第1章 科学(1)

坐着出租车上太空

文/赵洋

太空出租车竞争尘埃落定

2014年9月16日，美国航空航天局（NASA）宣布，在运送宇航员到国际空间站项目的竞争中，波音和太空探索技术（SpaceX）公司成了赢家。美国宇航员最早可在2017年乘坐这两家公司分别研制的CST-100飞船和“龙2”型（Dragon 2）飞船，从美国本土飞上太空。此前，因为航天飞机退役，美国不得不向俄罗斯支付每个“座位”7000万美元的高价，把自己的宇航员送上自己主导建设的空间站。这一合同的签订，标志着喧嚣多年的太空出租车竞争尘埃落定，私营企业首次跻身载人航天领域。

CST-100飞船名字中的数字100代表100公里，这是地面到太空的距离，这意味着它专门执行空间近地短途运输任务。这一新型飞船的外形与“阿波罗”号和“猎户座”飞船很相似，而体积却处于它们的体积大小之间，能一次性搭载7名宇航员。其中，4个名额预留给空间站机组人员，剩下3个可以提供给太空游客。这艘航天器的最宽处有4.5米，利用了阿波罗飞船和航天飞机项目中已成熟的技术。它的创新之处还包括全船无焊接设计、现代结构以及升级版的热控制技术方案。波音公司声称，这种一体化设计降低了飞船整体重量，并加快了舱体的制造速度。过去的美国载人飞船都是在海洋里溅落的，这次CST-100有望通过降落伞减速，再用安全气囊吸收撞击力，实现陆地着陆。CST-100可以在轨飞行长达7个月，返回地球后再更换防热系统，进行翻新。为了达到经济性，每一个独立的小舱室都被设计为充分使用，可实现10次太空飞行。

今年5月，SpaceX研制的无人“龙”号飞船被国际空间站机械手臂抓住，实现对接和物资运送。这次成功的飞行证明了“龙”飞船不仅仅可以将货物送到国际空间站，而且还可以重复使用。这是第一艘完成此项任务的商业太空船。此外，“龙”飞船还可以搭载一名宇航员。尽管技术先进，但是“龙”飞船仍然使用老式的着陆方式——像“阿波罗”任务那样落入大海后再打捞回收。而第二代“龙”飞船则安装了被称为“蚱蜢”的反推火箭，可以垂直降落在地面上。巧妙的是，如果飞船在上升阶段遇险，这些发动机可以作为应急救生的动力。“龙2”飞船外形也极具创新性，过去的飞船一般都是轴对称几何体，它却拥有非轴对称的扁平外形，这种形状可以提高再入大气层时的升阻比，让航天员在返回时更舒服，并减小气动加热而便于重复使用。“龙2”飞船可运载7名宇航员抵达近地轨道空间站乃至更加遥远的目的地，比如说火星——SpaceX公司总裁艾龙-马斯科声称，他建立公司的首要目标就是帮助人类成为一个多行星居住的种族。这位被誉为“现实版钢铁侠”的极客大亨还透露了“龙2”飞船的一些亮点，他说：“它的侧面安装有推进系统和供宇航员向外观察的大舷窗，底部还有着可以弹出的着陆支架，看起来像一艘外星飞船。”

从骨头到宇宙飞船

将时针拨回到1968年，在那年上映的科幻影片《2001：太空漫游》中有这样一个经典蒙太奇——古猿扔向蓝色天空的骨头一下变成了在漆黑太空中翱翔的宇宙飞船。导演库布里克和编剧阿瑟·克拉克想用这个画面传达人类技术的飞跃——从简单的天然工具到复杂的载人航天器，这中间跨越了百万年历史。在这部影片推出之时，航天事业正发展得如火如荼，因为美苏登月竞赛的缘故，短短七年时间里，载人飞船已经进化了三代。

1961年，把苏联宇航员加加林送入太空的“东方”号飞船是第一代飞船的代表。它采用座舱和服务舱串联的两舱式布局，仅容纳一人。第二代苏联飞船是“上升”号，属于过渡型号，目的是突破太空行走技术，其中一人出舱活动，另一人留守舱内。第三代是“联盟”号，其使命是载人登月和作为空间站的运输工具，可搭载三人。

尽管苏联飞船曾创造多项航天史的“第一”，但早期飞船技术并不成熟。女宇航员捷列什科娃在1963年乘“东方6号”飞船绕地球飞行了48周后返回地面，成为第一个进入太空的女性。但这次旅程并不愉快，“东方6号”飞船很小，她只能半躺着度过了三昼夜。而且飞船的自动控制系统也出现了失误，捷列什科娃回忆说：“这个秘密我保守了三十年。本来应该开动下降系统，但按计划规定却是提高飞行速度，改变轨道，飞离地球。”好在她及时发现了这个错误并向飞行管理中心汇报。得到指令后，她启动了下降系统并顺利着陆。当时，苏联和美国的宇航技术都还很不发达，远未完善。

尽管苏、美的载人飞船在外形与结构上有很大不同，属于科技发展谱系树上的不同分支，但按照飞船功能和技术水平划分，美国的三代载人飞船与苏联飞船具有两两对应的关系。因此，我们可以把两个国家在同时代发展出的飞船看作是“远亲”。第一代美国飞船是1961年4月至1963年6月使用的“水星”号，只能搭载一人。第二代是1965年投入使用的“双子星座”号飞船，可容纳二人，它验证了交会对接与太空行走技术，这些技术是登月时必需的。“阿波罗”号飞船是美国的第三代飞船，也是目前唯一发射成功的登月飞船，为圆锥形的三舱结构，乘员三人。

上述飞船称霸太空将近40年，直到1999年中国“神舟”号飞船首飞，才打破了载人航天两家独大的局面。

虽然中国载人航天工程起步较晚，但并不是从最简单的飞船起步，先搞两舱段单人飞船，然后才研制多人飞船，而是一步迈过美苏的40年发展历程，实现了跨越式的发展。中国航天工作者博采众家之长，一步到位地研制了多人多舱的第三代载人飞船——“神舟”飞船，实现了载人飞船技术的跨越式发展。

国外的载人飞船，如苏联的“东方”号飞船是单人单舱飞船，美国的“水星”号飞船是单人双舱飞船，航天员只能半躺在座椅上，在狭小的空间里，完成按电钮、拉手柄等操作动作。“神舟”飞船因采用多舱段结构，飞船内部空间较大，可同时容纳三名航天员工作生活。目前，“神舟”飞船是在轨道上运行的个头最大的载人飞船，且从未出现过安全事故，难怪电影《地心引力》中要安排“神舟”飞船作为遇险美国宇航员的救命稻草。

技术早产儿：航天飞机生不逢时

回到NASA太空出租车的竞争故事中。此前曾被看好的内华达山脉太空系统公司是参与竞标的第三家公司，它的设计方案是使用一架小型航天飞机，放在运载火箭顶端发射入轨，它能够载着宇航员在飞机跑道上水平降落。这架名为“追梦者”的小型航天飞机也能运载七名宇航员来往于天地之间。“追梦者”的外观虽然科幻，但其原型就是NASA在20世纪80年代提出的HL-20升力体构形。NASA已经在过去的两年里向该公司提供了超过一亿美元的商业载人航天项目资金来帮助“追梦者”的发展。“追梦者”也很争气，目前已完成了全部风洞试验，验证了小型航天飞机与火箭集成时的性能。但不利之处在于，它与波音的CST-100都要使用“阿特拉斯5”运载火箭发射，这种火箭需使用俄制RD-180发动机，有断货的风险。

但更深层次的原因是，NASA对航天飞机这种技术心有余悸。身为NASA顾问的物理学家大卫·布林（他也是科幻作家，代表作《星潮汹涌》）这样评论目前各式载人航天器层出不穷的局面：“这是一个令人兴奋的时代！但自从1986年‘挑战者’号失事以来，美国宇航局已经异常小心。”