人类历史上的第一次火箭飞行可能是中国明朝的万户,他在椅子上绑了47支火箭,命令仆人同时点燃,试图坐着火箭椅飞上天空。不幸的是火箭爆炸了,把他烧得面目全非,死于非命。不过这个故事在中国的古籍中没有任何记载,而都是来自西方的描述,所以可能只是西方对神秘东方文明古国的杜撰。
而现代火箭的发明者是美国物理学家罗伯特·戈达德,1926年3月16日,在纽约时代周刊的嘲笑声中,戈达德在马萨诸塞州奥本市一片白雪覆盖的甘蓝田里,点燃了他的第一枚液体火箭。火箭飞行了2.5秒,高度达12.5米,飞行56米后坠落在地。这是历史上最重要的一次飞行,戈达德后来被称为现代火箭的奠基人之一,著名的戈达德太空中心就是以他的名字命名。
92年后,液体燃料火箭把卫星和飞船送入轨道已成为太空飞行的常态,那雷鸣般的轰响,巨大的火焰,比楼房还高的火箭巨兽冉冉而起,让每一个观看它升空的人无不瞠目结舌,满怀敬畏。
然而火箭远非完美,甚至可说极为浪费,高达85%以上的质量被用于将火箭、载荷及燃料本身送上天空,而进入太空的有效载荷本身仅占5%左右。不仅如此,火箭发射也极为昂贵,大型火箭每次发射费用动辄上亿美元。既然如此昂贵而又浪费,未来火箭仍是我们通向太空的主要交通工具吗?有没有什么新的方法和技术可以取代它呢?
目前已经提出来的技术有三种。
一是太空电梯。这是最具未来感和最具挑战的技术,目前已有实现的可能,关键就在于高强度的碳纳米管缆绳何时能够研制出来。已有一些公司试图在本世纪中叶建成太空电梯,可以在一个星期的时间里将货物和乘客送到太空,成本只有现在最便宜的猎鹰重型火箭的1/7。
二是星际列车。这是最大胆最酷炫的方案,是一种磁悬浮的太空发射系统。这个方案是在海平面处建造一个超过130公里长的真空管道,出口在海拔3000米到7000米的高山上,太空舱将在管道内被加速,以8.8千米/秒的速度冲进大气层,凭惯性到达太空轨道。这种方案所有的技术都已存在,估计投资在200亿到500亿美元之间,太空货运成本将将从目前的每公斤10000美元,降低到20到50美元,可能开创一个价值达数万亿美元的新产业。
三是JP航空航天公司的黑暗天空站。这个想法是在43000米的高空建设一个永久性的巨大的高空浮动结构——黑暗天空站,利用飞艇将货物和乘客送到天空站后,再用轨道飞艇将载荷提升到55000米高空,然后用轻型低功率离子发动机缓慢加速,将载荷送入太空,估计成本在每公斤310美元左右。
这些想法可能都可以取代火箭将有效载荷送入太空。但现在,马斯克的SpaceX公司已经制造出可重复使用的猎鹰重型火箭,每公斤成本已降至荒谬的1400美元,未来还有可能进一步下降,在这样的情况下,还有必要开发其它的太空交通工具吗?