美國為何還要制造航天飛機？

　　——新發射系統將滿足10天內發射10次的要求

　　本報記者 張夢然

　　今日視點

　　隨著2011年“亞特蘭蒂斯”號的退役，在過去近半個世紀的時間里，一直作為美國太空事業標志的航天飛機，已經正式歸老于歷史的博物館。不過，在該國的一些相關部門看來，為了國家航天事業的可持續發展，美國依然需要新一代航天飛機。

　　據美國《大眾科學》雜志網站7月25日報道，美國國防部先進項目研究局（DARPA），正在醞釀一項制造可循環使用的新型航天飛機的計劃，以便未來在更廉價的基礎上完成各種類型的發射任務。而與以往的航天器項目相比，這項計劃最令人震驚的地方在于，以新型航天飛機為核心的新發射系統，將滿足在10天內發射10次的要求。

　　飛向太空的“航班”

　　一直以來，航天領域的科學家和工程師們都在致力于研發可在短時間內快速完成二次發射的航天器系統。然而，在美國太空基金會研究分析部主任邁卡·沃爾特·朗格看來，直到目前依舊沒有人在此方面取得實質性的進展：“航天產業提出的標準早就擺在那里，但完全符合這些要求的產品，至今還不存在。”

　　不過，對于此次DARPA提出的計劃，邁卡表示了樂觀的態度：“人們可以隨意拿計劃中的新產品與現有的同類做比較，最終都會發現前者達到了一個新的高度。”

　　目前，參與該項目并且前期成果得到DARPA認可的，主要有三家公司：與藍色起源合作的波音公司、與美國航天公司合作的麥士登太空系統公司，以及攜手維珍銀河的老牌的諾斯羅普·格魯曼公司。此外， 太空探索技術公司近期也宣稱，自己的“獵鷹9”號可循環使用火箭測試成功。

　　運載火箭實現可循環使用是新發射系統的基礎。依照邁卡的介紹，新發射系統的工作流程，首先是將高超音速運載火箭發射升空，當其到達指定高度時，釋放所攜帶的新型航天飛機，任其執行任務。隨后，火箭以極其緩慢、溫和的方式下落到指定地點，工程人員將其回收、拋光、重新涂裝后，再次置于發射臺執行下一次任務。理論上說，使用可重復發射火箭，將大幅削減發射的總體成本。在有效減輕美國國家航空航天局（NASA）財政負擔的同時，還能資助大學生、創業者等多種團體，共同促進航天事業的發展。

　　形象地說，包括新型航天飛機在內的新發射系統，就猶如航空公司的日常航班一樣，執行著載客、卸貨的循環任務。兩者唯一的不同在于，前者的目的地是太空，而不是機場。

　　石破天驚的發射標準

　　在新的發射系統中，可重復利用的火箭固然重要，但航天飛機才是真正的核心。

　　目前，該新型航天飛機已經被DARPA定名為“試驗航天飛機”，簡稱XS-1。DARPA對XS-1的要求非常獨特：這架飛行器必須能夠以每次少于500萬美元的發射成本，將3000磅到5000磅重的物資運至低地球軌道。同時，整個發射過程也必須進行簡化和提速。DARPA的希望是在10天內看到10次發射。

　　這一標準，用“石破天驚”來形容亦不夸張。因為在人類航天事業的歷史上，還從來沒有用可循環使用的火箭能以如此密集的頻率向地球軌道發射航天器。

　　類似的可重復使用的飛船雖然存在，比如維珍銀河正在研發的產品，但它只能到達亞軌道的高度；NASA引以為豪的航天飛機可以多次使用，但需要很多天的維護修葺之后，才能開啟下次發射；即便是當前一次性使用的衛星運載火箭，也沒有一枚具備新飛船那樣的運載力和低成本——軌道科學公司的“飛馬座XL”火箭將1000磅物資運至低地球軌道的成本，是單次3000萬至4000萬美元；SpaceX公司“獵鷹9”號的能力雖然稍強，但運載20000磅的成本也達到了單次5400萬美元。

　　廉價的發射成本，意味著可以向太空運送更多的物資，進而給更多的人發展的機會。此前在NASA參與可循環飛行器研究的佐治亞理工大學航天工程學教授阿蘭·威力特表示，DARPA希望XS-1在投入使用之后，可以運載一些微型衛星進入太空，以供科研院所、創業公司等組織使用。

　　此外，新系統對于軍事也有著重要意義。“比如我們需要再次對一個類似本拉登一樣的恐怖分子發動攻擊，但監控衛星卻不能準時抵達目標區域上空。以前這種情況下只能等待，但今后我們可以立即朝頭頂上發射一顆新衛星。”邁卡說。

　　頭號難題是“安全性”

　　可以說，一旦“試驗航天飛機”XS-1系統研發成功，人類對于太空的探索將獲得質的飛越。

　　“現在策劃和籌備一次發射任務，周期都是以年來計算。而XS-1投入使用后，我們需要做的，就是把物資、衛星之類要發射的東西往它身上一扔，然后就可以回家吃飯了。”威力特說。

　　有人也許會問，為什么之前我們無法制造XS-1這樣的產品？對于這個問題，不同的專家有不同的理解。曾在上世紀80年代領導NASA載具分析部門的威力特認為，關鍵在于技術的限制。諸如高超音速載具技術，此前一直未有突破。另外，火箭發射完成后的緩降技術也是一大難點——從太空的高度墜落地面而不發生嚴重損傷，決定著火箭能否再次利用。

　　在威力特的同事、佐治亞理工大學航天工程師米切爾·沃克看來，XS-1的研發需要克服包括以上問題在內的許多難點，而最大的挑戰則來自于“背靠背”的兩次發射之間。“從火箭完成第一次發射后落到地面開始，工程人員必須保證它在24小時之內可以進行第二次發射。但不是每一名客戶都有信心把自己價值百萬美元的物資裝到還有余溫的火箭之上。”米切爾說。實際上這也是為什么老式航天飛機無法勝任DARPA提出的10天發射10次這一要求的原因。它們復雜的檢修不僅拖延了發射周期，也額外增加了整體成本。

　　總之，在安全性問題最終得到解決之前，XS-1的運載目標將定位在低價、小型的物資上，而不是“韋伯”望遠鏡之類價值連城的貴重儀器。它將以廉價的運費、快捷的安檢、大批次的發送等優點，吸引潛在客戶。此外，動力學的多個技術節點也在等待著XS-1攻關。在米切爾看來，這些都是DARPA級別的大難題。