去太空,火箭落伍了

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低效的火箭

今天，我们都是通过火箭向太空发射宇宙飞船和探测器的，但火箭是一种去太空的粗暴方法。它指向你想去的方向，然后通过让燃料与氧气发生剧烈的燃烧（其实就是爆炸），向下迅速释放出大量的能量，直到爆炸的力量可推动火箭上升。这就意味着火箭冲向太空的过程中，必须携带足够的燃料连同所需消耗的氧气。

如此多的负重，说明火箭不可能运载太多的货物，而且为了让飞船到达预定的轨道，火箭就要及时抛弃用光的燃料箱。因此，火箭都被设计成多级的，也就是说可以分裂为多个部分，当一个部分的燃料耗尽，火箭就可以及时抛掉它来减轻负重。

这种发射方式显然非常低效，更何况，火箭在发射之后，大部分都会坠毁、燃烧，或者漫无目的地漂浮在太空中，所以我们不能重复利用火箭，这使得太空发射的成本一直居高不下。

火箭vs.飞机

另一个我们往往意识不到的问题是，尽管火箭常常被看作高科技的代表之一，但是火箭并不比能横跨大洋的飞机更复杂。现在，让我们在一架飞机（空中客车A330-200F）和一枚火箭（猎鹰重型火箭）之间做个对比（如图）。

它们的最大载重量是类似的，建造成本的差距可以说并不算太大。但是，一架飞机可以使用数千次，所以成本可以均摊到多次飞行中。

看起来，使用飞机把飞船或探测器送到太空中将会便宜很多。问题是你不能在太空中开飞机。飞机主要靠着机翼而飞行，而机翼能有效地把能量转换为升力：让机翼向着前方移动，就会迫使机翼下空气向下运动，而空气的反作用力可以向上推起机翼，这就是说机翼（和飞机）需要空气来飞行，而太空中却没有空气。

那么，火箭能不能也可以设计得像飞机那样重复利用呢？最近，美国私人太空科技公司SpaceX正在研究可重复使用的火箭推进器（火箭的第一级），来减少每次发射的成本。从本质上讲，他们所做的就是把火箭丢下的部分在余留的燃料助推下，安全地降回到停机坪上。在2015年12月，SpaceX成功地回收了猎鹰9号的第一级火箭。

但是，即使成功地让火箭推进器安全地回到停机坪上，它也需要经过非常昂贵的检查后，才能再次起飞。火箭其实是在飞行和爆炸之间保持着一种微妙的平衡，疏忽大意极有可能导致火箭四分五裂。让火箭安全运行一次就已经很难了，更别说让同一个火箭安全运行几十次或上百次。

因此，火箭并不是把人类带入太空的理想运输工具。我们需要的是一架太空飞机――一个可以适用于各种飞行条件下可重复使用的运输工具。

“云霄塔”项目

已经退役了的航天飞机并不是我们所需要的太空飞机。航天飞机里的轨道器虽然可重复使用，但它升空时还需要外贮箱以及固体助推器。也就是说，航天飞机升空时与火箭是一样的。所以，航天飞机的发射成本并不低，飞行一次会耗费5亿美元，超过设计预期近百倍。而且，它的安全系数低，5架航天飞机2架爆炸，14名宇航员因此丧命。另外，航天飞机老化速度也远超预期，飞行任务被迫大幅缩水。于是，航天飞机在2011年初就完全退役了。

我们需要的是一架能奔向太空的飞机，它在离开时是什么样，回来后还是什么样。幸运的是，许多私营公司开始研究真正能重复利用的太空飞机。英国一家名为“反应发动机”的私人公司正在研制所谓的“云霄塔”太空飞机。据预计，“云霄塔”将可以重复使用200多次，而且还可以把15吨的货物运送到环绕地球的低轨道上，而且每吨运输成本可以低到10万美元左右。如果从重量的角度来看的话，那么运输一个人只需花费大约1万美元。这大致相当于你做豪华头等舱在一天之内横跨半个地球的单程机票价格，而“云霄塔”是带你往返太空的。

“云霄塔”项目依赖于SABRE引擎的研发。这个独特的引擎既可以像飞机引擎一样运转，也可以像火箭引擎一样运转。“云霄塔”可以像一架飞机从跑道起飞，然后尽可能地飞得更高，飞得更快。然后，“云霄塔”的引擎会切换到火箭引擎模式，进入太空并继续飞行下去。太空飞机可以完整地回到地面被不断重复使用，这样建造成本平摊到多次飞行中，利用效率就会得到大大提高。

美丽新世界

从表面上看，上面这种技术似乎只是一个改进而已，但在现实中，它却可以改变世界。现在，全球每年飞机运送旅客约有30亿人次，运送货物约有5000万吨。就在此时此刻，全球大约有1万架飞机在天空中飞行，那么此时有多少枚火箭在飞行呢？基本上是0。全世界每年发射火箭的次数只有几十次而已。

想象一下这样一个世界：每年有数十亿人次会去太空旅行，还有数百万吨的货物在地面和太空之间运送，这将对我们人类社会产生多么巨大的影响！

例如，每个人都能体验宇宙的浩瀚无穷，并能从太空回望地球这颗蓝色星球，与之带来的心灵体验将成为每个旅行者难忘的记忆。另外，我们不知道未来究竟会有多少危机，但离开地球是我们人类继续生存下去的必然之路。更重要的是，探索太空也有助于解答困扰我们的大问题。

在未来，“云霄塔”以及其他类似的太空飞机将会逐步取代火箭，帮助每个人完成太空梦。