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苏萌:每个人都有机会进入太空的时代正在到来|巡天报告

- 编者按 -

7月,维珍航空创始人布兰森和亚马逊创始人贝索斯分别乘坐自家研制的火箭飞上太空。有人视之为商业太空旅行的开山,也有人认为富豪们不过是在 “作秀”。这趟太空旅游的科学意义究竟几何?我们距离普通人乘坐太空飞船启航的那天,又还有多远?

撰文 | 苏萌

责编 | 王一苇

 苏萌,本科毕业于北京大学物理系,2012年获哈佛大学天体物理学博士,2016年起任香港大学物理系副教授兼空间研究实验室执行主任。曾任麻省理工学院Pappalardo Fellow/Einstein Fellow,高能天体物理学最高奖Bruno Rossi Prize 最年轻得主,研究工作入选美国物理学会评选的“世界十大物理学进展”、《天文学》杂志评选的年度十大天文学进展等。主要研究方向有宇宙起源与早期演化,暗物质与暗能量探测,行星科学与深空探测,高能天体物理与引力波探测等。参与国内外多个空间科学探测项目,包括南极宇宙微波背景辐射望远镜,我国首颗空间天文卫星“暗物质粒子探测卫星”,在我国西藏阿里地区建设世界上海拔最高的天文望远镜,寻找宇宙大爆炸时期产生的“原初引力波”等。他同时积极开拓全球商业航天领域的“中国机会”,推动太空资源的开发与利用。

此时距离亚马逊创始人,57岁的杰夫·贝索斯(Jeff Bezos)与他的同伴一起乘坐蓝色起源(Blue Origin)公司研发的火箭搭载的飞船进入太空的倒计时还有一个小时。现在的我手里拿着一杯 “月球冷萃咖啡” ——其实无非就是在美式咖啡上多了一个冰激凌球漂浮着。 

不知何时,太空的各种主题已经深入我们生活的细枝末节而成为常态,变成一种时尚和精神的代表。“世界首富坐自家的火箭上太空”,今天的世界,好像每一天都要发生一点不平凡的事情,不断降低人们对 “载入史册” 这种描述的心理敏感度,但是我依然很谨慎地想在今天使用这个词。

在这个全球还笼罩在新冠疫情的阴霾下、世界上人们对未来充满着不确定和忧虑的年份,太空——人类最后的那个遥不可及的疆界,似乎在普通的公众眼中变得模糊起来,而这一次向太空发力的不是一个国家的政府,而是全世界最富有的几个人,他们的愿景是让每一个人都有机会进入太空。

人类第一次把自己送上太空已经是一个甲子前的事情了。60年前的1961年4月12日,27岁的前苏联宇航员尤里·阿列克谢耶维奇·加加林乘坐 “东方1号” 宇宙飞船发射升空,在太空飞行108分钟后返回地面,完成了人类首次遨游太空的壮举。 

首个进入太空的人:前苏联宇航员尤里·阿列克谢耶维奇·加加林 | 图源wikipedia.org

冷战时代,美苏两国的竞争不断的把人类航天能力推上新的高度,最具代表性的成就阿波罗登月计划,是人类首次踏足地球以外的星球。而蓝色起源研发的 “新谢泼德(New Shepard)火箭” 的名称来自于第二位进入太空的太空人、美国航天员艾伦·谢泼德。1961年5月5日,美国宇航员艾伦·谢泼德搭乘 “自由7号水星” 宇宙飞船进行了15分钟的绕地球轨道飞行。他也曾执行阿波罗14号任务,是第五位踏上月球的地球人。

可以说,阿波罗时代也是如今几乎所有热衷航天的富豪们太空梦的起点。

冷战时代过去后,人类和平利用太空的步伐放慢了,但是我国航天领域不断传来令人振奋的进展。仅仅一个月前,神舟十二号实现了空间站阶段首次载人飞行任务。

而现在,地球的另一边在正发生着一些新的故事。

就在我啜饮着咖啡时,4位宇航员将已经进入太空舱。舱门关闭后大约20分钟,控制中心准备就绪,然后,火箭发动机启动。新谢泼德稳步加速至三倍音速以上,太空舱达到约107千米的高度。

先前的15次试飞,只有一次部分出现了失败,但乘客舱都能安全着陆,由此估计火箭出现故障的几率 “在1/100到1/500之间”。由于新谢泼德的乘员舱远离发动机,而且在发生灾难时有机会分离和逃生,进一步提高乘员安全生还的概率。因此贝索斯和他的其他乘客未能幸存下来的几率应该仅为千分之一左右。

最终,四位乘客安全着陆。

世界首富带谁 “一起飞”?

 “从我五岁起,我就梦想着去太空旅行。7月20日,我将和我的兄弟一起踏上那段旅程。最伟大的冒险,和我最好的朋友一起。” 贝索斯在社交媒体上写道。他创立的亚马逊不仅助他在2019年登上全球富豪榜榜首,也为他的梦想提供了充足的资金支持。 

贝索斯的太空之旅有三个空余席位,其中两个给了弟弟马克·贝索斯(Mark Bezos)和82岁的退役女飞行员沃利·芬克(Wally Funk),芬克也成为了最年长的飞向太空的人。在贝索斯出生的三年前,芬克加入 “女性太空计划” 的一部分,她是第一位女性联邦航空管理局检查员,也是1960年代女性太空计划的最年轻毕业生。曾经和其他12名女性一起接受严格的宇航员测试的她,由于性别原因最终没有进入太空,蓝色起源在其晚年终于帮助她圆了 “太空梦”。

2021年7月20日,贝索斯兄弟二人和其余两位“乘客”在新谢泼德号船舱内  | 图源blueorigin.com

而蓝色起源不久前公布了首批太空飞行乘组中最后一位乘员的身份——一位年仅18岁的少年奥利弗·戴门(Oliver Daemen)。他不仅是太空飞行史上最年轻的旅行者,也是蓝色起源公司的首位付费乘客。

这里还有一个神秘的插曲,上个月以2800万美元的价格拍下了此次唯一一张对外售卖 “船票” 的神秘 “拍客”,在赢得拍卖后,又因未公开原因的 “日程安排冲突” 而放弃首飞舱位,而其身份至今都未公开。

 维珍 “抢跑” 

在今年5月的亚马逊股东大会上,贝索斯宣布从7月5日起正式卸任公司CEO,并全身心投入蓝色起源,计划于7月20日搭乘新谢泼德火箭,开启自己的太空旅行。他选择这个日子也是为了纪念52年前人类首次登上月球。 

然而在7月2日,英国维珍银河公司突然宣布将于7月11日启动下一次飞行测试,而此次测试中,71岁的公司创始人理查·布兰森(Richard Branson)将亲自完成太空飞行。美国联邦航空管理局在仅仅一周前才授予维珍银河商业太空飞行许可证。

杰夫·贝索斯和理查德·布兰森几乎同时在20年前创办了自己的商业太空公司。可以说维珍银河以迅雷不及掩耳之势,“抢跑” 了贝索斯的蓝色起源半个身位,开启了太空旅游的商业化之旅。

美国东部时间7月11日上午10时30分许,布兰森乘坐公司研发的航天飞机 “太空船二号”(VSS Unity),成为第一位开启商业化太空旅行的航天公司的创造者,前往8万米外的 “太空边缘”。体验几分钟的失重状态后,飞船以滑翔方式返回地球,实实在在地为公司明年开始的商业载人航天飞行提供了经验和巨大的宣传广告效应。

布兰森和贝索斯争相前往太空,除了实现自己的梦想之外,还有着更多商业考量——他们都想瓜分数十亿元的太空市场。维珍银河和蓝色起源是全球亚轨道商业旅行的两大竞争对手,二者都力图抢占先机,在这一商业领域赢得先发优势。

这次试飞成功对布兰森的商业计划至关重要,即便亚轨道飞行还属于富人圈层的冒险游戏,在2022年初正式推出商业飞行之前,也需要经过公司创始人、核心管理层亲身尝试和验证,很多人对其可行性和安全性的担心才能被打消。

在维珍银河成立之初,布兰森甚至一度预测,到2020年左右,可能会向太空边缘发射多达5万名乘客,这个充满雄心的日程表跟几乎每一家航天公司一样,经历了不断的修改。此外,虽然维珍银河的太空港于2011年10月正式开放,但其水平发射系统的开发却进展缓慢。

不过,维珍和蓝色起源带来的太空旅游体验不甚相同。维珍银河乘客搭乘的是一艘太空船,由母舰带到距离地球约15000米的高空,然后脱离并利用火箭发动机进入太空。在太空边缘停留几分钟后,太空船会在没有动力的情况下滑翔回地球,除了升空和失重的短暂几分钟的体验,回程的体验很可能类似于坐飞机。 

蓝色起源的乘客身处火箭顶部的太空舱内,起飞时将承受更大的加速度,非常类似于传统宇航员的火箭发射,随后太空舱会打开降落伞返回地球,着陆时跟宇航员的返回舱类似,触底瞬间可能会有更大的颠簸。 

维珍银河和贝索斯的蓝色起源都是将游客送入亚轨道太空,只是短暂在太空边缘停留;相比之下,另一商业航天领域巨头马斯克的SpaceX则是将乘客送入轨道,进入更长时间的旅行。

如果给你一个机会,你会选择哪一家公司的太空旅行服务呢?

普通人为什么要进入太空呢?

宇航员是一个小众而专门的职业。那普通人为什么要进入太空成为 “宇航员” 呢?一个显而易见的市场正是来自于满足人类与生俱来的欲望之一:好奇心。几乎每一个人都有欲望想要从太空看一眼地球(如果免费的话),一部分人甚至会沉迷于对失重的体验,地球上没有可能长时间的模拟出来失重的感觉,坐任何过山车也达不到同样的效果。 

以娱乐为目的的人类太空旅行并不是什么新鲜的主意,最初,人们只是希望为宇航事业筹集一些资金。2001年至2009年期间,共有7名太空游客乘坐俄罗斯联盟号宇宙飞船进行了8次太空飞行,飞往国际空间站,公布的价格在每次旅行2000-2500万美元之间。随后被美国以 “太空飞行太危险,不能向普通人开放” 最终叫停。

而如今随着技术进步和美国商业航天快速发展等多方面因素,低成本太空旅游的商业机会促进了一批商业航天公司的发展。对服务提供商和普通消费者来讲,娱乐性质的太空旅游本质上都是成本收益的问题。

维珍银河号称已经以20万-25万美元的价格出售了600多张 “旅游门票”,并计划2022年初开始将付费乘客送入太空边缘。马斯克则表示已经预订了维珍银河的一张 “太空旅游门票”。

而蓝色起源的票价起拍价为25万美元,“这个座位将改变你看待世界的方式。” 这是蓝色起源在官网的宣传语。而通过拍卖售出的 “首飞票” 价格更是被炒到了2800万美元(但是这位神秘拍客并没有乘坐此次首发火箭)。 

人类的 “飞天梦” 今天刚刚向富人们打开,进入太空的先行者成为了一种时尚和财力的证明。但是就像飞机刚开始向公众开放的时候富人会盛装出席乘坐仪式一样,未来越来越多的企业将不断探索 “太空旅行” 的商机,不断下降的成本和票价将为每一个地球人打开进入太空的大门。

有些故事性的是,自从马斯克和贝索斯两位全球首富开始涉足太空事业开始,两人间的口角不断。同样放眼太空,贝索斯蓝色起源和和马斯克的SpaceX可以说是踏踏实实的坐实了 “相爱相杀”。贝索斯认为探索太空的目的是 “通过开发太空无限的资源和能源,从而保护地球”,马斯克的梦想是 “殖民火星,使人类成为多行星物种”。

二人对太空探索完全不同的看法,也注定了SpaceX和蓝色起源不同的发展思路。过去二十年,马斯克采取的是 “高歌猛进” 的发展节奏,而贝索斯的蓝色起源项目,刚开始只是将开支保持在最低水平,希望有一个精干的团队带来创新,从2016年开始他才明确每年售卖10亿美金的亚马逊股票用于支持蓝色起源的发展。

从贝索斯,布兰森再到马斯克,这些怀揣着 “太空梦” 的亿万富翁们,在圆梦的同时,也不忘了整合现有的资源,为未来的生意铺好道路。相信在这些太空旅游公司的竞争之下,航空航天技术将更好地发展。短期看来,高企的太空遨游 “票价”,只适用于那些有着 “仰望星空” 梦想的富人,仍然需要很长的时间的技术演进,才能 “脚踏实地” 走向平民化,但是这一天相信已经不再遥远。

飞到多高就算太空了呢

商业化太空旅游的核心是成本收益,进入太空的标准自然成了一个讨论的焦点:每家都有从自己利益出发(或者说发展思路)捍卫的观点。 

不同条约对太空边界的规定不同。美国联邦航空局定义约80千米为太空边界;国际航空航天联合会(FAI)则认为太空的边界位于100千米,即著名的 “卡门线”;国际空间安全促进协会(IAASS)则主张考虑三个区域,除了传统的航空空域和外太空,还有一个两者中间的区域,被称为临近空间(Near space),距离海平面大约16公里到160公里。联合国1967年的《外层空间条约》是目前世界各国开展太空活动的基本规则,条约规定,所有国家都可以自由探索外太空,但对于航天器到底可以飞多高并没有明确规定。

维珍银河飞行器达到的最高点仅为86千米,贝索斯在社交网站上发布了几幅图表,将蓝色起源的主要飞行器与维珍银河使用的飞行器进行了比较:“我们宇航员的名字旁边都没有星号。” 他指的是维珍银河的飞行高度仅依据某些定义才算得上 “太空”,同时还强调了蓝色起源的飞行器有 “太空中最大的舷窗” 以及对臭氧层的 “最小” 影响(使用液氢液氧发动机),一本正经地对两家公司使用的航天器进行了对比,试图从布兰森的抢先升空中挽回面子。

布兰森和贝索斯的公司,飞行高度差了20多千米。区别在于是否到达卡门线。但他们都属于亚轨道飞行,指距地面20千米至100千米的空域,处于现有飞机的最高飞行高度和卫星的最低轨道高度之间。这一区域既不属于航空范畴,也不属于航天范畴。

亚轨道飞行与轨道飞行的最大区别在于,亚轨道不能环绕地球一周。从速度上来说,也就是发射初速度达不到环绕地球所必须的第一宇宙速度,所以抛射体在到达最高点之后高度就会一直下降,并且在绕回发出点之前就会落地。所以,亚轨道飞行可以看做一个近地点附近轨道在地面以下的椭圆轨道,也可以看做是一种非理想状态下、特殊的抛体运动。在这个高度上,人们所能看到的地球景象并没有太大不同,无论是维珍银河或者蓝色起源,乘客都没有高到能把地球看成一个球体,但他们仍然能看到漆黑的太空和地球的曲率。

因此,无论以美国NASA的标准、还是国际航空航天联合会(FAI)标准,这些在大气层和外层空间 “疯狂试探” 的亚空间飞行能否称之为真正 “太空旅行”,在国际上可能并不能达成一致。

蓝色起源的主要竞争对手SpaceX,马斯克近日也在社交媒体调侃称,贝索斯 “上不了(轨道)LOL(大笑)”。

 马斯克为SpaceX规划了更加雄心壮志的旅程。SpaceX载人龙飞船 “坚韧号” 在去年实现宇航员入轨后,又于今年2月1日公布了其首个商业太空飞行任务 “Inspiration 4”,计划在今年9月15日将四名普通乘客送入太空,包括一名大学教授和一名航天数据分析师,他们将乘坐 “Crew Dragon” 飞船进行为期三天的地球轨道飞行。

另外,SpaceX还将在2022年帮助初创公司 Axiom Space 向国际空间站开启首个私人飞行任务,每人的船票高达5500万美元。此前SpaceX还宣布过,计划于2023年用即将推出的“星舰”帮助日本知名企业家和收藏家前泽友作及其他候选人完成绕月飞行的梦想。

看起来很热闹的太空旅行只是第一步。在太空之旅背后,这些热衷于冒险的私人航天巨头正在布局更大的太空开发计划。一场新的太空资源争夺大战正在全球加速上演,而这不仅仅是富豪们的游戏,正有越来越多的梦想家和极富远见的人躬身入局。

太空,人类最后的边疆 

贝索斯在阿波罗登月的大环境下长大,在普林斯顿大学学习期间深受物理学家杰拉德·奥尼尔(Gerard O‘Neill)的启蒙影响。就在即将乘坐“新谢泼德号”飞船飞往太空边缘的前一天,贝索斯在一档电视节目中接受采访的时候强调,他和其他亿万富翁争相前往太空 “并非只是一群有钱人的游戏”。贝索斯说,他不过是第570几位进入太空的人,他去太空是为了帮助为子孙后代建造 “基础设施”。 

“今天的年轻人,下一代,他们将如何利用太空?今天,进入太空的费用是如此昂贵,以至于你不能在太空中做很多有趣的事情——你能做的事情很少。而他们将发明新的东西去做。建设这样的基础设施是我们这一代人的任务。”

在谈到他和其他亿万富翁为何不将更多资金用于解决地球上的问题时,贝索斯说:“人们说地球上有很多问题,他们是对的。我们需要两者兼顾。我们总是两者都做。我们需要专注于此时此刻,我们也需要展望未来。所以我们正在建造一条通往太空的道路,这样奥利佛这一代人就可以创造更多让我们震惊的东西,让地球上的生活更美好。”

富翁们前赴后继的奔向太空,应该不是一个偶然,人类已经来到了一个十字路口,重复人类发展史,不断的突破疆界,人类才有希望。在宇宙中生存是勇敢者的游戏,人类血液中的好奇心和探索欲是我们立命之本,不应该也不可能被安逸而埋没,时代的机遇只会留给有准备的人。

蓝色起源的梦想不仅仅是太空旅游的商业市场,可重复使用重型运载火箭新格伦火箭(New Glenn)的研发正在紧锣密鼓的进行,登月是贝索斯的下一步计划。

早在2017年初,蓝色起源公布了名为 “蓝月亮” 的月球着陆器研制计划。“蓝月亮” 重量仅3吨,载荷舱高7米,能够携带3.6吨的 “货物” 登陆月球,能通过观察太空中的恒星和月表地形特征实现自主导航。贝索斯希望 “蓝月亮” 能在2024年开始载人登月任务。

而当今年4月,NASA声称因经费短缺而仅选择SpaceX一家作为月球着陆器项目的供应商,蓝色起源立刻抗议这一决定不公,并在近日发表公开信称愿意支付2亿美元补上NASA的资金缺口。

人类被万有引力束缚在自己的宿主行星上,可能这个世界本来的设定就没有打算让人类离开这颗蓝色的星球。然而贝索斯、布兰森和SpaceX的埃隆·马斯克在地球重力的牢牢控制下,正在不断彰显他们的才干和勇气,向上扩张他们的商业帝国。

五年多前,国外的一位专业体育博彩分析专家给马斯克和SpaceX开出了5:1的赔率,认为他们是第一个将人类送上火星的实体。而讽刺的是美国宇航局成为第一个登上火星的机构的赔率竟然是80:1。

开始有人觉得很搞笑,这并不合理,因为美国宇航局在半个世纪前已经将人送上月球,而SpaceX刚刚开始将货物送入地球轨道。而实际上,这是因为所有人都意识到,伟大太空愿景的前提是大幅度降低成本。民用航天飞机每天可以飞行很多次,寿命内的飞行次数更是达到了上万次。航天飞行器的可回收技术,能够最大限度减少成本,重复利用使得乘客最终只需要为燃料和座位买单,而不再为单次飞行平摊高昂的飞行器成本,太空旅行的成本大幅下降,受众规模才会大幅上升。

当人们在地球上有如此多的问题时,很多人会自然的抱怨亿万富翁在太空上浪费钱,人们应该关注的是,也许这些人和他们的公司的努力将为人类带来深远的利益。太空可能是解决人类大问题的关键途径,它能激发灵感和动力,无论是通过基于空间的太阳能,小行星采矿,还是将火星变成一个备用星球。马斯克在火星上居住的宏伟抱负,或贝索斯的太空栖息地计划,都是史无前例的文明级别的努力,这是一个创造奇迹的时代。

(此文写于2021年7月20日)

 参考资料:

https://twitter.com/blueorigin/status/1417484724965097473

https://blueorigin.com/news/open-letter-to-administrator-nelson

https://www.businessinsider.com/celebrities-reserve-tickets-to-fly-space-richard-branson-virgin-galactic-2021-7

https://www.businessinsider.com/elon-musk-virgin-galactic-ticket-richard-branson-space-deposit-price-2021-7

https://m.k.sohu.com/d/543617741?channelId=1&page=6

制版编辑 卢卡斯



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