哪个孩子不梦想着飞上天空,俯瞰这颗蓝色星球的全貌。电影《星球大战》影响了我们这一代人,据说美国宇航局几乎所有年轻的工作人员都是《星球大战》的影迷,是这部电影让他们从事现在的工作,他们渴望着太空旅行!
如果不是现在社会给予我们太大的生存压力,我想我们这一代人都会渴望上天,但关注太空事业的人都知道,这好像不是一般人能去的,不仅仅是对身体素质的要求,更是对昂贵的“机票”望而止步。
2019年6月NASA公布将向公众开放国际空间站部分空间,允许最长30天的私人宇航员赴国际空间完成科研项目,这个收费是6000万美元(约合4亿人民币)。
我们不禁要发问,太空飞行为什么会这么昂贵呢?有没有可能变得平价呢?
太空旅行有多贵!
传统上,太空飞行一直都是政府主导的活动,而且从来都不便宜。但随着一些私人航天公司的崛起(如被炒作厉害的SpaceX),将人和有效载荷送入太空的高昂成本终于开始下降,但是还是很高。
无论是要把一颗卫星送入应有的轨道,还是要将热爱冒险的亿万富翁送出地球,都不会太便宜,让我们一起看看吧。
SpaceX公司用可回收火箭猎鹰9号(有70米高)把重达5万磅的商业卫星送入轨道,他们的起价是6200万美元,还有一长串的服务费用。
美国最接近的竞争对手联合发射联盟(United Launch Alliance)的阿特拉斯五号(Atlas V),起价7,300万美元,有效载荷4.1万磅。
图为:地球卡门线
国际空间站虽然由16个国家共同搭建,但是主要还是美国和俄罗斯维护,自2011年NASA封存航天飞机以来,把宇航员送入空间站的重任一直是有俄罗斯的联盟号宇宙飞船担当,在2015年时,票价就高达8200万美元一张。
世界上第一位私人宇航员、富有的美国工程师丹尼斯·蒂托在2001年花了2000万美元只在太空呆了8天。
当然,如果我们只是想到高一点的地方看看地球到底是什么样子的,其实票价也不是特别高,根据维珍银河报价,如果你只想穿越到地球100公里上空的卡门线的话(这里是地球大气层和外太空的分界线,已经可以看到地球的弧线了),你只要支付25万美元,这好像挺符合“大众消费”的,但是前提是你要有好的身体。
为什么太空旅行会这么贵?
还记得高中时候的第一宇宙速度(v1=7.9 km/s)吗?当达到7.9 km/s的时候航天器才能环绕地球运行,也就是说航天器的最小发射速度是7.9 km/s,而要逃离地球就需要更高的速度(第二宇宙速度)。
图为:第一宇宙速度推导公式
通过学到的一些天文公式,我们还知道质量越大要达到相同速度所需要的能量也就越大,航天器可不轻,这意味着需要燃烧大量的燃料来加速飞船达到这个速度。
更悲剧的是,燃料也增加了重量,所以需要燃烧更多的燃料来让飞船和燃料达到这个速度,这是一个死循环。
2019年12月27号,中国的长征五号遥三火箭(胖五)成功发射,如果你看过照片,你会发现它非常非常巨大。
齐奥尔科夫斯基公式表明,火箭需要的推进剂量是它送入轨道的质量的10到25倍,胖五虽大,但是大部分是燃料。
为了减少所需的燃料量,我们需要建造尽可能轻的飞船,但它也需要足够强坚硬。在起飞的头3-4分钟内发生的震动和最严重的车祸差不多,所以乘坐火箭飞行的人需要在特别的座位上,否则震动的强度会使他们的内部器官液化,可以想象这对材料的要求得有多高。
图为:长征五号。 来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心
要有这样又轻又好用的工具,我们需要投入大量的工程来完成,也就是说成本就会很高,同样因为每次发射都是不能随意丢弃的东西,所以又需要工程师们的各种测试,这又是成本。
另外,这些材料必须要承受外太空极端温度和辐射,还有微晶等等。这需要很多很多工程师才能完成研究,不说其他的,这些人的薪水(这也是成本的一部分)都是一笔巨大的开支。
这就是太空旅行如此昂贵的原因,我们不仅要为火箭支付费用,还要为进入宇宙飞船的研究和开发的每一步支付费用。
太空旅行有办法变得平价吗?
现在,我们也只是刚刚开始第一代商用载人航天飞行,所以仍然需要支付所有的研发费用,以后这方面技术会趋向以成熟。
就像我们的汽车一样,以前一般人都是开不起的,福特公司来一句要让每个人都能开汽车口号,然后进行了一次次的技术革新,现在的汽车已经算是平价的工具了。
我相信有一天太空旅行也会变得便捷,但是做到平价前要解决的首要问题是燃料问题,只要我们依靠化学推进把我们送入轨道,太空旅行就永远不会便宜。
但是,我们知道还有核能,平价的太空旅行不是不可能,只是时候未到,可能那一天很快就会到来。
最后
科学技术改变我们的生活,未来是不可预见的,“科学技术是第一生产力”一点都没错。
现在,我们唯一能做的是保持健康,如果有一天太空旅行变得平价,肯定也需要有好的身体才行,就像现在登山一样。
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