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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 真正进入轨道的航天飞机：太空飞机
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那么，怎样才能到达太空旅馆或太空工厂呢？当然要乘坐太空飞机了。在上面描述的大型太空度假胜地，太空飞机将降落在中心枢纽，就像军用喷气式飞机降落在航空母舰上一样。
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不过我有点超前了。到目前为止，进入太空的唯一途径是发射运载火箭。这就是第一批太空游客到达ISS的方式，也是第一批太空旅馆访客到达目的地的方式。有关公司已经开始预订火箭航班和房间，希望在21世纪20年代初开始接待游客。到21世纪中叶，基础设施可能会就位，人们能够到太空进行一日游，去工作或娱乐。但很快太空飞机就会出现，尽管成本很高。
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像我们在《星球大战》这类电影里看到的那样，乘坐一种类似喷气式飞机的航天器从地面直接飞到太空，如果没有核动力推进会很难。我们至少需要三种发动机：一种是为低层、含氧量高的大气准备的；一种在高海拔、低氧环境中工作效率高；还有一种用于太空的真空环境。这样的发动机确实存在，但并不是全都装在一个航天器上。喷气式发动机在约40000英尺（7.5英里，12千米）的高空非常高效。发动机吸入富含氧气的空气，将其送入燃烧室和涡轮室，然后产生的气体将飞机推进到一个看似很快但相对较慢的速度，即低于1马赫的速度。在海拔更高、空气更稀薄的地方，我们需要冲压喷气发动机（ramjet engines）或超音速燃烧冲压喷气发动机（scramjet engines）[42] ，它们将以更快的速度将氧气送入燃烧室。这些发动机在低速情况下（也就是飞机起飞时的速度）无法很好地工作。但是一旦开始飞行，它们就可以达到6马赫的高超音速，尽管仍远远低于进入轨道所需的22马赫。迄今为止最快的飞机是无人驾驶的NASA X-43，它通过超燃冲压发动机技术达到了9.6马赫。它先是由一架传统的喷气式飞机送入高空。要使你的太空飞机达到入轨速度，你还需要安装一个火箭发动机。
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欧洲有一个极具前瞻性但资金不足的太空飞机方案，叫作“云霄塔”（Skylon），是英国反作用发动机有限公司（Reaction Engines Limited）设想的单级入轨航天器，自20世纪80年代以来一直在研发。这架飞机使用一款叫作SABRE的混合超燃冲压-火箭发动机（hybrid scramjet-rocket engine），或合成吸气式火箭发动机（synthetic air-breathing rocket engine）。这台发动机的工作原理是：从大气中抽取氧气作为氧化剂，直到速度达到5马赫左右，然后切换到储存的火箭燃料（氢+氧），以获得到达更快速度、更高高度所需的额外推力。然而，工程师们需要克服在超过2马赫的速度下吸入氧气，同时保持进气口冷却的问题，这是多年来阻挡太空飞机研发的障碍。该公司需要数十亿美元来完成该项目，但资金远远没有达到这一目标，只是从ESA以及最近从美国国防高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）拿到少量资金进行概念测试。[43]
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资金的缺乏又回到了必要性这一问题上。20世纪60年代，太空竞赛为火箭研发提供了资金，这是多么大的代价啊！如果一开始就有类似阿波罗计划的资金资助，“云霄塔”可能今天已经成为现实。但是没有给它提供资金的必要性。
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像“云霄塔”这样的太空飞机，以及NASA想要的东西，都可以作为传统火箭的补充，并瞄准非常低的近地轨道。它们是将人类送入太空的理想工具，但不适合运送重的货物。至少有五种类型的太空飞机已经成功进行了试飞。但没有一架飞机能真的像你想象的那样，水平起飞，然后飞入轨道。例如，有些人将NASA的航天飞机描述为太空飞机，但它们实际上只是需要用火箭送入太空的滑翔机。苏联有一个几乎相同的方案，被称作“天龙”（Buran），只在1988年飞行过一次。它在那次飞行中安然无恙，但几年后在一次奇怪的仓库事故中被撞得粉碎。波音X-37由美国国防部控制，NASA参与，就像一架缩小版的航天飞机，于2010年首次用“阿特拉斯5号”运载火箭发射升空。2012～2017年，X-37飞行了五次，其中一次是用“猎鹰9号”发射的。这是一个机密的军事项目，关于这些无人飞行的目的，目前还没有公开信息。其中一些飞行已经持续了一年多。
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第一架真正接近外太空的飞机是美国空军的X-15。这是一架超音速火箭动力飞机，曾在20世纪60年代服役。X-15先从B-52载机上坠落到13.7千米的高度然后再上升到50英里以上的高度，这要求飞行员具备宇航员资格。2004年，“太空船1号”（SpaceShipOne）是第一架到达太空的私人太空飞机。它飞越了国际公认的海拔100千米（62英里）的卡门线（Karman line）。该线就是太空的边界。虽然还没能进入轨道，但作为第一个在两周内两次将可重复使用的载人航天器送入太空的非政府组织，“太空船1号”赢得了1000万美元的安萨里X大奖（Ansari X Prize）。“太空船2号”（SpaceShipTwo）已经显示出巨大潜力。该太空飞机将用喷气式货机运到半空中再发射出去。维珍银河明确表示，它计划运营一支由5架“太空船2号”太空飞机组成的机队，并已开始接受票价为25万美元的航班预订。[44] 不幸的是，第一架飞机在2014年的一次测试中坠毁，造成一名飞行员死亡，另一名飞行员严重受伤。维珍银河董事长理查德·布兰森（Richard Branson）曾经承诺最早于2010年开通航班。从2018年12月和2019年2月的成功试飞来看，此次坠机事故可能会将首个商业航班推迟到最早2020年[45] 。
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蓝色起源的创始人杰夫·贝索斯（Jeff Bezos）也做出了同样承诺，表示一旦确定其液氢燃料BE-3发动机可靠，亚轨道航班将投入实际运行。[46] 他瞄准的是21世纪20年代初。当太空飞机真正起飞时（你可以把这看作一场商业太空竞赛），每次会有6名乘客在几分钟的微重力环境下，在10万米高空漆黑的太空背景下欣赏地球边缘的曲线。
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维珍银河的“太空船2号”太空飞机（机身中部）
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这架太空飞机用“白衣骑士2号”（White Knight Two）货机送到15千米的高度并从那里起飞；然后爬升到110千米，比标志着太空边界的卡门线高10千米。维珍银河公司计划运营一支由5架“太空船2号”组成的机队，一架飞机可以同时搭载6名乘客进行亚轨道飞行，票价为每张25万美元。
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尽管日程延期，但计划是真实的。维珍银河的活动促使美国联邦航空管理局（Federal Aviation Administration，FAA）在2006年发布规定，对参与私人太空飞行的机组人员和乘客提出了要求。[47] 你知道该怎么做：系好安全带，洗手间内禁止吸烟。美国国会在2004年的《商业太空发射修正案》（Commercial Space Launch Amendments Act）中做出了强制规定。由于这是一个新兴产业，法律允许对商业载人航天飞行进行分阶段管理，管理标准随着产业的成熟而演变。最重要的是，该法案没有要求将航空旅行的安全标准用于太空旅行；进行亚轨道或轨道飞行的乘客需要签署一份知情同意书，表明他们了解其中的风险。
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你竟然可以乘坐太空飞机在一小时内迅速到达近地轨道旅馆，因为它离地球上任何一个地方都只有100英里的距离。可能会有人为此感到惊讶不已。困难在于如何到达机场——或者更准确地说，是航天港。维珍银河公司打算从位于加利福尼亚州莫哈韦的莫哈韦航空航天港（Mojave Air and Space Port）或新墨西哥州的美国航天港（Spaceport America）起飞。这两个地方都有意避开人口稠密地区。原因有两方面：运载火箭和太空飞机仍然有点危险，可能会爆炸；而且声音很大。大多数人都不喜欢住在机场附近，因为噪声太 大了，而航天港会更糟糕。喷气式飞机起飞时的噪声大约是150分贝，火箭发射的噪声大约是200分贝（分贝是用来度量声音强度的对数单位，所以增加50分贝相当于增加105 或100000倍）。太空飞机在起飞时的声音应该和喷气式飞机差不多，但是，当它以几倍于音速的速度进入大气层时，它会产生一种音爆，其声音之大犹如霹雳。一大早，整个佛罗里达中东部地区都能听到X-37返航的声音，居民们都会被吵醒。一年一次或一个月一次或许还可以忍受，但每天数百次，就像飞机航线一样，会让人抓狂。
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美国航天港鸟瞰图
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该建筑位于新墨西哥州的死亡之旅（Jornada del Muerto）沙漠盆地，是世界上第一个专门建造的商业航天港，于2011年建成。该航天港可供航空航天航天器进行垂直和水平发射。考虑到安全和噪声问题，航天港必须建在偏远的地方。目前航天港的租户包括维珍银河公司。
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如果我们真的要支持太空移民和太空经济，太空飞机以及太空发射时的噪声是一个需要克服且必须解决的重要问题。我们来弄清一下相关数据。如果每年要将数以千计的游客送到太空旅游胜地，那么每周都要进行太空飞行。如果每年要将数以百万计的人送入太空（只占人类人口的不到1%），那么每天至少需要50次发射和着陆。这些噪声怎么办？
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莫哈韦航空航天港不同凡响。它是美国首个获得联邦航空管理局认证的可水平发射可重复使用航天器的航天港，也就是2004年“太空船1号”发射的四天前。从那时到2018年，又有九个航天港获得了联邦航空管理局的商业用途认证，从位于弗吉尼亚州瓦勒普斯岛（Wallops Island）的中大西洋地区航天港（Mid-Atlantic Regional Spaceport，MARS）（名字起得妙），穿过整个美国一直到位于阿拉斯加科迪亚克岛（Kodiak Island）的太平洋综合航天港（Pacific Spaceport Complex）。截至2019年，全球还没有其他非政府组织的航天港，但苏格兰、瑞典、人口稠密的新加坡以及其他地方已经启动了建设计划。全球航天港的发展非常迅速，本书提供的任何清单不到一年都会过时。
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第一代太空飞机将围绕飞行展开，往返太空，只为体验失重的纯粹感觉，并从远处观赏地球。这些飞机经过改装，就可以在3小时内带你抵达地球上的任何目的地。维珍银河公司希望能在2.5小时内从伦敦飞到悉尼——而通常需要22小时。纽约到香港呢？只要2小时。这对全球旅行将产生惊人影响。人们可以跨越半个地球去开会，然后回来吃晚餐，当然这是要付出金钱代价的。有这方面的先例。“协和”（Concorde）是一种超音速喷气式飞机，从巴黎或伦敦飞 到纽约只需3小时多，速度是其他飞机的两倍。“协和”飞机以速度而非豪华著称。20世纪90年代的票价为8000美元，2019年大约为1.3万美元。同样，将12～20小时的飞行时间减少到仅有2小时，机票价格也会相当可观，但对于富人来说，支付这样价格的机票不算什么。唯一的障碍可能是到达遥远的起飞地点，无论是在沙漠还是在海上，都需要额外的时间。
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