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太空船2号:搭载人类太空旅游的梦想

阅读量:3789382 2019-10-25



12004年10月,美国斯卡尔德复合材料公司(Scaled Composites)设计的太空船1号,由一名飞行员驾驶,同时装载与两名飞行员体重相等的模拟重物,通过“白色骑士”喷气式飞机搭载升空,并完成了距离地面100 km以上的飞行,因而夺得了奖金高达1000万美元的“安萨里X”私人太空船设计大奖。 
太空船1号外观
2英国企业家理查德·布兰森也于同年创立了维珍银河公司(Virgin Galactic),该公司的目标就是让付费游客实现太空旅行的梦想。在布兰森的推动下,英国维珍银河公司和美国斯卡尔德复合材料公司联合研发了用于商业载人飞行的太空船2号。
太空船2号是一种空射飞行器,由“白骑士2号”负责搭载它达到约1.5万米的高度后,将它抛下,然后它的火箭助推装置点火,推动船体继续上升,当飞行速度达到音速的3.3倍时,火箭发动机关闭,太空飞船在惯性作用下继续爬升至距离地球表面约110千米处,此时飞船上的6名乘客会被安全带牢牢固定在座椅上,穿着类似战斗机飞行员的增压服来抵抗重力加速度。太空船2号的大小和一架轻型飞机相仿,机身长约21米,比前代机身整整大了一倍,可以搭载6名乘客和2名飞行员。船体尾部有火箭助推装置为挣脱地球引力提供动力,船体两翼设有可移动的、如同翅膀般的稳定鳍。太空船2号使用了羽状减速系统,机翼的后缘及整个垂尾和水平尾翼都会升起,用于产生阻力;太空船采用碳纤维材料,轻便牢固,还有呈65度角张开的机翼,当太空船重返大气层接近地面时,会像飞机一样缓缓滑行至跑道上。
能够廉价地进入亚轨道空间,极大地降低了商业太空飞行的成本,对于微重力条件下科学研究的开展也具有十分重要的意义。从火箭发动机关闭到太空船再入大气层,乘客会经历为时约5分钟的零重力状态,同时欣赏地球的美丽景色,届时他们可以松开安全带,在座舱内自由飘浮,随后,太空船2号将以滑翔方式返回地球,飞船从起飞到着陆历时大约两个半小时。维珍银河将对每名乘客收取25万美元费用,行程包括5分钟的太空无重力飘浮体验,以及出发前的3天训练和体检。

3太空船2号研发的故事维珍银河太空船2号(SpaceShip Two)是太空船1号(SpaceShip One)的升级版,是一种亚轨道、火箭助推的空射飞行器,计划建造5艘。截至目前,已完成2部飞船的建造工作。其中,第一部于2009年12月建成,由施瓦辛格命名为企业号(VSS Enterprise),第二部于2016年2月建成,由霍金命名为团结号(VSS Unity)。
第二艘太空船2号——团结号VSS Unity
2010年3月22日,企业号已经完成“处女航”,虽然飞行过程仅有几分钟,但非常成功。到了2012年2月,太空船2号已经完成了与白色骑士2号相关的15次试飞以及16次滑翔测试。
2013年4月,太空船2号进行了首次火箭动力试飞,发动机工作时间为16秒。2013年9月,太空船2号进行了第二次火箭动力试飞,超音速飞行速度达到1,100英里/小时,持续20秒。虽然取得成功,但远远低于持续60秒、飞行速度不低于2500英里每小时的预期目标。2014年1月,太空船2号完成了第三次火箭动力试飞,并成功测试了飞船的反应控制系统(RCS)和热保护涂层。
2014年10月,太空船2号(企业号)的第四次火箭动力试飞在灾难中结束——它在测试飞行过程中坠毁,导致两位飞行员一死一伤。根据调查结果,本次坠毁事件源于副驾驶员过早地开启了飞船的制动系统。
这场灾难给维珍银河公司带来了沉重打击,维珍银河公司耗费了两年时间才再次获得美国航空管理局的试飞许可,继续进行太空船2号的试飞。截止2017年8月,太空船2号由白色骑士2号载机挂载又进行了5次滑翔飞行试验,以测试其空气动力学特性与飞行控制性能。

2018年1年时间内,维珍银河共进行了四次火箭动力飞行测试,最大飞行高度分别为25.7,34.9,52和82.7千米。第四次试飞中,太空船2号搭载着两名飞行员成功到达82.7千米的高空,该高度处于人类定义中的“太空边界”。两名飞行员也因此获得了象征着圆满完成太空探索任务的美国商业航天员徽章。
2019年2月,维珍银河的太空船2号首次搭载三名机组人员成功抵达距离地球89.9千米的太空边缘,这一高度是目前商业载人飞行所达到的最大高度——在这一高度上,乘客可短暂地体验到失重状态。
4在激烈竞争中保持领先太空船2号和母船白骑士2号
SpaceX与蓝色起源公司都是维珍银河在商业太空飞行项目上的直接竞争者。这两家公司都看到了火箭和飞船在重复使用方面出现的巨大机遇,致力于通过开发可重复使用火箭或飞船技术,以期极大降低进入太空的成本。
SpaceX公司的策略激进,从一开始就瞄准航天发射市场,并全力投入研发能够重复使用第一级火箭的猎鹰9号火箭,到目前为止已经实现了高频率发射和商业盈利的良性循环。
而相比之下,蓝色起源公司的目标更多是在太空旅游市场方面。其开发的“新谢泼德”(New Shepard)推进器与乘员舱组合成的亚轨道系统主要用于将旅客送往距离地面100多千米的亚轨道高度飞行,随后返回地球。在此过程中,旅客将能够经历大约4分钟的失重体验,并饱览早期只有航天员们有机会看到的地球大气层边缘景观。
太空船2号飞行的精彩瞬间
近年来,蓝色起源公司的“新谢泼德”推进器与乘员舱组合成的亚轨道系统已经取得了长足进步,多次完成了亚轨道飞行测试,并在2015年11月与2016年10月间使用同一推进器连续进行了5次测试,证明了其可复用性。2018年4月29日,蓝色起源公司的“新谢泼德”(New Shepard)亚轨道飞行器完成第8次飞行试验,最大飞行高度为107km。蓝色起源公司后续计划进行乘员飞行测试,之后很快便将投入到亚轨道旅游与科学实验运营中。
从2018年12月到2019年2月,维珍银河公司的太空船2号安全地两次往返于太空和地球,并进一步扩大了飞行范围,证明了维珍银河公司的亚轨道商业载人能力,为所有梦想太空旅行的人带来了巨大的期待,预示着维珍银河将成为全世界第一家实用的太空旅游公司。目前蓝色起源公司还未进行过载人试飞,相比之下,维珍银河似乎已经领先很多,目前已有两次成功的载人试飞经验。预定其亚轨道飞行的人数也已经超过了600人。太空船2号接下来的测试很有希望突破人们公认的太空高度,即卡门线(100千米),进一步推动商业太空飞行的进程。

文/王俊峰
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