缘。参观者通过一个后舱门进入,由前NASA宇航员吉姆·沃斯(Jim Voss)引导参观。沃斯现在是t/Space的工程经理,他曾五次乘坐航天飞机,在国际空间站上居住了五个半月,并拥有两个航空航天工程学位。他曾在航天飞机、“联盟号”(哥伦比亚号灾难后NASA一直依赖的俄罗斯太空舱)和空间站系统方面的经验,使他成为监督CXV建造的理想人选。
CXV由三个系统组成:乘员舱;一个由丙烷和液氧提供动力的两级助推火箭;以及一架波音747大小的运载飞机,t/Space以其一贯的低调风格将其命名为“超大型飞机”(VLA),它将把太空舱和连接的火箭运送到高达50,000英尺的发射高度。太空舱的结
构部件和VLA将由企业家兼设计师伯特·鲁坦(Burt Rutan)的公司Scaled Composites建造,该公司去年曾将其“太空船一号”(SpaceShipOne)将首批商业宇航员送入太空。助推器QuickReach将是哈德森的AirLaunch公司为国防部开发的火箭的放大版本。火箭的两个级都不可重复使用,但在通过降落伞头朝下着陆到任何方便的大水体后,太空舱将进行翻新并再次飞行。
CXV设有一个飞行员的控制装置,并可容纳最多三名额外乘员。它有用于存放补给和设备的隔间,以及一个零重力马桶。由沃斯和奥本大学的一组工程系学生设计的创新织物座椅,可以承受高达8G的载荷,舒适如吊床,并且在飞船进入轨道后可以轻松收起以腾出更多空间。这些座椅还有一个独特的设计特点:它们可以旋转180度。这是因为太空舱将头朝下离开大气层并重新进入,使用一种
现代化陶瓷/硅瓦片隔热
系统。可旋转的座椅将使乘员能够以最舒适的方式——通过胸部——承受发射和再入时的G力。
冈普也在会议上展示了这项技术,并解释了他非传统的开发策略。冈普说:“我们向NASA提出的,是针对大型航空航天公司建造美国下一艘飞船的努力的一种‘增量式小赌注’——也就是说,是CEV的一个缩小版备用和补充。”“每6到12个月,我们就会完成一系列硬件里程碑,NASA也有机会说,‘嗯,你们真的兑现了承诺吗?’所以他们从不需要押上全部资金。” 大型
航空航天公司建造下一
代CEV的努力将由洛克希德·马丁公司或诺斯罗普·格鲁曼公司与波音公司团队牵头,将没有这样的要求。但t/Space不会与这些公司竞争建造NASA主要太空发射系统的合同;它将只是悄悄地以更快的速度、更低的成本建造一台备用机器。冈普说:“我们努力不声称自己是航天飞机的替代品;我们是‘联盟号’的替代品,是一种简单的飞行器,用于运送人员往返太空,而不是像航天飞机那样自带动力的空间站。”
6月,在加利福尼亚莫哈韦沙漠上空进行的三次系列试
飞,对CXV发射过程中的关键要素进行了检验。Scaled Composites公司的飞行员查克·科尔曼(Chuck Coleman)驾驶一架鲁坦设计的名为“普罗透斯”(Proteus)的研究型喷气式飞机升空,其机腹下方挂载着一个23%比例的太空舱和助推器模型。当模型被释放时,它展开了一个减速伞,并在下落时尾部朝向地面。减速伞减缓了模型的垂直旋转并使其稳定,直到它尾部朝下,笔直地坠落。实际的CXV会在此时点燃其第一级发动机,在运载飞机后面穿过高层大气并进入太空。模型则按计划简单地坠落,直到它伴随着一阵尘土撞击到沙漠地面。但它证明了一种新的空射航天器方法的可行性,该方法是在前海军试飞员、t/Space工程师马蒂·萨里古尔-克莱恩(Marti Sarigul-Klijn)的指导下开发的。
在传统的空射中,火
箭从母舰分离后仍在水平状态下点火,并以全功率向上爬升。但发射载荷更为严峻,需要更重的结构,而且机翼还会增加重量。萨里古尔-克莱恩的“吊索式空投”(Trapeze-Lanyard Air Drop,简称t/LAD)方法,通过在投放后一秒钟内,用一根系绳和一个类似空中飞人秋千的装置将飞船头部连接在运载飞机上,从而将飞船旋转至垂直位置。科尔曼在测试后说:“我很惊讶你能让这个助推器完成90度转弯,然后就像挂在那里一样。我的意思是,这东西就是笔直地往下掉。它没有翻滚、偏航,什么都没有。就像它是在垂直下降一样。我对整个系统的稳定性感到非常惊讶。”
麻省理工学院航空航天系空间系统实验室副主任、NASA航天器设计顾问雷蒙德·塞奇威克(Raymond Sedwick)认为t/Space具备正确的特质。他说:“我必须同意他们基
于传统和简洁性的太空舱方法。”换句话说,
传统的太空舱自20世纪60年代初以来一直在飞行,鲜有问题。塞奇威克还喜欢t/Space的空射方案,因为它允许NASA将发射点移至恶劣天气之上或周围,或追求更理想的发射轨迹,并且它为宇航员提供了在
火箭发射失败或其他发射紧急情况中生存下来的机会——他们只需将太空舱与助推器分离,然后像再入时一样,利用降落伞着陆。总的来说,塞奇威克说:“我会说他们正在考虑所有正确的问题。最终,事情是否会如他们所愿,就看NASA的兴趣了。”
事情能否成
功,可能更多地不取决于克服技术挑战(t/Space似乎已很好地掌握了这些),而取决于一项更难以捉摸的努力:赢得NASA的持续支持。但今年夏天,该公司的前景显著好转,当时NASA在探索系统内部悄然创建了一系列名为“创新采购”(Innovative Procurements)的项目,未进行大肆宣传或正式宣布。项目执行官布兰特·斯蓬伯格(Brant Sponberg)解释说,这一方向直接来自NASA局长迈克尔·格里芬(Michael Griffin),旨在“尝试将新参与者引入我们的工作”,向企业家开放NASA的载人航天计划,他们将因建造可运行的硬件而获得固定费用。像t/Space这样的公司曾经争取设计和建造NASA拥有并
运营的飞行器的合同,但他们现在可以选择自己成为所有者和运营商。斯蓬伯格说:“这个想法是,我们可以签订一份合同,我们为里程碑付款,所以有人必须进行这样那样的演示或测试。他们必须自己承担成本,但如果他们成功了,我们就会支付里程碑费用。最终,最后一个里程碑是进入轨道或完成最终演示。”
冈普估计,t/Space需要在2009年前在一个注重成本的项目中投入5亿美元来完成其CXV。这大约相当于一次航天飞机发射的成本,与NASA计划支付给大型航空航天公司数十亿美元来建造一艘至少还需要六年才能准备就绪的飞船相比,这简直是物超所值。该公司仅用最初的600万美元就取得了许多成就。它已经组建了一支由工程师和承包商组成的精英团队,包括Scaled Composites,建造了其拟议太空舱的全尺寸模型,进行了一系列投放测试以展示创新的空射航天器方法,并用另一个全尺寸模型测试了溅落技术。
最初的600万美元将在今年秋季用完。为了迈出下一步,t/Space必须从NASA赢得更多资金——考虑到该航天局的新方向,这是一个不错的选择——并且还要吸引私人投资者。尤其有一位投资者对商业轨道飞船有着迫切需求:罗伯特·比格洛(Robert Bigelow),他的Bigelow Aerospace公司旨在2010年前发射第一个商业空间站。比格洛表示他已准备好购买一艘轨道飞船,并且已经开始与几家公司进行谈判,尽管他尚未透露是否倾向于t/Space。
冈普表示,t/Space将始终“以商业为核心”,并且将像积极开展政府工作一样,积极推动私人太空旅游飞行。但由于NASA正努力执行布什总统的授权,即在2010年前维持航天飞机的生命支持、完成尚未完工的国际空间站,并设法同时将人类送回月球乃至火星——所有这些都没有国会的大量额外资金——它面临着一条艰难的道路。T/Space或许能为它的一些问题提供解决方案。
迈克尔·贝尔菲奥雷(Michael Belfiore)在《大众科学》三月刊中撰写了关于比格洛太空酒店的文章。