妙计 [太空遨游的妙计之一]

　　要想探索更远的太空，人类首先要解决怎样才能实惠和更有效地到达那里。有关这方面的想法不胜枚举。 　　1996年是太空运输史上具有里程碑意义的一年。据一项抽查显示，在这一年，全球范围内由太空项目带来的商业利润约有770亿美元，首次超过政府在太空项目上的投资。1997年，大约有150颗商业的、民用的和军事的人造卫星被送入轨道，其中商业卫星有75颗，比1996年增长了3倍。根据哈佛大学分析家乔纳森・麦克斯威尔的统计，1998年人造卫星的数量差不多达到1997年的总和。在接下来的几年中，商业性人造卫星的发射成倍增长，市场调查表明，在1998年一2007年，有1200个远程通信卫星被送入太空。总而言之，太空淘金热正在悄然崛起。
　　太空爱好者期待着有一天能有人离开地球，飞向一个太空空间站，或者是在月球或火星上建立的一个基地。然而。在这条探索通向恒星的路上，有一块非常大的绊脚石，那就是：以人类的能力，绝对难以到达太空的每个角落。对人类来说，单单轨道的建成就既昂贵又危险，而且目前的航天推进技术紧紧地将人类探索的范围局限在太阳系以内。我们的太空飞船需要在环绕几个行星的间接轨道上飞行数年才能从重力中获得推进力，而且一旦登陆，飞船就丧失了返回的能量。
　　难道，人类要想把太空飞船送去其他星系一定得花上好几个世纪吗?幸运的是，工程师们在制造新的推进系统方面并不缺乏创造性的计划。或许这些计划能使人类某天可以去其他星球上生活。现在，最根本的计划是对现有的火箭和喷气技术进行改革，有人提议利用核能源或者乘坐强大的激光束，甚至有人提出可以采用类似“空间电梯”的东西把货物送入轨道。
　　“如果能够到达低轨道，那就意味着距离到达太阳系的其他任何地方成功了一半。”科幻小说作家罗伯特・海因莱因这样写道。现在，几乎所有的科学家都同意能够在花费很少的情况下到达低轨道是至关重要的第一步，因为在大多数情况下，要扩展人类能够到达的领域取决于大规模的轨道航天器或者其他设备，涉及多个发射。
　　对人类来说，研发更好的发射系统现在已是迫在眉睫。大多数商业性的人造卫星注定要么被安排在已经拥挤不堪的静止轨道上(卫星争相拥挤在这条位于赤道上方的36万千米的轨道上)，要么被安排在距离赤道只有几百千米的低轨道上。
　　现在，低轨道正在迅速成为一个有发展空间的经济领域。在这个轨道上，卫星可以把信号传送到桌面甚至是手机。科研用人造卫星也有了很大的提升，有50余个大型的观测和探索太阳系其他行星的卫星将会在下一个10年内升空。而且此类卫星的发射速度必定会增长。因为NASA正在把新的、突出“更快、更好、更便宜”的航空器付诸实践。
　　现在，科研任务的开发成本已经是20世纪90年代早期的典型任务的1／3。此外，在其预计的15年寿命内，国际空间站在除了计划的45次飞行外，还将需要几十次的运输以运送机组人员、燃料和其他货物。
　　发射卫星的迫切要求促使波音公司的商业空间部，分别与能源公司在莫斯科以及与克瓦纳海事公司在奥斯陆修建石油钻井平台，并且建造了一个拥有34000吨排水量的半潜式发射平台，这个平台可以被移动到有利于轨道发射的地点。
　　
　　淘金热褪去之后
　　
　　即便是最冷静的科学家，也乐于看到有更多的航天器用以检测地球环境和探索太阳系更远的地方。人类目前更有远见的预见是：未来会出现一个蓬勃发展的航天工业，以开采行星或小行星上的矿物，并且从这些星球的大气层中提取气体来制造能源和提供生命的基础。亚利桑纳大学的K.R.塞里德哈采纳了火星爱好者的观点，宣称太空探索的先驱者可以在“(火星)地表上生活”，因为他已经开发出一种电化学电池，它可以利用火星大气制造氧气。
　　太空遨游之所以更为引人注目，是因为到达太空需要高昂的花费。传统的火箭大都是由政府投资开发的，要把它运送到低轨道的费用是每千克2万美元。由波音公司和洛克希德・马丁公司合资成立的联合太空联盟公司私人经营的航天飞机，如今已经在致力于提供廉价的太空旅行，但是它的花费也不比那些典型的不能再用的火箭少多少。
　　今天，如果一艘配备齐全的太空飞船携带50名乘客飞向太空，那么每名乘客需要支付840万美元才能保证收支平衡。
　　进人太空之所以昂贵，是因为助推器需要携带氧化剂和燃料，而且除了一少部分可以重复使用的航天飞机外，大多数航天飞机都会在几分钟的荣耀后被烧毁在大气层。工程师们一直希望建造出可以重复使用的飞行器，以此来削减发射成本(那样只需要在每次飞行后加油和进行一些基本检查)。
　　1998年8月27日，作为波音公司在几十年中私人开发的第一个具有大型助推器的“波音三角洲3”火箭从卡纳维拉尔角空军基地升空后不久就发生了爆炸，这使得波音公司的计划宣告失败。
　　1988年～1998年，因为在成本和需求上存在不一致意见，美国的数项研发新的、昂贵的火箭的政府资助计划被迫取消。
　　
　　新技术带来新发展
　　
　　位于得克萨斯州的私人公司――比尔太空科技公司研发的一种三级运载火箭，在2000年第三季度发射。比尔公司的副总裁大卫・斯波德声称，之后他们还会研发可重复使用的火箭。还有多家公司则计划利用大气中的氧气来提升性能，这样可以降低火箭自身必须携带的氧气量，他们希望通过建造能够水平起落的火箭来解决这一问题。
　　位于加利福尼亚州范登堡空军基地的先锋火箭飞机公司正在研发一种重量轻的双崖式飞机，它由火箭发动机和常规的涡轮发动机驱动。这种飞机在其货舱中配备有一个有效载荷和第二节火箭。它首先利用涡轮发动机从跑道爬升至6100米的高空，之后由油轮机给它提64000千克的液氧。在两架飞机分离后，液氧用来点燃小型飞机的火箭发动机并使其速度达到15马赫，高度提升至113千米，之后飞机就可以释放其有效载荷和第二节火箭。该公司商业发展部副部长查尔斯・J.劳尔指出，低温氧转移的故障安全机制是其中主要的技术难题。
　　凯利空间核技术公司也在研发一种可以水平起飞的飞机用作卫星发射，而且这种飞机能承受更大的有效载荷，最大可达到32000千克。凯利研发的这种叫做“太空班机”的航天器，是必须被发射到6100米高空的一种小型航天飞机。到达那个高度后，航天飞机就会测试它的火箭发动机，之后根据测试情况决定是继续爬升到122000千米的高空或者是飞回发射地点。
　　还有一些公司在技术上做出了更大胆的尝试，这方面位于加利福尼亚州红木城的旋转翼火箭公司最为引人注目。该公司正在建造一个可以垂直升降的载人火箭，这个被称为“罗托”的火箭最为新奇的地方是它的发动机：氧化剂和燃料被注入到直径为7米的水平圆盘内的96个燃烧室中，在发射前以每秒720转的速度转动；转动产生的离心力提供了燃烧的压力，从而避免使用大量且昂贵的涡轮泵，也使得航空器只需一个阶段就可以飞到运行轨道。“罗托”借助折叠直升机旋转叶片降落，这些叶片由尾部的微型火箭带动旋转，就像是凯瑟琳车轮。旋转翼火箭公司声称，它可以运送有效载荷至低轨道而花费仅仅是现有典型发射费用的1／10。现在，公司已经完成燃烧室的测试。来自剑桥的研究新火箭技术的低温固体推进技术研究协会的常务会长马克・奥德曼指出，这项设计“有许多挑战”。
　　位于加利福尼亚州帕姆代尔的太空探索公司也在设计一个全新的但是同样充满挑战的航空器。它的水平起飞和降落的动力来自一个专门设计的发动机，称为引射冲压发动机。这种新颖的发动机已经完成地面测试，据来自太空探索公司的罗纳德・K，罗斯品克称，它能够使航空器的速度从静止状态瞬间提升到6马赫，它的性能远远超出如今任何发动机。
　　罗斯品克声称，这种发动机的效率是现有发动机的10倍。在速度达到6马赫时，飞机会点燃两个液氧燃料瓶推动火箭。当速度达到9马赫时，它的“鼻子”就会像鳄鱼的颌一样打开，释放出第二节和第三节火箭和有效载荷(所有节都有可以飞回且水平降落到发射地带的翅膀)。太空探索公司的飞机可以运载大约14000千克的有效载荷，和火箭可以运送的有效载荷一样大。