常人登天的捷径——临近空间旅游_风闻

作者：兰顺正

首发自：临空视野

一直以来，一些航天强国都在推动载人航天游以赚取大量收入，但是由于伴随着失重、超重等体验以及惊心动魄的速度，对旅客的身体条件和经济条件都有着极高的要求。旅客不但得是大富翁，而且在上天以前需要在地面经过一段时间的专业训练，这使得该项目难以得到推广。近几年来，随着临近空间技术的发展，临近空间旅游也逐渐成为了热词。临近空间介于现有航空器最高飞行高度和航天器最低轨道高度之间。在传统的太空旅行中，飞行器入轨高度通常在200千米以上，除了需要出地球大气层外，水平速度还需要达到约7.8千米/秒以维持轨道飞行，而临近空间飞行器主要飞行范围在距离地面100千米左右，飞行剖面上为直上直下式，最大上升速度约1千米/秒，水平速度很小，着陆点距离发射点不远，技术难度远小于轨道飞行器，所以门槛要低得多，未来的市场也更大。

常人实现飞天梦的可行之径

目前维珍银河与蓝色起源两家公司是临近空间旅游业中的翘楚。英国维珍银河公司的太空船一号于2003年5月20日首次飞行，并于2004年10月4日退役。太空船二号于2009年12月首次推出，是目前主要的产品。该项目利用白骑士二号大型飞机携带太空船二号进行空中发射，随后飞船使用端羟基聚丁二烯(HTPB)的混合动力发动机点火，经过数分钟的加速后，将关闭引擎，飞行器将无动力向上滑行，做减速运动，达到最高海拔点（约为100千米），然后以滑翔方式返回地球。在引擎关闭的那一刻，乘客将开始感受到失重。直到航天器再次进入大气层并开始体验气动阻力，乘客将一直保持失重状态约5分钟，太空船从起飞到着陆共历时约2.5小时。

其中，白骑士二号载机是定制的四发动机、双机身喷气式飞机。系统采用双机身构型，主机翼为单体碳复合材料，配备 4 台喷气发动机，双尾桁构型使双机身之间有宽敞的区域用于挂载太空船二号亚轨道飞行器或发射器一号小型运载火箭。白骑士二号全长24米，翼展43米，安装4 台加拿大普·惠公司PW308 涡扇发动机，每台推力30.69千牛，系统最大升限21千米，设计能够携带17吨的有效载荷至15千米高度，或携带发射器一号火箭进行安全、高效地空射，将200千克卫星送入近地轨道。运行过程中，能够搭载2名驾驶员，另可搭载太空船系统的飞行乘组及亚轨道旅游乘客进行训练。

而太空船二号全长18.3米，翼展8.3米，高5.5米，乘员舱长3.7米，直径为2.3米，质量9740千克，设计最大飞行高度近110千米，使用单台固液混合火箭发动机，最大飞行速度可达4000千米/时（3.26马赫）。太空船二号的整体形状和设计独特，具有气动倾斜的尾翼和水平稳定器。两个尾翼利用气动阻力使飞行器再入时腹部向下，即使是在它再入时姿态倒置也能被纠正，这个外形的灵感来自羽毛球。而一旦飞行器处于亚音速状态并再次进入大气层，就会将机翼拉直并进行相对标准的着陆流程。在飞船内部，维珍银河安装了16个摄像头，以帮助乘客记录飞行过程。座椅有背显示屏，乘客能够借此了解飞行每个阶段的最新状态。座椅也是动态调整的，还具有自收缩安全带，既可以在不同阶段的飞行过程中最大限度地让乘客更为舒适和安全，也能让其在失重状态下离开座位，飞船周边分布有17个窗口，便于乘客欣赏外部景色。

与维珍银河相比，蓝色起源则采用了相对传统的方法进军亚轨道太空旅游市场。蓝色起源成立于2000年，一直秉承 “循序渐进，勇往直前”的座右铭，稳步推进其太空计划，蓝色起源研制的新谢泼德火箭采用了单级火箭推进模式，最大推力11万磅（50吨），能够飞到100千米太空边界线附近，火箭的顶部则是一个太空舱，最大载客量为6人。

“新谢泼德”系统典型的飞行方案为：系统从西德克萨斯一号发射场升空，有动力飞行约140秒后发动机关机，随后靠惯性继续向上飞行，15秒后乘员舱与火箭分离，系统到达105.9千米的最大高度后开始下降。火箭着陆前20秒发动机重新点火减速，垂直着陆在距离发射台不远的着陆台上。乘员舱再入大气层后，利用降落伞减速，并着陆在发射点附近，整个飞行过程持续约10分钟。

在起飞阶段，“新谢泼德”系统在尾翼控制下，保持2～3°/秒的角速度滚转，从而使舱内乘员每2～3分钟获得360°的视角；发射过程的最大过载约 3.5g，微重力飞行时间持续3～4分钟，能够使乘员获得良好的观光体验。整个过程全部是自动化的，不需要人来驾驶。为了提高飞行安全性，新谢泼德火箭系统也具备紧急逃逸功能。另外作为在飞行中体验的重要部分，六名乘客中的每一位都紧挨着巨大的窗户，它们是有史以来飞向太空的最大窗口，整个窗户宽度为2.4英尺（0.73 米），高3.6英尺（1.1米），会给乘客带来十分美好的观赏视野。

临近空间游中国正在赶上

在太空旅游兴起的热潮之下，中国也没有忽视这类商机。根据此前公布的中国航天运输系统路线图：到2025年前后，中国可重复使用的临近空间运载器研制成功，临近空间太空旅游成为现实。2021年8月，中科宇航对外公布了亚轨道旅行服务，每次可载7人进入100多公里的高空，体验3到5分钟的失重感。相关人士透露，中科宇航已经完成了“玄鸢”液体火箭发动机全系统试车验证， 2025年中国开始亚轨道旅行是可能的。

而除了火箭与飞船外，浮空器也是临近空间旅游的不错选择，如果说飞船是过山车，那么浮空器旅游则类似于缆车观光。乘客将在氦气球气囊下悬挂的设施齐全的太空舱里，平稳地升到临近空间，游览一段时间以后，再平稳地返回地面。2014年北京金海洋航天科技公司提出了太空边缘观光项目，采用高空氦气球将游客送到 40 千米高度以上的太空边缘，在观光舱内欣赏太空美景，观赏日出日落，体验漂浮失重，还可完成一系列的科学实验。2017年10月25日，中国光启集团自主研制的临近空间气球“旅行者”3号成功放飞，完成了环控生保、天地通信、空间环境数据采集3项实验任务，囊体设计加工、充气放飞、环控生保、自主控制、轨迹预测、着陆回收等7项关键技术也得到了验证。当时光启集团总裁刘若鹏介绍，未来的载人系列“旅行者”号主舱，可以容纳6名旅客。普通旅客可安全舒适地体验到超乎寻常的临近空间美景，看到地球的完美弧线，在20千米以上的高空进行观赏。此类飞行器的特点是，整个设计对旅客的经济条件和身体素质的门槛降到了最低，具有超高安全性和舒适性，旅客无需身着宇航服，可以在舱内自由活动，无需承受失重、离心力等艰苦考验，整个飞行过程就像乘坐电梯或缆车一样平稳舒缓。

有分析认为，未来临近空间飞行业务迎来快速发展期。临近空间飞行器除了开展旅游业务外，还为科学实验和技术试验载荷提供了飞行机会，有助于加快创新系统技术的研发，因此对于完善航天工业基础、积累航天飞行技术、加速载荷搭载试验创新、提升航天技术发展水平、推动航天经济发展具有重要意义。