作者:袁一雪 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/12/8 14:27:17
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中航科技一院60周年:想去太空看看宇宙

 

伴随一阵震天动地的轰鸣声,火箭拔地而起,宇宙飞船被带入大气层,进入临界轨道100~120公里以上的区域进行环绕飞行,也拉开了人类探索太空的序幕。

自1961年4月12日,苏联宇航员尤里·加加林成功完成首次人类太空飞行的壮举后,全球已经有几百位宇航员完成了太空飞行。

但这仅限于专业人员。因为要想进入宇宙,宇航员必须要面对巨大的噪声、振动、冲击、超重和失重等各种恶劣环境,并且还要在这些恶劣环境中保持头脑清醒进行工作。

那么,普通人可以进入太空看看浩渺的宇宙吗?近日,中国航天科技集团公司第一研究院在建院60周年之际,系统规划了航天运输系统的建设蓝图。按计划,到2025年前后,中国亚轨道太空旅游将成为现实。

亚轨道一般是指距地面20千米~100千米的空域,处于现有飞机最高飞行高度和卫星最低轨道高度之间。中国航天科技集团公司一院科技委主任鲁宇在接受媒体采访时说,亚轨道运载器外形像空天飞机,可以在亚轨道上飞行,然后返回地球。

如果这个计划实现,就意味着,普通人也可以安全“上天”,从更高的高度俯瞰地球。

体验瞬间失重感

“目前亚轨道飞行主要有两个用途,除了太空旅游,主要是为了训练航天员。”北京大学地球与空间科学学院教授焦维新告诉《中国科学报》记者。而世界上最“火”的亚轨道飞行器太空船二号已经培养了几名优秀的“空天飞行员”,因为亚轨道飞行可以模拟零重力飞行、战斗机飞行、太空飞行训练等。

“亚轨道飞行与轨道飞行不同,后者会环绕地球飞行,而前者则更像是抛物线飞行。”焦维新解释说。

抛物线飞行,即航天器向上攀升,当要到达20千米高度或者可接近其临界值的更高的高度时,再俯冲向下。“乘客可以在攀升和到达顶端以及快速下降时期体会到失重的感觉。”焦维新解释说,“这是因为航天器在几十千米的轨道上运行的时候,受两种力的作用:一种是重力,将航天器往地心拽,另一种是离心力或惯性力,它由于航天器绕地球运行而产生,与重力的方向相反,重力与离心力相互抵消,因而产生微重力。”

虽然在微重力环境下人们可以体会失重的感觉,但是这种感觉在亚轨道区间只能持续几分钟。也就是说,在飞机攀升到顶点再到降落的时段内,人们可以产生这样的感觉,当航天器下降至某一高度,不再继续加速时,失重的感觉也随之消失,直到下一次航天器再以“抛物线”的方式上升、俯冲。

亚轨道飞行更容易推广

除了亚轨道飞行,还有一种形式也可以体验失重的感觉,就是普通飞机在10公里高空的抛物线飞行。只是高度的降低也缩短了失重感体验的时间,“只能持续15~20秒。”焦维新补充道。

相较而言,失重时间较长,但成本又比真正轨道飞行低廉的亚轨道飞行变得炙手可热。目前,英国和美国的几家公司都推出了针对平民的亚轨道太空旅游方案,人们只需支付10万~20万美元就能体验短暂的失重感,还能看到绚丽的美景。但这种体验,在轨道飞行却需要支付至少2000万美元。

“在亚轨道时,如果运气好的话可以赶上雷暴天气,运气再好些,则可以看到雷暴时出现的‘红色精灵’和‘蓝色喷流’现象。”焦维新说。

红色精灵是一种伴随着雷雨所产生的高空大气放电现象,通常发生在雷雨云云层顶离地面30~90公里的高空。当红色精灵出现时,其上半部是红色,底部则渐渐转变为蓝色,宽度约在五到十公里内,可持续约十到一百毫秒,如同闪电般转瞬即逝。由于这些发光体在空中出现的时间不到三十分之一秒,有如鬼魅一般难以捉摸,所以科学家称它们为“红色精灵”。蓝色喷流则与红色精灵不同,通常呈细锥形,从积雨云的顶端一直延伸到离地面40~50公里的电离层,但比红色精灵要亮。

如果没有看到这些奇特的气象现象也没关系,因为在几百千米的高度,乘客还可以欣赏到美丽的极光,俯瞰台风眼、海洋、大陆、岛屿……这些在太空中看起来,别有一番滋味。

更重要的是,亚轨道飞行对于人员要求更低些,轨道飞行虽然不要求乘客具备宇航员的体质,但是却需要经过特殊训练。因为宇宙飞船在起飞和降落时,人体都需要承受5倍的重力加速度。加速度对心血管循环系统的影响最大。当航天器迅速上升时,人体内的血液就会像乘电梯时脚下沉一般,血液也迅速向下部集中,使下部血管膨胀,血管壁受到很大的压力,继而导致血管中的液体向四周的组织渗透,使下肢肿胀刺痛。但经过训练的宇航员,可以比常人承受更大的加速度。

轨道旅游才是真正的太空旅游

纵然也能欣赏绚丽景色,但焦维新却觉得与真正的轨道飞行比起来,亚轨道飞行并“不解渴”。因为轨道飞行是游客搭乘太空飞船,抵达离地球高度约400公里的国际空间站,以国际空间站为飞行器进行地球轨道飞行,总共为期10天左右。这是亚轨道飞行不可比拟的。

不过,目前只有两种太空飞船可以和国际空间站对接,俄罗斯的苏型飞船和美国的太空飞船,由于美国NASA的太空任务仅供国际专门科研之用,故现今太空旅游仍以俄罗斯为主。

所以,为了区分科研与旅游,美国有公司正在开发充气式空间站,其内部不摆放实验仪器,平时不充气,只有当乘客到达时才充气,供人们在里面观赏宇宙景色,体验失重感觉。“这种充气空间站体积大,但因为是可充气式,所以携带上天并不复杂。只是其中材料与工艺技术还需要再探索。”焦维新说。

如果轨道旅行成功实现,接下来的月球旅行也就顺理成章了。只是登月的成本和过程太复杂,但如果只是乘坐宇宙飞船环绕月球飞行还是在不远的未来可预期。

“未来,空间站发展更为成熟,解决了飞船安全问题,并且实现飞船的重复利用,那么太空旅游将更接近平民。”焦维新表示。

 
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