漫谈太空旅行

在20世纪开始时，人们经常问：“人类能不能去太空旅行？”现在，21世纪开始了，过去的问题有了肯定的答案。现在的问题是：“人类什么时候经常去太空旅行呢？”

对于这个问题，不同的人有不同的答案，有的说要2年后，有的说要30年后。英国布里斯托航天飞机公司把太空旅行分为两种。一种是亚轨道太空旅行，即达到太空的高度，绕地球轨道飞行不到一圈的短暂旅行；另一种是环绕地球轨道的太空旅行，就像卫星一样在太空中沿着轨道飞行。根据该公司的分析，6年后可能会开始亚轨道太空旅行，而环绕地球轨道的太空旅行则要等到10年以后。太空旅行的费用很高，只有富人才承受得起。等到把费用降到中等收入而且爱储蓄的人也能承受得起时，则要等到15年以后了。

工程技术上的基本要求

设计要求

到过太空旅行的许多宇航员都说太空旅行是令人终生难忘的体验。在太空中观看地球、月球、太阳以及各个天体，在微重力条件下行走和活动，这些都令人心旷神怡。太空旅行听起来如此令人神往，难怪许多人都想去亲身体验一番，前提当然是要既安全又经济。

目前，把一个人送入太空轨道的费用是1000万美元以上。太空旅行出致命事故的概率是百分之一，这个概率还是太大。目前坐飞机旅行出致命事故的概率是百万分之一，而体育跳伞的致命事故概率是十万分之一。显然，太空旅行载人航天器的设计要求主要是降低旅行费用，提高安全系数。

飞机和火箭的对比

现在的太空旅行为什么如此昂贵而且危险呢？美国从20世纪40年代就开始火箭发射，最初使用缴获的V－2弹道火箭，后来研制自己的火箭，80年代开始使用航天飞机，见美国各阶段的运载火箭外形图。它们都采用弹道火箭技术，其主要部件只能飞行一次。这是太空飞行费用高并且危险性大的基本原因。即使是成批生产的火箭，只要它只能使用一次，对于大规模的商业使用来说，依然是太昂贵了。迄今为止，私营公司投资发射的的航天器只有通信卫星。费用的昂贵导致火箭发射很少进行，每年仅有100次左右，这很难使太空运输成为“空中的航线”。每次太空飞行都需要几百名工程技术人员准备好几个月甚至好几年，技术文件也堆积如山。美国航天飞机是目前世界上唯一 投入使用的、在地球与太空之间往返飞行的载人航天器（见右下图）。但在18年中它也只飞行了100次，平均每年也就5次左右，而全世界的客运飞机每年飞行1000万次以上。一种新型的民航客机一般要求进行1000次试飞，才能获得正式运送旅客的飞行证书。

为了使太空旅行既安全又经济，需要研制出实用的航天飞机，使之能够像民航班机那样定期运送旅客。目前，美国航天飞机还不尽如人意，无论是飞行费用还是出事故的风险，都要比民航班机高很多。

太空旅行的基本设施

太空旅行除了需要航天飞机以外，还需要太空旅馆以及发射太空旅馆的火箭等一整套太空旅行基本设施，以支持在轨道上的太空旅馆，见左下图。这种设想早已有之。早在50年代初，就有人对此进行了实质性的研究。美国国家航空航天局在60年代采用“土星”重载火箭将“天空实验室”送上太空，并试图采用X－15型高速实验机为未来航天飞机运送补给品，以便建立一套初步的太空旅行基地。他们没有进一步改进X－15，但其研制经验为80年代问世的美国航天飞机所借鉴。

从实验到成熟

为了实验新的航空技术，有时需要建造实验飞机。实验飞机在飞行前后需要进行大量维护，其寿命也可能很短，还可能得不到运送旅客的许可证书。在飞行实验成功之后，新技术才应用到飞机的设计中，这时的设计即所谓的“成熟的”设计。设计出来的飞机只需要少量的维护，寿命也长，并能取得运送旅客的许可证书。

一般情况下，研制实验飞机的费用是未来成熟飞机的10％。实验飞机不需要成套的生产图纸和工艺夹具，甚至可以手工制造，而且也不必为了取得客运许可证而进行飞行。

未来的航天飞机也必须像民航客机一样，具有较长的寿命，能迅速返航，维护费用较低。其技术上的关键是拥有耐久的火箭发动机，良好的隔热保护，简易的维护。在目前航空航天技术的基础上，经过10年的逐步发展，将可以研制出新型的航天飞机。

从亚轨道飞行到轨道飞行

前文说过，太空飞行分为亚轨道飞行和环绕地球的轨道飞行两种。亚轨道飞行较容易实施，这是由于其需要的最高速度相对低一些，而轨道飞行要求速度达到音速的25倍。亚轨道飞行所需要的燃料重量也少得多，使用目前效率最高的火箭发动机，单级火箭所需要的燃料重量占起飞重量的50％，而轨道飞行的火箭则占87％。由此可见，要实现太空旅行，比较节省经费的方法是建造小型亚轨道航天飞机。其体积和技术要远远小于环绕地球轨道飞行的航天飞机。

轨道飞行最可行的方法是采用两个飞行阶段。在第一飞行阶段，用货运飞机把航天飞机送上高空，达到一定的速度后释放航天飞机，让它开始第二阶段的飞行，并达到环绕速度。采用这种方法比较容易，每个飞行阶段所需要的技术要求也比较容易达到，把亚轨道航天飞机稍加改进即可。

太空旅馆

已有的几个太空实验室和空间站的成功运行表明，建立太空旅馆在技术上已没有问题。但是，现有的空间站还是非常昂贵，主要是由于以下四个因素：1贝表国家的政治形象。2泵扛隹占湔径际切虏品。3钡拖碌纳产率。4蔽修费用高。重大的修理要发射航天飞机送人去修理，而美国航天飞机的发射费用是大约5亿美元。民航飞机在设计时都有标准可遵循，而空间站都是单件设计，单件生产，技术要求也高得多。

如果航天飞机的成本能够降下来，则空间站的成本也能相应地降下来，就可以作为太空旅馆使用，其成本将与同样规模的民航机大致相同。例如，一个内部容积与波音747飞机相同的空间站，其成本将降到2亿美元。目前研制的国际空间站的成本约为500亿美元，庞大的成本是建造大型空间站的障碍。由此可见，研制出低成本的航天飞机之后，也随之能研制出低成本的太空旅馆了，其寿命应在20年以上。

重载火箭

大型太空旅馆将设计成模块拼装式。各个模块分别发射，到轨道上再组装到一起。这样，每次发射所用重载火箭的成本远远低于美国航天飞机的成本。未来向太空旅馆运送供应品的任务很重，估计每隔几天就要运送一次。现有的大型运载火箭，如美国航天飞机和“阿丽亚娜”火箭还可以使用，其成本在采用了未来航天飞机的技术之后将大大降低。

安全

航天飞机的安全性应该有可能达到民航机的水平。太空旅行面临四个伤害因素：射线辐射、太空碎石、重返大气层时的高温和严重的机舱效应。这些伤害因素有些是太空旅行特有的，有些则是民航飞行也有，但程度较轻。通过充分的技术实践，这些伤害因素应该得到控制，可以采取的技术措施包括：尽量减少暴露、屏蔽、系统冗余、充分培训飞行人员、充分的统计分析以及艰苦而详细的开发研制。

一次性使用的火箭和飞船不能充分保证安全。由于它们只能飞行一次，因而无法在正式飞行之前作飞行试验。而新型号的民航机往往要试飞1000次左右，才能取得客运许可证。运载火箭由于造价昂贵，很少进行试验飞行。

成本

据推算，每位旅客乘未来航天飞机的飞行成本为5000美元左右，比乘长距离民航班机的飞行成本高多了。这是由于航天飞机要携带更多的燃料，从而减少了能够运送的旅客数量，另外燃料多也增加了成本。除此之外，由于初期的航天飞机的飞行要分为亚轨道飞行和轨道飞行两个阶段，其设计要比民航飞机复杂得多。随着发动机、结构、材料等技术的发展，会研制出只有一个飞行阶段的、更简单的航天飞机。对太空旅行的总体成本作出的初步测算，航天飞机的成本占总成本的70％。再把太空旅馆的成本、管理费和利润也包括进去，去太空旅行几天的费用约为1万美元，中等收入的人可以承受得起，而且比目前运送一个人进入太空的费用要便宜约1000倍。

太空旅游的商业经营

日本进行过旅游市场的调查研究，结果表明，日本每年有大约100万人愿意花1万美元到太空去旅游几天。美国和加拿大也进行了调查，愿意花1万美元去太空旅游的人口比例与日本大体相同。如果全世界按此比例计算，每年有太空旅游需求的人数将达到1500万。考虑到太空旅游毕竟是未来计划的事情，市场调查肯定会有局限性。按谨慎估计，每年也有100万人要去太空旅游。即使这样，如果航天飞机能乘坐50位旅客，也需要50架航天飞机每天飞行一次，整个太空旅游市场的规模将达到每年100亿美元。

假设世界工业化国家的人口为10亿人，平均寿命为75年，则每年100万太空游客，相当于工业化国家的人口中有75％的人一生中要到太空去旅游一次，以上市场预测还是保守的。在调查中有许多人表示，花几个月的收入到太空去进行一次独特的革命性的旅游是值得的，他们希望多次去太空旅游。

大卫·阿斯福特著陈思信译

责任编辑：兆 然■