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公裡以上的區域進行環繞飛行,也拉開了人類探索太空的序幕。
自1961年4月12日,蘇聯太空人尤裡·加加林成功完成首次人類太空飛行的壯舉後,全球已經有幾百位太空人完成了太空飛行。
但這僅限於專業人員。因為要想進入宇宙,太空人必須要面對巨大的噪聲、振動、衝擊、超重和失重等各種惡劣環境,並且還要在這些惡劣環境中保持頭腦清醒進行工作。
那麼,普通人可以進入太空看看浩渺的宇宙嗎?近日,中國航天科技集團公司第一研究院在建院60周年之際,系統規劃了航天運輸系統的建設藍圖。按計劃,到2025年前後,中國亞軌道太空旅遊將成為現實。
亞軌道一般是指距地面20千米~100千米的空域,處於現有飛機最高飛行高度和衛星最低軌道高度之間。中國航天科技集團公司一院科技委主任魯宇在接受媒體採訪時說,亞軌道運載器外形像空天飛機,可以在亞軌道上飛行,然後返回地球。
如果這個計劃實現,就意味著,普通人也可以安全「上天」,從更高的高度俯瞰地球。
體驗瞬間失重感
「目前亞軌道飛行主要有兩個用途,除了太空旅遊,主要是為了訓練航天員。」北京大學地球與空間科學學院教授焦維新告訴《中國科學報》記者。而世界上最「火」的亞軌道飛行器太空船二號已經培養了幾名優秀的「空天飛行員」,因為亞軌道飛行可以模擬零重力飛行、戰鬥機飛行、太空飛行訓練等。
「亞軌道飛行與軌道飛行不同,後者會環繞地球飛行,而前者則更像是拋物線飛行。」焦維新解釋說。
拋物線飛行,即太空飛行器向上攀升,當要到達20千米高度或者可接近其臨界值的更高的高度時,再俯衝向下。「乘客可以在攀升和到達頂端以及快速下降時期體會到失重的感覺。」焦維新解釋說,「這是因為太空飛行器在幾十千米的軌道上運行的時候,受兩種力的作用:一種是重力,將太空飛行器往地心拽,另一種是離心力或慣性力,它由於太空飛行器繞地球運行而產生,與重力的方向相反,重力與離心力相互抵消,因而產生微重力。」
雖然在微重力環境下人們可以體會失重的感覺,但是這種感覺在亞軌道區間只能持續幾分鐘。也就是說,在飛機攀升到頂點再到降落的時段內,人們可以產生這樣的感覺,當太空飛行器下降至某一高度,不再繼續加速時,失重的感覺也隨之消失,直到下一次太空飛行器再以「拋物線」的方式上升、俯衝。
亞軌道飛行更容易推廣
除了亞軌道飛行,還有一種形式也可以體驗失重的感覺,就是普通飛機在10公裡高空的拋物線飛行。只是高度的降低也縮短了失重感體驗的時間,「只能持續15~20秒。」焦維新補充道。
相較而言,失重時間較長,但成本又比真正軌道飛行低廉的亞軌道飛行變得炙手可熱。目前,英國和美國的幾家公司都推出了針對平民的亞軌道太空旅遊方案,人們只需支付10萬~20萬美元就能體驗短暫的失重感,還能看到絢麗的美景。但這種體驗,在軌道飛行卻需要支付至少2000萬美元。
「在亞軌道時,如果運氣好的話可以趕上雷暴天氣,運氣再好些,則可以看到雷暴時出現的『紅色精靈』和『藍色噴流』現象。」焦維新說。
紅色精靈是一種伴隨著雷雨所產生的高空大氣放電現象,通常發生在雷雨云云層頂離地面30~90公裡的高空。當紅色精靈出現時,其上半部是紅色,底部則漸漸轉變為藍色,寬度約在五到十公裡內,可持續約十到一百毫秒,如同閃電般轉瞬即逝。由於這些發光體在空中出現的時間不到三十分之一秒,有如鬼魅一般難以捉摸,所以科學家稱它們為「紅色精靈」。藍色噴流則與紅色精靈不同,通常呈細錐形,從積雨雲的頂端一直延伸到離地面40~50公裡的電離層,但比紅色精靈要亮。
如果沒有看到這些奇特的氣象現象也沒關係,因為在幾百千米的高度,乘客還可以欣賞到美麗的極光,俯瞰颱風眼、海洋、大陸、島嶼……這些在太空中看起來,別有一番滋味。
更重要的是,亞軌道飛行對於人員要求更低些,軌道飛行雖然不要求乘客具備太空人的體質,但是卻需要經過特殊訓練。因為宇宙飛船在起飛和降落時,人體都需要承受5倍的重力加速度。加速度對心血管循環系統的影響最大。當太空飛行器迅速上升時,人體內的血液就會像乘電梯時腳下沉一般,血液也迅速向下部集中,使下部血管膨脹,血管壁受到很大的壓力,繼而導致血管中的液體向四周的組織滲透,使下肢腫脹刺痛。但經過訓練的太空人,可以比常人承受更大的加速度。
軌道旅遊才是真正的太空旅遊
縱然也能欣賞絢麗景色,但焦維新卻覺得與真正的軌道飛行比起來,亞軌道飛行並「不解渴」。因為軌道飛行是遊客搭乘太空飛船,抵達離地球高度約400公裡的國際空間站,以國際空間站為飛行器進行地球軌道飛行,總共為期10天左右。這是亞軌道飛行不可比擬的。
不過,目前只有兩種太空飛船可以和國際空間站對接,俄羅斯的蘇型飛船和美國的太空飛船,由於美國NASA的太空任務僅供國際專門科研之用,故現今太空旅遊仍以俄羅斯為主。
所以,為了區分科研與旅遊,美國有公司正在開發充氣式空間站,其內部不擺放實驗儀器,平時不充氣,只有當乘客到達時才充氣,供人們在裡面觀賞宇宙景色,體驗失重感覺。「這種充氣空間站體積大,但因為是可充氣式,所以攜帶上天並不複雜。只是其中材料與工藝技術還需要再探索。」焦維新說。
如果軌道旅行成功實現,接下來的月球旅行也就順理成章了。只是登月的成本和過程太複雜,但如果只是乘坐宇宙飛船環繞月球飛行還是在不遠的未來可預期。
「未來,空間站發展更為成熟,解決了飛船安全問題,並且實現飛船的重複利用,那麼太空旅遊將更接近平民。」焦維新表示。