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4 月 13 日，世界上最大的飛機(jī)——“平流層發(fā)射（Stratolaunch）”在美國(guó)加州的莫哈韋沙漠順利完成了首飛。 這架翼展比一座足球場(chǎng)還要長(zhǎng)的巨型雙體飛機(jī)，將被用于直接從萬(wàn)米高空上的平流層中發(fā)射火箭，從而有望大幅降低衛(wèi)星、飛船等航天器的發(fā)射成本。 視頻| “平流層發(fā)射“ 首飛（來(lái)源：Stratolaunch Systems） 打造最大飛機(jī)“平流層發(fā)射”的 Stratolaunch Systems 公司由前微軟創(chuàng)始人保羅·艾倫（Paul Allen）創(chuàng)立，但他已于去年去世，沒(méi)能見(jiàn)證到自己畢生夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)的時(shí)刻。 這次的成功首飛，宣示著“空中發(fā)射運(yùn)載火箭”這種廉價(jià)的發(fā)射技術(shù)，進(jìn)入到了大型化的新紀(jì)元，或?qū)⒁l(fā)商業(yè)航天領(lǐng)域的新一輪競(jìng)賽。 圖丨起飛中的“平流層發(fā)射”（來(lái)源：Stratolaunch Systems ） 平流層發(fā)射——空中發(fā)射的新紀(jì)元 常規(guī)的航天器發(fā)射，使用的是在地面點(diǎn)火的火箭?；鸺枰趯ｉT的發(fā)射場(chǎng)，選擇特定的發(fā)射窗口時(shí)間，在高度、速度均為零的情況下，把衛(wèi)星等航天器加速到足夠快的速度，脫離地球引力，進(jìn)入到預(yù)定軌道。 為了降低衛(wèi)星發(fā)射的成本，大家提出了各種各樣不同的思路，其中包括： 1、SpaceX 選擇的可回收火箭思路： 依然用火箭發(fā)射，但火箭不再是一次性的； 2、航天飛機(jī)思路：直接用航天飛機(jī)在地球軌道上“放置”衛(wèi)星。但因高昂的維護(hù)成本而取消。 “平流層發(fā)射”的路線，則介于上述兩者之間。 它采用空中發(fā)射思路，利用飛機(jī)為第一級(jí)運(yùn)載器，從常規(guī)的機(jī)場(chǎng)起飛，將運(yùn)載火箭運(yùn)送到飛機(jī)航程內(nèi)的指定發(fā)射空域，在較高的高度和較快的飛行速度下，運(yùn)載火箭與飛機(jī)實(shí)現(xiàn)分離之后，再使用自身的發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，最終將載荷送入指定的地球軌道。 圖丨“平流層發(fā)射”發(fā)射運(yùn)載火箭的過(guò)程（來(lái)源：Stratolaunch Systems） 與常規(guī)的發(fā)射方式相比，空中發(fā)射具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)： 首先，低成本。可以反復(fù)起飛的飛機(jī)是發(fā)射過(guò)程中的第一級(jí)，火箭自帶的發(fā)動(dòng)機(jī)在萬(wàn)米高空才點(diǎn)火，可以大幅降低發(fā)射對(duì)于運(yùn)載火箭第一級(jí)在推力、功率、燃料攜帶、重量上的設(shè)計(jì)難度，速度的降低也使得空氣阻力對(duì)火箭外形的要求降低，從而大幅降低發(fā)射成本。 第二，可靠性。與可回收火箭相比，飛機(jī)是可靠得多的設(shè)備。由于飛機(jī)的所有零部件都是按照數(shù)十年反復(fù)使用的壽命要求設(shè)計(jì)的，其可重復(fù)次數(shù)遠(yuǎn)大于按照單次或幾次使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的火箭。此外，全世界懂得維護(hù)飛機(jī)的人和地方，也比懂得維護(hù)火箭的多得多。因此，空中發(fā)射可以充分利用現(xiàn)成的技術(shù)、設(shè)備、場(chǎng)地和設(shè)施。這意味著空中直接發(fā)射火箭有著極高的可靠性。 第三，地域上的靈活性。空中發(fā)射火箭的飛機(jī)，理論上可以在任何機(jī)場(chǎng)、采用任何射向起飛并進(jìn)行發(fā)射，而不用興建或使用特殊的發(fā)射場(chǎng)地。以火箭點(diǎn)火的預(yù)定空域?yàn)閳A心、以飛機(jī)航程為半徑畫(huà)一個(gè)圓，范圍內(nèi)所有適合的機(jī)場(chǎng)都可以用于航天器的發(fā)射，從而可以讓火箭發(fā)射擺脫發(fā)射場(chǎng)地的限制，還可以極大地拓寬航天器的軌道選擇范圍，并降低租用地面設(shè)施的成本。 第四，時(shí)間上的靈活性。空中發(fā)射的準(zhǔn)備時(shí)間比較短。固定場(chǎng)地發(fā)射需要提前幾個(gè)月確定發(fā)射計(jì)劃，全年可以發(fā)射的次數(shù)很有限，如果遇到惡劣天氣等原因?qū)е掳l(fā)射推遲，損失非常大。而空中發(fā)射只需要提前幾天安排發(fā)射計(jì)劃，“平流層發(fā)射”稱預(yù)訂他們的發(fā)射計(jì)劃，就像買機(jī)票選座位一樣簡(jiǎn)單，如果遇到惡劣天氣，性質(zhì)頂多也就像飛機(jī)延誤那么嚴(yán)重，等幾天就可以再來(lái)。一架飛機(jī)每年可以執(zhí)行次數(shù)上多得多的發(fā)射任務(wù)，可以進(jìn)一步提高收益，降低成本。 但這也意味著，執(zhí)行空中發(fā)射任務(wù)的飛機(jī)，最好可以做到： 1. 足夠大，才能盡可能多地?cái)y帶載荷； 2. 飛得足夠遠(yuǎn)，才能增加機(jī)場(chǎng)和軌道的選擇范圍； 3. 飛得足夠快、足夠高，才能讓火箭分離時(shí)，盡可能在更高的位置獲得更高的速度，從而降低不可回收的火箭部分的建造和燃料成本。 從上世紀(jì) 90 年代開(kāi)始，美國(guó)就開(kāi)始利用 B-52 戰(zhàn)略轟炸機(jī)、洛歇三星（Lockheed L-1011 TriStar）寬體噴氣客機(jī)等平臺(tái)發(fā)射小型的有翼運(yùn)載火箭——飛馬座（Pegasus），來(lái)運(yùn)載 443 公斤以下的小型衛(wèi)星進(jìn)入低軌道。到目前為止，利用成熟機(jī)型發(fā)射的飛馬座火箭已經(jīng)成功完成了 43 次發(fā)射任務(wù)，將 94 顆衛(wèi)星發(fā)送到了太空中。 圖丨飛馬座火箭（來(lái)源：Wikicommons） 俄羅斯也曾研究過(guò)利用伊爾-76MD、安-124 或安-225 貨運(yùn)飛機(jī)作為發(fā)射平臺(tái)發(fā)射火箭，并計(jì)劃將每千克有效載荷的發(fā)射成本控制到低于 5000 美元。 去年 11 月，英國(guó)維珍集團(tuán)旗下的維珍軌道公司（VirginOrbit）也將自己開(kāi)發(fā)的空射運(yùn)載火箭 LauncherOne，掛載在一架波音 747 客機(jī)的左側(cè)機(jī)翼下面，進(jìn)行了掛載（而沒(méi)有發(fā)射）試飛，并取得了成功。 那么，空射技術(shù)發(fā)展到這個(gè)地步，需要的就是一臺(tái)專門的飛行平臺(tái)，而不是兼職的各種飛機(jī)了。 這也是保羅·艾倫對(duì) Stratolaunch Systems 的期待之一。發(fā)射當(dāng)天，Stratolaunch 團(tuán)隊(duì)的士氣高漲。Stratolaunch Systems 首席執(zhí)行官 Jean FloydFloyd 說(shuō): “ 我們把這一天獻(xiàn)給保羅·艾倫。” 保羅·艾倫和世界上最大的飛機(jī) 保羅·艾倫有著傳奇的一生，擁有發(fā)明家、投資家、考古學(xué)家和慈善家等多重身份。 1975 年，他和比爾·蓋茨共同創(chuàng)立了微軟，為微軟早期的立足、發(fā)展壯大立下了汗馬功勞。然而，1983 年，艾倫患上了霍奇金氏淋巴瘤，從而辭去了微軟的職務(wù)。戰(zhàn)勝病魔之后，我們開(kāi)始在不同的領(lǐng)域聽(tīng)到他的名字： * 他擁有 43 項(xiàng)發(fā)明專利； * 在體育領(lǐng)域，他是 NBA 的波特蘭開(kāi)拓者隊(duì)和 NFL 的西雅圖海鷹隊(duì)的老板； * 在藝術(shù)領(lǐng)域，他投資拍攝了多部電影，獲得了不少大獎(jiǎng)； * 他生前組成的考古隊(duì)，于今年 2 月份在 5400 米深的太平洋海底，發(fā)現(xiàn)了二戰(zhàn)時(shí)被日本海軍擊沉的美國(guó)海軍航空母艦大黃蜂號(hào)； * 他資助過(guò)腦科學(xué)、人工智能、細(xì)胞生物學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)研究，在教育、環(huán)保、藝術(shù)、埃博拉病毒防治等領(lǐng)域捐款超過(guò) 20 億美元…… 但我們今天要提的，是他對(duì)航空事業(yè)的鐘情。 圖丨保羅·艾倫和他的老飛機(jī)（來(lái)源：Wikicommons） 除了修復(fù)和收藏二戰(zhàn)時(shí)期的戰(zhàn)斗機(jī)，保羅·艾倫還參與贊助了 Ansari X Prize 太空競(jìng)賽大獎(jiǎng)，旨在獎(jiǎng)勵(lì)“第一個(gè)在兩周內(nèi)發(fā)射兩次可重復(fù)使用載人飛船進(jìn)入太空”的人。2004 年，縮尺復(fù)合體公司（Scaled Composites）的伯特·魯坦（Burt Rutan），設(shè)計(jì)了一個(gè)名叫“太空船一號(hào)（SpaceShipOne）”的亞軌道飛行器，一舉獲得了該獎(jiǎng)的 1000 萬(wàn)美金獎(jiǎng)金。 圖丨 首次實(shí)現(xiàn)兩周內(nèi)發(fā)射兩次進(jìn)入太空的 SpaceShipOne 可重復(fù)使用載人飛船（來(lái)源：Wikipedia） 而 Scaled Composites 的背后，正是魯坦和艾倫共同創(chuàng)立的 Mojave Aerospace Ventures：艾倫是這個(gè)公司唯一的投資人。 在這家公司的基礎(chǔ)上，二人于 2011 年共同成立了平流層發(fā)射系統(tǒng)（Stratolaunch Systems）公司，宣布了開(kāi)發(fā)雙體、6 引擎空射飛機(jī)的計(jì)劃，并與飛馬座火箭的開(kāi)發(fā)者 Orbital ATK 展開(kāi)合作。 然而，在兩家公司密切合作的過(guò)程中，保羅·艾倫因一度已經(jīng)痊愈的非霍奇金氏淋巴瘤復(fù)發(fā)，于 2018 年 10 月 15 日去世，享年 65 歲。 所幸的是，“平流層發(fā)射”飛機(jī)的研制，并沒(méi)有停下腳步。 這架飛機(jī)同樣由 Scaled Composites 打造，由兩個(gè)機(jī)身組成，全復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用保證了飛機(jī)更輕、更強(qiáng)。左右兩側(cè)和兩個(gè)機(jī)身之間各有一段機(jī)翼。加上兩邊的機(jī)翼，翼展達(dá)到了驚人的 117 米，達(dá)到了全球最大民航客機(jī)——空客 A380 的近 1.5 倍，是航空史上最大的飛機(jī)。有網(wǎng)友表示，觀看它的起飛和降落，根本就是在看一座足球場(chǎng)的起飛和降落。（國(guó)際足聯(lián)規(guī)定：舉行國(guó)際性賽事的足球場(chǎng)地，長(zhǎng)度應(yīng)該介乎100至110米，寬度則應(yīng)介乎64至75米） 圖丨起飛前的“平流層發(fā)射”（來(lái)源：Vimeo） 機(jī)身之間的機(jī)翼經(jīng)過(guò)了強(qiáng)化，并布置在較高的位置上，除了可以提供升力，更可以懸掛總共超過(guò) 22.6 噸的各種想要發(fā)射的航天器，可同時(shí)執(zhí)行不同的發(fā)射任務(wù)。 而將運(yùn)載火箭等航天器懸掛在整個(gè)飛機(jī)的中線上，并從機(jī)翼下面釋放，大幅提高了火箭發(fā)射的安全性。其引擎、航電系統(tǒng)、起落架和飛控系統(tǒng)，都采用成熟可靠的波音 747 技術(shù)，為首飛即成功提供了有力保障。 圖丨大型飛機(jī)對(duì)比（圖片來(lái)源：Wikipedia） “平流層發(fā)射”的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)：
2019 年 4 月 13 日，“平流層發(fā)射”成功完成了長(zhǎng)達(dá) 2 小時(shí) 29 分鐘的首飛。最高高度 4600 米，最高時(shí)速達(dá)到了 305 公里/小時(shí)?？罩谢鸺l(fā)射技術(shù)進(jìn)入到了屬于它們的新紀(jì)元。 Stratolaunch Systems CEO Jean Floyd表示：“是保羅·艾倫激勵(lì)了我們，披荊斬棘，解決了世界難題。毫無(wú)疑問(wèn)，如果他可以看到自己的飛機(jī)起飛，將感到無(wú)比自豪”。 而在該公司官網(wǎng)介紹這次飛行的視頻結(jié)束之后，落款的“ Stratolaunch ”下面，還有一行醒目的字體： 一家保羅·艾倫的公司。
圖丨一家保羅`艾倫的公司（StratolaunchSystems） 巨大的市場(chǎng)與激烈的競(jìng)爭(zhēng)
首飛只是第一步。 “平流層發(fā)射”面臨的不只是來(lái)自本技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)，更有來(lái)自其它技術(shù)路線的競(jìng)爭(zhēng)。除了維珍，從事空中發(fā)射火箭技術(shù)開(kāi)發(fā)的公司和機(jī)構(gòu)還有很多家，但他們最直接的競(jìng)爭(zhēng)將來(lái)自于純火箭發(fā)射的大贏家——SpaceX。 SpaceX 的 CEO 馬斯克曾公開(kāi)對(duì)空中發(fā)射火箭這種技術(shù)表達(dá)過(guò)質(zhì)疑。 他認(rèn)為，飛機(jī)可能只能增加 5% 的有效載荷。對(duì)于 SpaceX 來(lái)說(shuō)，與其再研發(fā)大型的發(fā)射平臺(tái)，還不如把火箭第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)增大 5%。而且，空射飛機(jī)大到一定規(guī)模之后就無(wú)法繼續(xù)變大。此外，火箭釋放之后必須通過(guò)姿態(tài)調(diào)整來(lái)保持穩(wěn)定，為了調(diào)整飛行姿態(tài)，火箭將需要很大的翼面，從而增加重量，降低有效載荷。再有，火箭獲得的速度是水平的，對(duì)于垂直速度的增益貢獻(xiàn)有限。 在馬斯克這個(gè)思路的引導(dǎo)下，開(kāi)發(fā)完成可回收火箭的 SpaceX 已經(jīng)牢牢占據(jù)住了商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射市場(chǎng)上最大的份額。盡管 NASA 一貫重視在所有領(lǐng)域的招標(biāo)環(huán)節(jié)都引入不同的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，但 SpaceX 留給競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的時(shí)間和空間，已經(jīng)不多了。 圖丨商業(yè)航天發(fā)射的市場(chǎng)份額（圖片來(lái)源：馬斯克的推特） 但馬斯克做出上述評(píng)價(jià)的時(shí)候，Stratolaunch 尚未證實(shí)自己的實(shí)力。首飛成功之后，他們必須再加一把力。 首先，他們要做的就將是得到美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）的適航認(rèn)證。一切順利的話，他們將于明年發(fā)射第一顆衛(wèi)星。一旦投入大規(guī)模生產(chǎn)，他們就將為商業(yè)航天提供一種全新的可能。 圖| '平流層發(fā)射'共有 6 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，提供 22.5 噸的有效起飛載荷（來(lái)源：Flickr） |
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