從太空遨游到太空漫步：解鎖太空旅行的奧秘與技術(shù)

伴隨一陣震天動地的轟鳴聲，火箭拔地而起，宇宙飛船被帶入大氣層，進入臨界軌道100～120公里以上的區(qū)域進行環(huán)繞飛行，也拉開了人類探索太空的序幕。

自1961年蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林首次踏入太空以來，全球已有數(shù)百名宇航員完成了這一壯舉，標志著人類正式邁入太空時代。然而，早期的太空探索對參與者的身體素質(zhì)與專業(yè)技能有著極高的要求，宇航員們要面對巨大的噪聲、振動、沖擊、超重和失重等各種惡劣環(huán)境，并且還要在這些惡劣環(huán)境中保持頭腦清醒進行工作，這使得太空旅行僅限于專業(yè)人員。

那么，普通人可以進入太空看看浩渺的宇宙嗎?

近年來，隨著載人航天技術(shù)的顯著進步，特別是運載工具在運載能力、舒適性與安全性方面的全面提升，太空旅行逐漸展現(xiàn)出向大眾開放的可能性，普通人開始太空旅行不再是遙不可及的夢想。2024年10月13日，SpaceX的“星艦”項目在成功完成了第五次試射，引發(fā)了外界對太空旅行的高度關(guān)注。

根據(jù)飛行高度與特性的不同，太空旅行可大致分為拋物線飛行、亞軌道飛行和軌道飛行三大類。

拋物線飛行

拋物線飛行并不是真正意義上的太空旅行，只是讓乘客在到達拋物線頂端以及快速下降時期體會到失重的感覺。拋物線飛行是指航天器向上攀升，當要到達20千米高度或者抵達拋物線頂點附近時，航天器短時關(guān)閉發(fā)動機，，機艙內(nèi)的乘客隨機艙一起沿拋物線軌跡運動，此時，乘客短暫地處于自由落體狀態(tài)，可以漂浮在機艙內(nèi)，感覺上非常類似于太空中的失重。在航天員訓(xùn)練時，時常也采用這種方法體驗失重。

亞軌道飛行

亞軌道一般指距地面20～100公里高度的空域，尤其是不超過100公里高度的馮·卡門線，后者是國際航空聯(lián)合會定義的大氣層與太空分界線。所謂亞軌道飛行，是指飛行高度達到了“卡門線”后，馬上返回地面，相當于乘客乘坐飛行器在太空做更高的拋物線飛行。這種方式的優(yōu)勢在于，乘客既能體驗地面難以模擬的失重感覺，又可以從高空俯瞰地球長達數(shù)千公里的弧線表面，仰望深邃的宇宙，體會到一種無邊無際的空曠感覺。

2023年8月11日，英國維珍銀河公司的“團結(jié)”號太空船當天搭載三名普通乘客完成一次短暫的亞軌道飛行。

“團結(jié)”號太空船搭乘的“夏娃”號雙體運輸機發(fā)射升空

“團結(jié)”號太空船先由“夏娃”號雙體運輸機搭載，飛行至約13.5千米的高度時，“團結(jié)”號太空船與“夏娃”號分離并啟動火箭發(fā)動機繼續(xù)飛行。

“團結(jié)”與“夏娃”號分離并啟動火箭發(fā)動機繼續(xù)飛行

“團結(jié)”號飛離地面超過80千米，當飛至最高處時，乘客體驗了數(shù)分鐘的失重狀態(tài)。1小時后，“團結(jié)”號降落在發(fā)射場的跑道上。

“團結(jié)”號飛離地面超過80千米時，乘客出現(xiàn)失重現(xiàn)象

2023年12月20日，美國藍色起源公司的“新謝潑德”飛行器將宇航員和科研載荷送入太空，飛行高度可達約107千米。發(fā)射兩分多鐘后，太空艙與火箭分離并繼續(xù)爬升。太空艙在到達超過“卡門線”的最高點后開始降落，在降落傘緩沖下順利返回地面。整個飛行過程持續(xù)10分13秒。

“新謝潑德”飛行器從美國得克薩斯州西部一處發(fā)射場升空

軌道飛行

軌道飛行被視為真正意義上的太空旅行。乘客搭乘太空飛船以每秒7.9千米的飛行速度、在約400公里高度，繞地球做勻速圓周運動。此時，乘客體驗兩種力的作用：一種是重力，將航天器往地心拽，另一種是離心力，它由于航天器繞地球運行而產(chǎn)生，與重力的方向相反，重力與離心力相互抵消，因而下人們可以長時間體會失重的感覺。

軌道飛行與亞軌道飛行有顯著區(qū)別。亞軌道飛行的速度未達到環(huán)繞地球所需的第一宇宙速度，無法形成持續(xù)的軌道飛行，因此亞軌道飛行的時間很短，體驗失重的時間僅為數(shù)分鐘。而軌道飛行需要經(jīng)歷長時間的失重狀態(tài)和真正的空間環(huán)境，對飛行器產(chǎn)品質(zhì)量和乘員身體條件要求高，成本也更高。

目前，國外商業(yè)航天公司已開始探索和開發(fā)太空旅行市場，嘗試通過亞軌道飛行和軌道飛行等方式提供太空旅行服務(wù)。例如，SpaceX利用“獵鷹9號”火箭完成了第一個全私人載人航天飛行任務(wù)，首次通過軌道飛行成功將“非現(xiàn)役太空人”宇航員組成的太空旅行團送入國際空間站。

從當前的趨勢來看，亞軌道飛行旅游的發(fā)展?jié)摿薮?。相比軌道飛行的高成本，亞軌道飛行依托較成熟的動力、材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計和地面系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)，在飛行測試逐漸排除故障隱患后，能在收費標準和客流量上取得良性循環(huán)。相信開展這項業(yè)務(wù)的商業(yè)航天公司有望“更上一層樓”。

不過，太空旅行畢竟是一種技術(shù)門檻相對較高的航天新興產(chǎn)業(yè)，需要整合先進而可靠的航空、航天應(yīng)用技術(shù)。眾多航空航天技術(shù)欠發(fā)達的國家對此往往只能“望洋興嘆”，甚至在市場被瓜分后，后來者憑借技術(shù)競爭也面臨一些困難。

我國載人航天經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，正從航天大國邁向航天強國，在太空旅行方面，無論是技術(shù)積累還是技術(shù)水平都具備了一定的實力。據(jù)公開報道，我國已初步具備了開展太空旅行的技術(shù)基礎(chǔ)。

相信在不久遠的未來，我國太空旅行飛行器也將面世，助力我國航天事業(yè)不斷發(fā)展。

部分信息來源于科普中國、新京報、央視網(wǎng)、中國新聞周刊、中國科學(xué)報、新華網(wǎng)等。

本文來自： 中國數(shù)字科技館

責(zé)任編輯：王磊