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火箭飞机

火箭飞机


里达·安德森坚信耳听为虚、   眼见为实的道理。像她这样一    个在南加利福尼亚州的房地产业赚大钱的人,对于无法亲眼看到、不能亲手触摸,或者是自己不能提出刁钻问题的投资项目,自然是不会感兴趣的。这就是她来到俄克拉荷马州的格思里亲眼看看这架被肢解的老式商务喷气机的原因。在这项投资上,她押下了很大的赌注—用不了多久,她就将乘坐这架老飞机飞向太空。
结构工程师德瑞克·赛斯详细地解释着涂画在机身外侧的那些线条和箭头,它们看上去很像是手术前医生在病人身上画下的标记。他的小组将把两架喷气机的机身连接在一起,以便让机身延长50厘米。多出来的空间是为贮存煤油和液氧的燃料罐留出来的,这些燃料将为准备安装到机尾中的那台160千牛推力火箭发动机提供能量。火箭发动机和正躺在一旁的脚手架上进行整形的一幅全新的三角翼将把原来的利尔喷气25—曾经是富商们的私人空中快车—变成一艘能够飞得更高的太空船。
这就是美国航天界的现状:技术创新的动力已经不再是政府合同,而是有钱人对平生难得的刺激体验的狂热追求。现年66岁的安德森已经是个老奶奶了,她是Rocketplane公司的第一位顾客,这家小公司承诺以20万美元的价格提供一次地球亚轨道太空之旅,从升空到降落总共用时45分钟。她这次来格思里的目的,就是为了确认自己不会在俄克拉荷马大平原的上空被炸成碎片。“如果你以为我对其中潜藏的危险一无所知,”安德森认真地说,“那就大错特错了。”
有谁会疯狂到想要发射一架火箭动力的利尔喷气飞机(要知道,这种小飞机压根就不是为高难度的太空飞行设计的)以3倍音速飞出大气层(特别是上面还坐着一群喜欢吹毛求疵的有钱人)呢?他们是一群来自于美国航空航天局和各大航空航天公司的顶尖工程师,这些精英曾供职于洛克希德·马丁、赛斯纳,甚至还有利尔喷气公司。Rocketplane公司预言,2008年的某一天,他们的智慧结晶—Rocketplane XP火箭飞机—将利用利尔喷气25标准配置的通用CJ610喷气发动机从跑道上升空,飞机上载有3名乘客和一名飞行员。它将爬升到7600多米的空中,然后点燃火箭发动机。火箭剧烈燃烧70秒将会把太空船送出大气层的边缘—10.6万米的高空—在那里,乘客将体验到4分钟的失重飞行,并有幸俯瞰到从落基山脉西麓到墨西哥湾以北的壮丽景色。随后,这艘太空船将像航天飞机一样滑翔着重返大气层,这将是个有些颠簸但完全受控的过程。再次回到7600米的高度时,喷气发动机将重新启动,靠喷气动力飞回着陆场。
最先提出这个设想的是工程师兼美国空军试飞教练米歇尔彭希德·克拉普,1996年,他为了角逐1000万美元的X大奖成立了Pioneer Rocketplane公司,试图成为第一个制造出能够发射可重复使用的亚轨道飞行器的私人公司。不过,直到伯特·鲁坦的“太空船1号”在2004年赢得X奖之前,这家公司的努力都仅仅停留在设计阶段,因为克拉普和他的合作伙伴查克·劳尔(现在是Rocketplane公司的业务拓展经理)、企业家罗伯特·祖宾(1998年离开了这个风险投资项目)始终没能寻求到足够的资金。
但X奖已经成功地向世人证明了私人太空飞行的可行性,这为他们吸引投资创造了绝佳的条件。现在,竞争重新上演:看看谁能够第一个真正将亚轨道旅行飞船推向市场。鲁坦正在全力以赴地为民航业大亨理查德·布兰森的维珍银河公司赶制“太空船2号”。俄罗斯的米亚西舍夫设计局也开始通过弗吉尼亚州的太空探险公司卖票,推销其5座的空中发射航天器。还有其他一些风险投资企业也都处于不同的开发阶段中,包括有Armadillo Aerospace、Blue Origin、SpaceDev、SpaceX......这个名单还在不断增加。Rocketplane公司现在的投资来自新老板乔治·弗伦奇,这位狂热的航天爱好者将Rocketplane的计划看作是一种能够在太空盈利的“可行的小型航天器方案”。他投入的资金和俄克拉荷马州给予的免税政策价值1300万美元,这让Rocketplane的设计能够最终飞出设计图纸。事实上,充足的资金已经帮助这家公司在今年年初成功买下了破产的火箭制造商基斯特勒宇航公司,现在,他们正在努力证明:一个第一眼看上去或许显得有些离谱的方案,其实是切实可行的。
商务舱—4g的加速度
2004年初,弗伦奇当上Rocketplane公司总裁后的第一个举措就是雇用了航空航天工程师戴维·尤里作为Rocketplane公司的工程主管(在那之后没多久克拉普就离开了公司,他声称自己与公司的新管理层“在创新观念上有分歧”)。尤里只有30岁,却是在航空航天业巨头洛克希德·马丁公司磨练过的老手,他曾经在大名鼎鼎的“臭鼬工厂”秘密设计实验室工作过,参与了众多的研究项目,并曾负责全面监控X-33“冒险星”的研发工作—20世纪90年代,美国航空航天局曾希望用它取代航天飞机。
一到Rocketplane公司,尤里就立刻开始招兵买马,组建起了一支由经验老到的工程师和毕业新生混合而成的队伍,来实践他的计划。他手下的一名得力干将鲍勃·斯托曾在利尔喷气公司担任项目经理,全面负责该公司的所有机型。说利用现有机身而不是从零开始重新设计,使得Rocketplane在这场全新的太空竞赛中占据了更高的起点。“设计机身细节需要很大的投入,”他说,“而购买现成的机身可以大大降低风险,同时也减少了必需的研发工作。这样我们就不用花大把的时间从一叠白纸开始。”
对于这项任务来说,利尔喷气飞机是个相当理想的蓝本。利尔25的设计让它能够承受住3个g以上的加速度,而对于Rocketplane XP在火箭动力的上升阶段和粗暴的再入阶段中将要面对的情况来说,这种身体素质是必不可少的。

Rocketplane XP上全新的三角翼组件更坚固,而经过了重新设计的尾部将为飞船赋予更大的结构强度,令其足以抗衡4g的过载飞行。为了应对再入时与大气层摩擦造成的高温,飞船将采用一种由美国航空航天局艾姆斯研究中心开发的保护涂层。飞船的鼻锥、机翼结构的前缘和喷气发动机的进气口都将用钛制造,与机身其他部位所采用的铝相比,钛能够承受住更高温度的考验。所有这些改进带来了重量上的增加。8853千克的起飞重量—比利尔喷气25重2043千克—Rocketplane XP需要足够长的跑道才能顺利升空,因此它的升空和着陆场地被选定在了俄克拉荷马州Burns Flat的原美国战略空军指挥基地,这里的跑道是为B-52轰炸机建造的,足足有4115米长。
在“太空豪华车”里面来自一流小型飞机制造商赛斯纳公司的空气动力学工程师加里·兰特兹将Rocketplane XP称为“太空豪华车”,因为只有少数乘客能有幸乘坐它。里达·安德森很喜欢这个叫法,因为它恰如其分地表达出了一种独特、高贵的气质:如果搭载的乘客太多,就会让它更像是一辆太空巴士了,而那不是她想要的感觉。“我想要的是世界顶级的体验。”她说—就像她去年参加的拜访“泰坦尼克号”残骸的私人潜水一样—而她并不喜欢跟一大群人一起分享这种经历。她并不介意XP相对粗糙的内部空间甚至无法让游客在零重力时漂浮在船舱中。她想要的就是那独一无二的景观,而不是几分钟无重力的自由漂浮。
Rocketplane公司的工程师和承包商们说他们能赶在“太空船2号”2008年或2009年的预定发射之前将安德森送入太空。但他们真能履行诺言吗?加州大学戴维斯分校的机械和航空工程学教授内斯瑞恩·萨瑞格-克林杰对此不以为然,她同时还担当着商业太空公司t/Space和SpaceDev的航天器设计顾问。萨瑞格-克林杰担心经过改造的利尔喷气机身和重型发动机的重量太大了,“他们第一个用尽的东西将会是推力,”她说,“但如果他们要增加更多的推力,就没有足够的空间来容纳乘客了。”
但南加州大学的航天学副教授丹·欧文并不这么想,他认为Rocketplane XP能找到解决问题的办法。“我认为这其实是可行的,”他说,“质量、推力和空间—我相信可以在它们之间找到平衡点。”欧文眼中的最大障碍是火箭发动机。


“在原理上没有任何问题,”谈到要开发一种对载人飞行足够安全的新火箭时,他说,“但要解决这个问题,还有多得吓人的工作要做。”
升空解决这个问题的重任落在了戴维·克里斯萨里的身上,他是发动机承包商Polaris Propulsion公司的负责人。在1997年于加州的奥克斯纳德开办这家公司之前,克里斯萨里曾在顶尖的火箭生产商Rocketdyne公司担任工程师。他现在的客户包括波音、诺斯罗普·格鲁门,甚至还有老东家Rocketdyne。克里斯萨里接下了这个项目并保证Rocketplane绝对不会为了赶进度或者节省预算而在安全性上打折扣。“我们是有备而来,绝不是稀里糊涂地匆忙上阵。”他说。为了完成计划,克里斯萨里召集了一群曾在“阿波罗”时代为美国航空航天局工作过的老人重出江湖,来帮助他开发一种再生冷却(也就是利用流动的低温燃料进行冷却)的火箭发动机,这种火箭能像喷气发动机一样一次又一次地重复使用。今年4月份,Polaris已经完成了Rocketplane的AR-36火箭发动机的初始设计工作,开始动工建造。这是计划中按部就班的一步,在整个进度中,Rocketplane XP计划于2008年进行第一次火箭动力试飞,在那之前,仅靠喷气发动机的试飞将在2007年底展开。
弗伦奇不愿透露壮大和运作Rocketplane公司到底花了多少钱,也没有说他的投资什么时候才能见到回报。但对于他和他的工程师们来说,亚轨道太空旅行仅仅是进入一个不断增长的大市场的开端,他们的最终目标还包括能够当日抵达的全球货运快递服务,以及超快速的洲际旅行。在成功并购基斯特勒宇航公司之后,弗伦奇对进入地球轨道的飞行充满了信心,期待有朝一日能用自己的太空船搭载政府航天员或者是太空游客去拜访商业太空站。
当然,目前他们最需要的还是一个好的开局。安德森已经准备就绪了。


本文作者 Michael Belfiore的新书《Entreprenauts》(新航天时代的幻想者和探险家)即将出版上市。

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确实,从技术上来说,没什么难度;但是人要承受很大的超重,不是每个人都可以经受得住的

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