維珍銀河:布蘭森通往太空旅遊的漫長曲折路

維珍銀河團結號在新墨西哥州美國太空港附近上空從「母艦」釋放自力飛行(22/5/2021)
2021年5月,維珍銀河團結號(VSS Unity)在新墨西哥州美國太空港附近上空從"母艦"釋放自力飛行。

過去15年多時間裏,維珍銀河(Virgin Galactic)一直在籌備開辦往返太空邊緣的收費載客服務。我們在此回顧理查德·布蘭森爵士(Sir Richard Branson)實現兒時夢想的這段漫長而曲折的道路。

1990年代初,知名航天工程師伯特·魯坦(Burt Rutan)給自己訂下一個挑戰:設計一架太空飛機。

魯坦在2004年回憶說:「我要試一下,我要幹起來。」

與諸多前人與來者一樣,「普通人」無法登上太空是他做這事情的源動力。所謂「普通人」,實際上在說沒有政府資助的宇航員。

魯坦解釋說:「小孩夢想能上去(太空)看這(地球的)風景——而我還把自己當小孩——可是在過去25年,這樣的願望,這樣的夢想,不斷在萎縮,越來越明顯。」

這位工程師認為,這樣的旅程體驗得跟搭乘飛機差不多,而不是像個大冒險家一樣,搭乘火箭發射升空,張著降落傘下來。

伯特·魯坦(Burt Rutan)
伯特·魯坦(Burt Rutan)希望讓「普通人」能飛上太空。

他的努力成果被命名為宇宙飛船一號(SpaceShipOne)。魯坦從1950至1960年代的X-15高海拔試驗機獲得靈感。

2004年6月21日,他的飛船邁向歷史里程碑,執行了首次私人資助的載人航天飛行。

長8.5米的飛船從加利福尼亞州莫哈韋沙漠(Mojave Desert, California)上的一條飛機跑道啟航,它被掛在名叫白騎士(White Knight)的飛機底下。在離地14公里處,宇宙飛船一號脫離「母艦」,自身發動機馬上點火。

載著試飛員邁克·梅爾維爾(Mike Melvill)的飛船急速爬升,最終到達剛好高於海拔100公里之處,也就是正式的太空邊緣。

梅爾維爾體驗過無重狀態後,飛船重返大氣層。返回過程中,宇宙飛船一號按計劃改變飛船形狀,讓增加風阻並維持穩定性的設計起作用。這就是所謂的「羽毛系統」。

宇宙飛船一號
宇宙飛船一號在莫哈韋沙漠安全著陸。

接下來的幾次成功試飛裏,這艘飛船還贏得太空企業家彼得·戴曼迪斯(Peter Diamandis)創辦的X大獎(X-Prize),獎金1000萬美元。獎項設立目的是要激發太空旅遊行業發展。

公眾獲邀旁觀飛行過程,但這艘飛船不止給他們留下深刻印象——維珍(Virgin)系列企業創辦人布蘭森爵士也在密切注視這艘飛船,正要對飛船及其技術孤注一擲。

2004年9月,布蘭森爵士宣佈,將利用以宇宙飛船一號為藍本的飛船,提供商業太空航班。在倫敦舉行的新聞發佈會上,這位英國企業家說,一張維珍銀河的機票,將讓消費者的錢包燒掉20萬美元。

布蘭森爵士發表維珍銀河收費載人飛船計劃(27/9/2004)
2004年9月,布蘭森爵士正式發表維珍銀河收費載人飛船計劃。

在魯坦的陪同下,布蘭森爵士說:「我們希望在未來幾年間創造數以千計的宇航員,讓他們夢想成真,從高處一睹我們星球的壯麗風采,繁星的榮耀,還有無重狀態的震撼感受。」

發佈會過後不久,露坦與布蘭森爵士成立飛船公司(The Spaceship Company),接收魯坦名下企業縮尺復合體(Scaled Composites)開發的技術,以供維珍銀河太空旅遊業務之用。當時,維珍集團計劃在2007年把旅客送上太空。

可這飛船不能只是把宇宙飛船一號稍作改良,雖然它贏得了X大獎,但它只能搭乘一名飛行員。布蘭森爵士希望一次過讓八個人——兩名飛行員和六名乘客——參與次軌道飛行。

那麼,維珍的飛船得比前任大許多,搭載它的白騎士飛機也須加以改裝。工程師們也想開發馬力更大的發動機,把飛船送到太空邊緣。

2006年9月,也就是倫敦那場維珍銀河發佈會後兩年,布蘭森爵士在紐約發佈了宇宙飛船二號(SpaceShipTwo)的模型。

維珍銀河本來還希望在接下來幾年重覆辦這樣的活動,讓新聞記者和其他賓客圍著模型團團轉。公司想要逐一展示飛船的功能,例如是那讓搭客把遼闊星空與寬廣大地盡收眼底的窗戶。

維珍銀河企業號在莫哈韋沙漠凖備試飛(29/4/2013)
2013年4月,維珍銀河企業號在莫哈韋沙漠凖備試飛。

他們詳細介紹付費乘客能如何解開安全帶,在微重力狀態下翻跟斗,凡此種種給潛在顧客勾勒出一幅吸引的圖畫。只是,幕後形勢卻不總是一面大好。

2007年7月,縮尺復合體遭遇不測,在給宇宙飛船二號測試火箭部件期間發生爆炸,造成三名僱員死亡,三人重傷。

事故發生後,縮尺復合體把馬達開發轉交內華達山脈公司(Sierra Nevada Corporation)承包。

飛船的火箭馬達設計採用稱為端羥基聚丁二烯(HTPB)的橡膠型固態燃料,輔以一氧化二氮(nitrous oxide)作為氧化劑(燃料助燃劑)。這種在不同階段投放不同推進劑的設計——在此案例中是固體加液體——被稱為混合式火箭馬達(hybrid rocket motor)。

這樣的馬達得有能力承受至少一分鐘的持續焚燒。

https://www.youtube.com/watch?v=WPxE4Sli2fk

第一艘宇宙飛船二號被命名為維珍銀河企業號(VSS Enterprise),於2010年投入測試。首先是各種地面測試,然後是負重飛行,搭載在白騎士二號運載飛機下面飛行,但飛船中途不會脫離飛機。

同年10月,飛船首次由運載飛機於半空中投放,安全滑翔降落莫哈韋航天航空港(Mojave Air and Space Port)。

企業號於2013年4月首次自力飛行,由馬克·斯塔奇(Mark Stucky)執飛,邁克爾·艾爾斯伯裏(Michael Alsbury)擔任副駕駛。飛船在莫哈韋沙漠上空成功以超音速飛行。

布蘭森爵士當時評價說:「今天成功以超音速飛行,開啟了迅速擴張飛船的動力飛行包線(flight envelope)的可能,在今年年底實現全面太空飛行的目標變得非常可行。」

維珍銀河企業號在莫哈韋沙漠墜毀(31/10/2014)
2014年10月,維珍銀河企業號在莫哈韋沙漠上空解體墜毀。

「今天我們見證著歷史誕生,我為參與其中的各位感到無比自豪。」

然而,維珍銀河不太滿意發動機原型的震蕩,它們與內華達山脈公司的合作關係又在2014年結束,火箭開發只能收回自家旗下。公司同時宣佈將改變火箭燃料,從橡膠型換成塑膠型的熱塑聚酰胺( thermoplastic polyamide )。

2014年10月,企業號從莫哈韋航天港起飛,執行第55次試飛,以測試新的塑膠燃料。

然而,從運載飛機鬆綁後11秒鐘,企業號解體,副駕駛艾爾斯伯裏不幸身亡。

飛行員彼得·西博爾德(Peter Siebold)身受重傷,但得以倖存。飛船解體之際,他解開座椅的安全帶。當他在半空中失去知覺時,降落傘自動打開,他最終安全降落在沙漠裏。

美國國家運輸安全委員會(NTSB)調查認定,飛船其中一塊用以減慢下降速度的「羽毛」過早啟動,導致飛船解體。

事件過後,布蘭森爵士當著記者承諾,要是導致墜機的問題能被克服,「我們必將讓夢想延續下去」。2016年2月,第二架維珍銀河飛船面世,由英國物理學家霍金教授(Prof Stephen Hawking)取名團結號(VSS Unity)。

雖然那次致命事故與發動機毫無關係,團結號還是採用了原來的橡膠原料HTPB。

經過幾次滑翔與自力飛行後,2018年12月13日,團結號首次觸及太空邊緣,飛越海拔80公里上空——那是個別團體承認為外太空的高度。

2021年7月,布蘭森爵士終於坐上他在團結號上的座席,飛行到85公里高空。

圖表:團結號「羽毛系統「
圖表:團結號「羽毛系統「
圖表:團結號飛行計劃
圖表:團結號飛行計劃

然而,最廣為接受的太空邊緣是海拔100公里的卡門線(Karman line)。這是給航天活動做記錄的國際航空聯合會(Fédération Aéronautique Internationale, FAI)所承認的高度。

布蘭森博士在太空旅遊行業的競爭對手——亞馬遜(Amazon)創辦人貝佐斯(Jeff Bezos)——正尋求從他的飛船新牧羊人號(New Shepard)上賺取本錢。新牧羊人號預定將運送旅客飛至卡門線以上。

https://twitter.com/blueorigin/status/1413521627116032001?s=20

但是也有人指出,從顧客體驗來講,這樣做意義不大。他們還是能感受到無重狀態,一邊自由地漂浮著,一邊欣賞壯麗景色。

對於那些有零錢可花的人來說,這已經值回票價。