首页 > 文化 > 科技 > 正文

美国航天的大奖时代

2005-06-23 09:20 作者:吴戈 2005年第21期
5月19日,NASA宣布了“世纪挑战”大奖赛的一项新内容——MoonROx(月球风化层氧气)挑战

5月19日,NASA宣布了“世纪挑战”大奖赛的一项新内容——MoonROx(月球风化层氧气)挑战。在2008年6月1日前第一个从模拟的月球土壤中提取出可供呼吸的氧气的团队将获得25万美元,要求在8小时内提取出至少5公斤氧气。“利用其他世界的资源是太空探索的一个关键因素,”NASA负责探索任务的副局长克雷格·斯泰德尔说。

早在1999年,美国国家工程院就建议政府研究机构借鉴大奖手段。2003年NASA与X奖基金会合作,从129项技术挑战中选出了20个备选项目。在2004年“太空船一号”获得X大奖前后,NASA的大奖计划也逐渐得到国会认可,2005年3月23日正式启动。

“世纪挑战”大奖赛以激发美国独创精神,实现革命性技术创新,支持太空探索为目标。其中核心类挑战主要鼓励重大的私营低成本航天任务,如月球自动软着陆、微型再入飞行器、太阳帆定位保持技术等,每年1~2项,每项奖金1000万~4000万美元。重点类挑战着重解决优先技术,如精确着陆器、自主钻探、无人机、载人月球全地形车、自主土壤采样返回和机动能量储存等,每年3~5项,每项25万~300万美元。联合挑战以增强伙伴合作为目标,举行由NASA提供奖金,合作机构负责管理的年度技术开发竞赛,每年2~4项,每项10万~25万美元;征询挑战则用于青少年航天教育。

“太空船一号”获奖1000万美元,花费约2000万美元,但它打开了一个大市场,而NASA为航天飞机的厕所就花费了2340万美元。只有12人的环球特技公司仿制的航天服就曾让NASA叹服,某些细节设计甚至比真品还合理,该公司总裁克里斯·吉尔曼说:“NASA在很多方面都远胜于我们,但对一些很简单的事,恐怕就不如我们了。”X-火箭公司的总裁爱德华·莱特说:“对低成本航天服,50万美元就能吸引到企业家的兴趣。”

为结果而不是为方案投资,预示着NASA运行模式的变化,既能降低成本,又使航天领域新兴的小企业获得一席之地。也许还存在是否需要遵守严格的条件、安全和质量问题如何监督、谁来评判等问题,但最重要的还在于吸引有足够财力的参加者。如果技术成果只对NASA有用而没有商业市场,奖金应该更高些,以尽量弥补研发成本,但又不能太大,否则实力雄厚的大承包商就会闻风而动。

NASA与太空基金会联合组织的首批大奖赛称为“天梯2010”,选择了轻质高强度系绳材料(系绳挑战)和无线能量传输技术(波束能量挑战)两个项目,定于2005年9月和2006年6月各举行一届,目的是逐步探索“太空电梯”的可行性。

如今,被称作alt.Space(非传统航天)的私营航天活动正逐渐升温。当X奖得主正悄悄改进“太空船一号”,冒险大亨理查德·布兰森和加州的SpaceDev公司正为太空旅游设计飞船时,60岁的拉斯维加斯酒店业巨头罗伯特·比奇洛于2004年初设立了有史以来金额最高的技术大奖——“美国太空奖”,来为他的“太空酒店”提供运输手段。

这笔奖金高达5000万美元,目标也比“太空船一号”100公里高度的亚轨道飞行更高,它要达到至少160公里高度,进入地球轨道,相应的速度也要从“太空船一号”的3倍音速达到25倍音速。规则还要求飞船最低可载5人,至少能绕地球两圈,并在60天内完成两次飞行,参加者只能是私营机构,不能使用政府投资,但可以从政府的航天港发射。虽然没有限定使用何种运载工具,但要求飞行硬件至少80%的部分是可重复使用的,排除了使用现有运载火箭的可能。飞船与比奇洛的“太空酒店”对接后,要求能在太空停留6个月。性能要求成倍增加带来了巨大的压力,特别是对生命保障能力和防热能力的要求不可低估,这两项压力是“太空船一号”成功控制成本的关键之一。不过比奇洛不止需要一艘飞船,在大奖产生后的5年内将有8亿美元的生意可做。

以廉价旅馆起家的比奇洛这次打算建造的酒店比较极端——用5亿美元建造一套总共只有330立方米空间的客房,最低价格每晚100万美元,90分钟绕地球一圈。但他采用的充气式轨道居住舱技术已经是最便宜的途径之一,制造和发射成本都远低于“国际空间站”。

这项技术是NASA高级工程师威廉·施耐德1997年发明的,被当时的局长丹尼尔·戈尔丁称为“重要突破”,一度被认真考虑用于“国际空间站”,但2000年被无端取消,这被比奇洛视为NASA效率低下的典型症状之一。比奇洛认为:“官僚机构只会依靠惯于开出天价的军火商。”依靠私营企业精于控制预算和进度的优势,他能做得更好。迄今,他一共只花掉了几千万美元,主要用于厂房、购买技术专利和建造试验模块。

比奇洛一直希望利用每次飞行成本约5000万美元的“联盟号”飞船,但“哥伦比亚号”失事后“联盟号”重任在身,俄方的不确定和官僚色彩也令比奇洛挠头。中国的“神舟”或许便宜,不过中国不大可能有卖的意思。要收事半功倍之效,惟一的办法就是比武招亲。在此之前,比奇洛将于2005年11月用SpaceX公司较便宜的火箭发射1∶3比例的实验模块。

在赌城长大的比奇洛将他的计划称作“一场豪赌”,据估计成功几率约为60%,他也深知“宇宙观光产业毕竟还是处于稚嫩阶段的一项风险事业”。在受聘担任技术顾问的威廉·施耐德眼里,“比奇洛像是霍华德·休斯再世。他不只是个生意人,还乐于亲手跟我们一起完成所有的工作”。但比奇洛的计划与霍华德·休斯仅试飞一次就永远被送进博物馆的巨型木制水上飞机不同,它不光采用了“最脚踏实地的制造和试验方法”,而且与“国际空间站”旅游一周的2000万美元票价相比,其价格优势估计每年至少能吸引20~30位旅客,比奇洛还打算为医药等特殊产品制造商、科研机构和好莱坞制片商提供服务。“美国的理想在哪里?”比奇洛问道:“赢得伊拉克战争绝不可能成为每个年轻人脑子里的梦想。我认为我目前所做的正是这样的事业,体现了一种成败皆英雄的精神。”

X大奖结束后,美国有人总结出一个“八年定律”,因为从奥泰格奖宣布到查尔斯·林白完成单人跨大西洋飞行,从肯尼迪1961年提出登月号召到“阿波罗”飞船首次升空,从1996年宣布X大奖到“太空船一号”获奖,都花了8年时间。但作为私营企业,比奇洛当然会将自己的商业利益置于首位,大奖截止的2010年1月10日正是比奇洛希望推出“太空酒店”的时间。不仅如此,他的第七、第八条规则要求参赛者必须在美国定居,主要业务地点在美国,无疑体现了美国的利益,与吸引了十几个国家的X奖大相径庭。比奇洛航空公司只有56人,却拥有不亚于秘密军事基地的神秘,不同的只是警卫的黑色臂章上绣着大眼睛的外星人。更说明问题的是:比奇洛公司设计方案的照片都在美国政府的国际军备转让规则(ITAR)限制输出之列。上世纪90年代末有美国企业对老化的“和平号”空间站进行商业化利用的计划也正是被这项法案阻止,理由是可能使俄罗斯得到美国技术。虽然美国的私营航天活动比其他任何地方都多,排除国际合作对美国影响并不大,但正因为今日航天已不再为美国独享,美国的私营航天也同样富于国家竞争的色彩。

布什的太空想象力

5月3日,由洛克希德-马丁公司牵头的团队和由诺思罗普-格鲁曼公司与波音公司联合组成的团队都向NASA提交了CEV(载人探测飞船)方案,今年9月,NASA将签订设计合同,2008年实现无人样机试飞。5月底,刚上任的NASA局长迈克尔·格里芬又雄心勃勃地将首次载人飞行的时间从2014年提前4年,以保证2010年底接替退役的航天飞机。

“过去30年,人类太空探索活动的距离没有超过华盛顿到波士顿的距离。”这是2004年1月14日布什宣布新太空政策时的话。有人说:“如果把NASA进行过的所有登月研究的文件全部堆起来,已经能抵达月球了。”的确,“国际空间站”一度成了载人航天的惟一目的地,与“阿波罗”时代相比,载人航天技术也少有重大突破。于是,在得克萨斯当过6年州长却从来不去休斯敦的布什描绘了一幅宏伟蓝图:2015年载人重返月球,2020年左右建立月球基地,2030年后登陆火星。

由于时间紧迫,NASA计划中的新探测系统将采用相对传统的技术,主要包括运载火箭、CEV、用于从地球轨道飞向月球轨道的EDS(地球启程级)、LASM(月球表面进入模块)。CEV要求起飞总重不超过20吨,具有在轨机动和对接能力,以及所有阶段取消任务的能力,能从月球表面独立返回地面,可无人运行,最小居住空间3.54立方米/人,任务最长16天。为实现“一机多用”的目标,CEV采用了美国工程领域近年十分流行的理念——螺旋式开发,第一阶段首先满足近地轨道飞行的需要,第二阶段实现至少4天的登月能力,第三阶段实现几个月的长期月球探测,同时模拟未来的火星短期任务,最终确定飞向火星的方案。

目前,波音对其CEV方案守口如瓶。洛-马公司的CEV方案采用有翼升力体设计,任务舱、推进舱与可载4~6人的乘员舱将分别发射,在轨道上组装成21.3米长的飞船,返回大气层则利用降落伞和气囊。乘员舱采用了钛蒙皮、单组元推进系统、微流星体和轨道碎片防护罩、液氧长期储存罐、超音速减速伞以及燃料电池等技术,热防护措施包括备用的碳-碳复合材料防热罩,紧急时乘员舱最前端6.7米的救援舱还可以被烧掉。

迄今登上过月球的有12个人,最后两名登月者——“阿波罗17号”的吉恩·塞尔南和哈里森·施密特用过的月球车今天仍静静地停在月球的汤拉斯·利特罗山谷,完好如初,犹如他们的足迹和车辙一样,可以留存至少100万年。不同的是,现在的登月将不再是短暂的逗留,需要携带的设备和供给将成倍增加。工程师雷·埃里克森说:“即使是能运载127吨的‘土星5号’火箭也只能将两个人和一辆小车送到月球上,以这个速度,建成一个月球城市将相当漫长。”CEV考虑的运载工具包括现有的“德尔塔4”和“阿特拉斯5”运载火箭,以及由航天飞机改进而成的“航天飞机-C”,根本的办法是利用当地资源,但对矿冶设备的要求极高。

布什的聪明之处在于只字不提他的宏伟计划的总经费,只为前5年安排了120亿美元的资金,其中近110亿美元来自牺牲或压缩现有航天项目,“国际空间站”2010年建成后将主要用作人类长期太空生存的研究。这使他的计划只得到了48%的民意支持,而且有58%的人认为用机器人探测月球和火星更合适。

也许时代确实不同了,肯尼迪宣布“阿波罗”计划后,可以将NASA的预算连续两年翻倍,以250亿美元(相当于今天1500亿美元)的总投资完成了载入史册的伟业,尼克松和里根在竞选连任时分别提出的航天飞机和“国际空间站”计划却成为预算黑洞,1989年纪念登月20周年时,老布什提出重返月球和登上火星的宏图也因5000亿美元的天文数字惨遭冷落。虽然最大的投资可能是下一任总统的事,布什仍不敢谈论登月和登陆火星需要的5000~6000亿甚至10000亿美元的资金。

其实长远来看,这绝不会是一笔亏本买卖,月球上独一无二的氦-3是最好的热核发电燃料,可能是百年之后人类能源的命脉,据说装满一艘飞船的氦-3可满足美国一年的能源需要。首开人类实际利用外星球的先河,也将有力增强国家的影响力和凝聚力,更不用说CEV、大推力火箭等项目对控制太空的军事前景。

美国的火星梦想由来已久,1969年就设想1985年首次登上火星,从80年代末到2001年又五度提出计划,根据这些计划的设想:整个火星任务历时2.5年,其中在火星停留1.5年,火星飞船总重约200吨,包括90吨的火星登陆舱、40吨的乘员运输居住舱(用于返程)和70吨以上的燃料。火星登陆舱空重10吨,将携带40吨的火星居住舱、35吨燃料和5吨的上升飞船。在火星上的600天时间包括90天基地建设、10天每次一天的当地考察、70天每次10天的远距考察、320天的研究分析、50天的机动时间和60天的返程准备。

当然,火星计划的确异常宏伟,布什也只能完成起步的使命。航天评论家奥伯格说:“我们还不知道如何建造能够工作足够长时间的飞船,如何在长达3年的火星任务中保护宇航员。这实在是太大的一步。从现在开始花十年时间准备登月,将让我们学会这些。”澳大利亚航天生物中心的保罗·戴维斯甚至在《纽约时报》上杞人忧天道:由于返程燃料和补给过于沉重,人类的先驱者可能要单程飞往火星,他们的生存取决于能否利用携带的设备和当地的资源为自己建立起必要的条件。

受美国的影响,欧洲航天局的“曙光”计划设想2024年载人登月,2033年登陆火星,但目前也只安排了5年内11.3亿美元的经费。俄罗斯计划2010年完成“联盟号”飞船的后继者“快帆”飞船的研制,还设想用该飞船加以改进后先登月,21世纪30年代载人登陆火星,但目前该项目还身无分文,只有一些医学生物研究所计划2006年初进行载人火星飞行模拟,6名自愿者将在封闭的地面仿真“火星飞船”上度过500个昼夜。中国、日本和印度也正在实施各自的登月战略,载人登月仍属远景。

阅读更多更全周刊内容请微信扫描二维码下载三联中读App,注册就有红包哦!

版权声明:凡注明“三联生活周刊”、“爱乐”或“原创”来源之作品(文字、图片、音频、视频),未经三联生活周刊或爱乐杂志授权,任何媒体和个人不得转载 、链接、转贴或以其它方式使用;已经本刊、本网书面授权的,在使用时必须注明“来源:三联生活周刊”或“来源:爱乐”。违反上述声明的,本刊、本网将追究其相关法律责任。

    相关文章

已有0人参与

网友评论

用户名: 快速登录

《立冬》现已上线即刻前往 App Store 搜索“三联生活节气”体验更多精彩。

《霜降》 《寒露》 《秋分》

微博@三联生活周刊
微信:lifeweek
扫描下载三联中读App
三联中读服务号