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从前，只有以资金雄厚的、庞大的政府太空计划为后盾，太空之行才能得以实现。但是这一格局已经被第一架非政府组织运作的航天飞机——太空船一号——的创造者打破。
2004年6月21日，太空船一号成为第一个进入太空的私人拥有的航空器。试飞员迈克尔·梅尔维尔(MichaelMelvill)架驶着太空船一号飞至距地球表面100公里高空。飞至这一高度也就意味着，梅尔维尔正式成为了一名宇航员。
太空船一号和白骑士于美国东部标准时间九点四十五分起飞，在飞至大约15,240米的高度时太空船一号与白骑士分离。经过几秒钟的自由降落后，梅尔维尔点燃了太空船一号的混合火箭发动机，发动机燃烧了80秒，将他推入太空并让他在太空中逗留了三分钟。在起飞一小时后，太空船一号就安全着陆了。
在一定程-度上，这艘太空船已经获得成功——在2004年10月4日，它赢得了奖额为1,000万美元的安萨里X奖。要想成为该奖的得主，各独立设计方必须能在两周之内用可重复使用的太空船安全地将三个人送入太空两次。
但该奖并不是开发太空船一号最根本的动力。这艘太空船的创造者们料定，商业性质的太空旅行将极大地满足任何渴望星球探险者的需要，因此会逐渐兴盛起来。
这听起来可能有点异想天开，但不妨想一想查尔斯·林白在1927年独自从纽约飞至巴黎这一具有历史意义的飞行，他曾因此获得了奖额为25,000美元的奥特洛奖。正是林白的这次成功飞行带来了现代航空工业的繁荣。因此，若干年之后，当太空旅行像去趟迪斯尼世界一样平常时，我们再回首太空船一号，可能就会认为这项举措掀开了历史的新篇章。
通过采访马修·吉恩塔(Matthew Gionta)了解到有关太空船一号的资料。马修·吉恩塔是建造这艘太空船的公司ScaledComposites的首席工程师。在本文中，马修将向我们讲述太空船一号的工作原理，以及乘坐这艘太空船飞行的感觉。我们还将介绍相关的设计细节、推进系统，以及造就这一切的由私人赞助的太空计划。
太空船一号（SpaceShipOne）是一架太空飞机，由鲁坦（Burt Rutan）以及美国缩尺复合体(ScaledComposites)公司制造。使用“混合式固体火箭引擎”，有双尾翼以及可变的半三角翼机翼，在不同的阶段机翼会变成不同的状态。太空船一号和航天飞机不同，是先由另一架飞机白色骑士号载上高空后才开始自行飞行。太空船一号的速度不会超过第一宇宙速度，因而无法进入轨道，和美军实验飞机X-15比较接近。
太空船一号进行过多次飞行。2004年6月21日，太空船一号完成第一次私人资本人类太空飞行，并且在10月4日，达成两周之内载三个人（或相等重量物品）作两次高度100公里的飞行，而飞机的替换不得超过空重（除燃料之外的重量）10%的条件，因而赢得1000万美元的安萨里X大奖。飞机发展成本估计为2500万美元由美国微软公司创办人之一保罗·艾伦赞助。
10月4日早晨，在美国加利福尼亚州莫哈韦沙漠中的莫哈维机场跑道上，聚集着几千名航天爱好者以及媒体记者，他们正在等待着
太空船“太空船一号”在一个星期之内的第二次升空。与9月29日首次升入太空时一样，“太空船一号”悬挂在“白色骑士”号喷气式飞机机身下，从莫哈韦沙漠跑道升空。两者同行到相距地面大约14.5公里时，“太空船一号”与“白色骑士”号分离，由试飞员布赖恩·宾尼按下点火按钮，启动飞行器自带的火箭发动机，提速到大约相当于3倍音速，继续向高空攀升。半个小时后，“太空船一号”刺破了大气层。升空大约90分钟后，“太空船一号”滑翔着安全返回到跑道上。返回地面后，“×大奖基金会”官员当场宣布，“太空船一号”此次升空进入了368000英尺（112公里）的高度，达到了他们设立的起点门槛（99.974公里），同时也符合参赛飞船另一要求：必须完全利用私有资金建造、必须率先把3名乘客送上太空并在两周内完成重复发射。因此，成功问鼎1000万美元大奖。
太空船
“太空船一号”的成功不仅仅意味着得到千万美元的巨奖，还在于有望为人类真正实现太空游的梦想。鲁坦说，他的目标是希望到2020年，普通百姓只要花费大约10万美元就可以完成一个往返太空旅游。而在2001年和2002年自费游太空的美国富翁蒂托和南非商人沙特尔沃思，均为此支付了2000万美元的费用。值得一提的是，最喜欢“玩心跳”的英国亿万富豪、维珍集团总裁理查德·布兰森9月27日在伦敦宣布，将在2007年前开辟出世界上首条商业太空航线，把航空爱好者送上太空。布兰森说，维珍集团已经与“太空船一号”的赞助商签署了协议，获得许可使用该公司的技术成果。这意味着三年之后人类将能够实现太空旅游的梦想。
在取得巨大成功之后，鲁坦拒绝透露他的“有鳞合成物公司”为了研制这些飞行器花费了多少资金。这家公司是微软共同创始人之一的保罗·艾伦全额出资资助而成立起来的，该公司的总部就设在莫哈维机场上，目前员工130人。一些分析家估计，整个费用少说也要2500万美元。艾伦除了资助亚轨道载人航天飞行之外，还对寻找外星人产生了浓厚兴趣。今年3月19日，他宣布捐资1350万美元用于寻找外星生命。目前该计划尚未取得任何突破性的成果。
让我们从问题的核心入手：这艘太空船是如何工作的？这次具有历史意义的飞行究竟会是怎样的呢？且听马修·吉恩塔娓娓道来。
一、太空船一号是如何工作的？
马修·吉恩塔：太空船一号吊挂在“白骑士”飞机的腹部下方，这两款航空器都是我们从头开始开发的。白骑士是一款由涡轮风扇发动的飞机，它载着太空船一号飞至13,720至15,240米的上空，这样我们就能从大气层中相对较高的位置开始太空飞行，那里的空气已经相当稀薄了。当我们飞至13,720米的高度时，我们已经穿越了85%的地球大气层。到这个高度，空气就非常稀薄了，所以是非常好的起飞点。我们在这个高度从白骑士上投下太空船，接着它会滑翔10秒钟，同时飞行员开始着手工作，等飞机完全平衡下来就准备用火箭助推；然后他会启动开关，太空船一号上的混合火箭发动机将以两到三倍的标准重力加速度加速推进太空船。它以大约两倍的标准重力加速度加速前行，然后飞行员会立刻开始操纵太空船做一个腾空动作，使飞行方向转为近乎垂直——他几乎是垂直地向上飞行。太空船继续垂直向上加速飞行一分钟多一点的时间。
我们不提供精确的数字，不然，有人可以用这些数字进行反向工程。调整飞机的方位准备重返大气层，我们垂直向上飞行一分钟左右，在发动机的推动下飞了约45,720米。到这一高度，发动机会停止燃烧，但现在太空船正在以超过3,220公里/小时的速度垂直上升，所以它会继续滑翔。从这一高度开始，它又向上滑翔了大约45,720米，直至到达最远点[太空船一号距离地球最远的点]。在快要到达最远点的时候，飞行员转动另一个开关，此开关将驱动某些气动执行机构——它会操纵机尾及机翼后半部分……怎么说呢，你这么想吧，[使它们]折成有点像V字型的形状。使飞机呈V字型，就是要调整飞机的方位，或者说重新调整飞机，以便接下来重返大气层。你已经知道飞行员还在上升，此时他开始用大约15秒钟的时间操纵羽毛——就是飞机的后半部分，我们是这么叫的——向上旋转约65度。然后他会飞至最远点，从发动机燃料耗尽一直到最远点，在这整个期间他的重力加速度都接近于零，确实几乎为零了（失重状态）。然后飞行员开始回落，他回落的抛物线或自由落体轨迹与一块石头的回落轨迹毫无二致。如果有人从那儿扔下一块石头，它会沿同样的抛物线落下。他将沿自由落体轨迹回落，对此他无力改变。如果飞机开始落入大气层并逐渐加速，那么它在最高点的速度接近于零，并且速度会越来越快。当它开始落入越来越稠密的空气时，这架呈V字型的飞机就会展露出其整个腹部，像平落到气流上的腹部一样，这样就会增大它的横截面面积，以便在穿过空气时尽量增大与空气的接触面，达到减速的效果。这样就可以将速度减下来。飞行员在返回大气层时，其减速度大约是重力加速度的5到6倍。当他架着太空船降至15,240米或18,290米左右的高空时，他会转动开关使太空船还原成带机尾的正常飞机形状，并将机尾拉回原位。然后他将太空船从垂直向下俯冲的动作中调换回来，重新开始像飞机一样飞行，就像一架滑翔机一样。在这一高度时他是在滑翔。然后，他从这一高度开始再滑翔约10到15分钟的时间，降落在我们起飞的机场。
二、乘坐太空船一号飞行时的感觉
马修·吉恩塔：它是你坐过的最疯狂的过山车，这么说有剽窃我老板伯特·鲁坦的话的嫌疑，但我觉得他的话把这种感觉形容得非常到位。如果要我来形容向上加速时的那种感觉……你会感到重力在向下拖你。加速度为1个重力加速度，但你实际上是以两倍或更多倍的重力加速度垂直飞行。飞行员能感觉到3倍的重力加速度，用我们的话说，眼珠子都坠下去了；你的背部会感到有三倍于你体重的重量压在上面，因此能体验到非常强烈的向上加速的感觉。在发动机熄火时，此时太空船会产生拖拽作用，但没有了推力，所以你会向前飞行，同时有座位安全带在向后拖拽着你，直至进入太空；如果没有它们的拖拽作用，你就会冲破前窗，飞到太空船前面去。所以此时你就会悬在座位安全带中，这种情况可能会持续5秒钟左右的时间，之后你就会有点像掉下来一样，落回座位。这个时候重力加速度将不断减小，直至最终为零；当你到达最高处时你会有约4分钟的时间处于失重状态，之后你就开始返回了，当你在太空中时，在那里看到的景色极为壮观。你通过近地轨道人造卫星甚至通过宇宙飞船（在其最低的一些高度）看到的一些地球景观，基本上与你透过此太空船的窗口看到的景观完全一样。我们的网站上也提供了一些引人入胜的镜头…………[你会]有几分钟处于失重状态，然后你就开始返回大气层。你会高声尖叫，耳边轰隆隆的声音不绝于耳，身体也开始晃动，你会体验到数倍于重力加速度的加速感觉，最高时可能会达到6倍的重力加速度。那时连保持清醒都非常困难，但如果你的心理素质很好并且受过相关的训练，你可以做到这一点。之后，你会像滑翔机一样飞离太空，这真的是一段很平静的滑翔。返回时你还有15分钟左右的时间可以用来观光，这时你会意识到自己刚刚去了趟太空。你会获得一枚宇航员飞行章……飞到这个高度就有资格成为一名宇航员了。
马修·吉恩塔：很酷，对吧！我们认为会有很多富人愿意支付我们预计的价格，到太空走一趟。这么说，你们的打算自然是，最终使这一价格越来越实惠，直到……
马修·吉恩塔：是的，谁知道它会发展到什么地步呢？或许它会发展成轨道太空旅行，对吗？我认为发展到这一步是合乎情理的。到太空度个小假有点酷吧，难道不是吗？
太空船一号无法单独飞往星球。它需要借助于一艘名为白骑士的运载飞船。从地面发射太空船是太空旅行中费用最高、危险性最大的工作之一。单是地面发射所需燃料的成本就极其浩大。为了简化这一过程，太空船一号在大约15,240米的高空从白骑士的腹部进行发射。
白骑士于2003年4月首次亮相，它是一款配有两台涡轮喷气发动机的高空研究用飞机。它的主要任务是作为空中平台将太空船一号发射到太空中。这已经不是科学家们第一次关注亚轨道载人太空飞行了。1961年，飞行员约瑟夫·沃克(Joseph Walker)驾驶实验机X-15A飞至107,960米（108公里）的高度，实现了亚轨道太空飞行。与太空船一号一样，X-15也是在高空从运载飞船（那次飞行采用的是B-52军用机）上发射的。
白骑士将太空船一号挂在腹部，像飞机一样从标准的飞机跑道上起飞。这两艘飞船在白骑士的动力推动下一起飞至预定高度。之后，白骑士会松开太空船一号，然后渐渐地飞走。脱离白骑士后，太空船一号就开始了其亚轨道太空之行。
为了提高效率，白骑士还承担了另一项非常重要的任务。白骑士采用与太空船一号完全相同的座舱、航空电子系统、电子控制系统、气动装置、平衡伺服机构、数据系统和电气系统。这使得白骑士成为训练飞行员的绝佳飞船，从而使他们具备驾驶太空船一号的能力。
为了进一步增加太空船一号飞行员训练的真实感，白骑士的设计采用了很高的推重比和制动力强劲的减速板。这些特征有助于模拟太空飞行动作。
作为一架飞机，白骑士本身就是一架不折不扣的卓越飞机。ScaledComposites称，白骑士的独特设计还使它非常适合“侦察、监视、气象研究、数据中继、电信、成像以及微型人造卫星的助推发射”。
ScaledComposites是这样描述太空船一号的：一艘“乘载三人的高空探索火箭，专为100千米高的亚轨道飞行而设计。”或许太空船一号最令人惊叹的一点是，它事实上在飞行过程中变换成三种不同的构形。这些构形使太空船一号能在推进、入轨和着陆时调整为理想的形状。尽管在技术上它是一艘太空船，但在飞行过程中大部分时间它都是在地球的大气层中飞行。其中最为突出的一种构形就是“羽毛”。太空船一号的设计原理是要像一只稳定的羽毛球一样重返大气层，然后像一架飞机一样滑翔并着陆。机翼的高宽比超低，只有1.7，翼展约为5米。
这种尺寸是根据以下要求设计的：在水平发射后要提供足够的升力使太空船旋转成上升姿势，并使太空船能以传统的滑翔方式停靠和着陆。在上升至最高点时，机翼的尾部和尾桁（同样总称为“羽毛”）会向上转动。当这艘太空船开始重返大气层时，在羽毛的作用下，它稳定成平伸姿势，板状的机翼与气流成直角。这样，所产生的拖拽力相对于太空船重量（不含燃料）而言就非常大，使峰期的摩擦生热作用得到了缓和。太空船一号用传统的石墨环氧复合材料建造，也限量使用了高温环氧树脂。温度较高的部件都“涂抹”上简单的烧蚀防热层加以保护。在试验团队设想的最糟糕的情况下，机身可能会烧坏，但乘员将安然无恙。太空船一号从大气层中很高的位置垂直发射到太空中。它在火箭推力的作用下沿弧形轨迹飞行，飞至弧形轨迹的最高点后，它就失去了动力，然后会落回地球。为了减慢它下降的速度，太空船一号会变换成与气流接触面积最大的一种构形。这样就会产生极大的拖拽力，从而减慢太空船下落的速度。
就太空船一号所凝聚的创新而言，这只是冰山一角。 太空船一号的创新技术特点：
在空中发射；
采用惯性导航系统(INS)/全球定位系统(GPS)导航和飞行指挥仪；
采用含氮橡胶制成的混合火箭推进系统 ；
采用石墨/环氧树脂主结构 ；
机舱可以乘载三人，“与海平面齐平，穿衬衫即可”；
前舱可拆除，便于紧急逃生；正常进出时使用侧面的塞拉门 ；
采用双层玻璃窗，机门及控制机构采用双道密封 ；
采用新式低维护热防护系统 ；
以“羽毛”构形进入大气层 。
不能买一个现成的火箭发动机，将它安装到太空船中，因为根本不存在这种符合我们要求的发动机。我们只能从头开始开发自己的火箭发动机。对于一家从未生产过火箭的公司来说，这是一项令人望而生畏的任务。设计者从外部供应商得到了一些帮助，但构形确实是他们自己设计出来的。
太空船一号采用Scaled公司称为混合发动机的一款发动机。之所以称为混合发动机，是因为它结合了固态和液态火箭发动机的基本要素（请参阅火箭发动机工作原理）。这一点成就了该款能够将太空船一号加速至两倍声速的独特发动机。而它为做到这一点而燃烧的燃料更为有趣。
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所有类型的火箭燃料都由两种成分组成：燃料和氧化剂。通过向燃料输送大量热量，然后再加入氧化剂，就会持续产生爆炸反应，从而将飞机推入太空。在固态火箭燃料中，氧化剂植入燃料中；在液态系统中，这两种成分在飞机中分开储藏，在点火时再混在一起。后一种系统存在的问题是，传统燃料和氧化剂储藏起来成本很高，并且也会有危险。为了降低成本和风险，太空船一号采用端羟基聚丁二烯（轮胎橡胶）和一氧化二氮（笑气）的混合物作为推进剂。这种橡胶用作燃料，笑气用作氧化剂。笑气的固有特性帮助该项目节省了不少费用。一氧化二氮在室温下会自动加压。因此，无需再为太空船一号装备一套用来在飞行过程中将氧化剂与燃料混合起来的复杂的泵和管路系统。
太空船内部是一个小座舱，直径为152厘米，可以从太空船的前端进入这个座舱。这个座舱是一个密封的压力容器。加压后，座舱与其附近的亚轨道太空的真空之间会产生压力差。内部压力对飞机的结构向外施压，从而使之能够承受在重返大气层时作用于其上的强力。座舱进行了双重密封，整个结构由另一个能承受太空环境的壳体包围着。太空船一号有许多窗口，每个窗口都由专用的双层玻璃制成，单是一层这样的玻璃就能够承受飞行过程中的压力和冲力。这种双重防护可以确保在任一窗口发生破裂的情况下，乘员仍会安然无恙。座舱内的空气经过三元系统的处理后，可以呼吸。氧气瓶会按固定的速度向座舱内输送可以呼吸的空气。呼出的二氧化碳由一个吸收器系统排出座舱，湿度则由另一个用来吸收空气中水汽的吸收器来控制。在整个飞行过程中，座舱一直都会很舒适、凉爽、干燥。用Scaled公司的话说，整个系统会营造出一种“穿衬衫的环境”。由于太空船一号的座舱采用这种设计，因此乘员乘坐它时无需穿太空服。
设计者自行开发了用来导航垂直飞行的航空电子系统和显示装置。这艘太空船就是由飞行员看着显示屏手动操纵的，就像飞机飞行员一样。这有点独特。航空电子系统至关重要，它还需要做到非常精准，只有这样飞行员才能操纵自如。
能够飞得比声速还快的飞机在设计方面有着与众不同的特点和要求。若要使飞船做到既能以声速又能以超声速飞行，设计师们需要特别注重性能、空气动力学、荷载特征、稳定性和控制等方面的问题。建造和测试这种飞船所需的设备并没有完全现成的技术。并且这种设备绝非廉价之物。吉恩塔解释道：我们所做的一切都是为了证明亚轨道太空旅行能够以很低的成本实现，为此，我们始终得倾向于选用最简单但最可靠的办法来解决我们所遇到的任何问题--而且始终要尽量压低成本。所以这一点很重要。在很多情况下，Scaled团队必须开发使太空船一号正常运转所需的工具和专用部件。为了举例说明这一点，吉恩塔解释了太空船一号中经过彻底改造的反作用控制系统的工作原理：
当我们来到太空时，你要做的就只是沿某一方向放出一股气，借助其反作用力的推动向反方向行进。这就是 [反作用控制系统]的大致原理。我们在太空船上装了一些用来储存高压空气的瓶子，假如我们放出一小股空气，放气时间大约为一秒钟，比方说，在右翼尖上向上放这股气。那么在太空中这就足以将这个翼尖推下来。所以它能有效地转动飞机，这就是你身处太空时的控制方式。太空船或宇宙飞船采用了相同的方法，只不过我们的控制规模要小得多，所需的费用也要低得多。因此我们必须开发出一套这样的系统。我们制作了一个基座固定、功能完备的模拟飞机，这样我们就可以确定我们的反作用控制系统的尺寸。其他一些挑战则存在于从空中发射太空船方面：从空中发射另一个航天器--这又是我们之前从未做过的事情……其他飞机[如]B-52经常会投下航天器，但我们从未做过这种事，所以这也有一定的挑战性。还别说，我们的目的还真达到了。到目前为止，我们的运气都还不错，而我也不知道我们的运气为何如此之好，也许我们清楚自己在做什么吧。谁知道呢？
ScaledComposites的首席执行官伯特·鲁坦(Burt Rutan)和微软创始人之一保罗·加德纳·艾伦(Paul G.Allen)率先做出行动来证明安全而经济的商业太空旅行是可以实现的。他们的行动体现在一个由私人赞助的尚不成熟的太空计划上，也就是这个名为“一级”的计划。
鲁坦在航空工程领域建树颇多，并因此而闻名。航行者(Voyager)号飞机就是他众多设计作品之一。航行者号是第一架中途不加油即可完成环球飞行的飞机。作为团队的带头人，鲁坦致力于建造一艘能将人载入亚轨道太空的飞船，以此来证明“一级”计划是一个可行的太空计划。艾伦尽力提供完成这一任务所需的资金、资源和支持。他们二人携手担当推动商业太空旅行的代言人。艾伦对该计划及努力实现这一计划的人的信任是显而易见的：
太空船一号的每一次飞行都证明了相对较少的私人资金可以大大拓展商业太空技术的空间。伯特·鲁坦及他所带领的ScaledComposites团队在没有政府支持的情况下率先开展这种太空行动，并取得了令人惊叹的成就。
鲁坦及他所带领的ScaledComposites团队是从头开始开展这一太空计划的。仅用不到30个人，在短短几年的时间内，“一级”计划就已经拿出了这个行业最具创新性的一些设计。我们的概念机设计工作开始于1996年，在1999年开始进行一些初步的开发。我们的全面开发计划是在2001年4月份秘密开始的。这些范围广泛的实验性研究工作构成了完整的载人太空计划。它囊括了所有的新硬件，包括一架发射飞机[白骑士]、一艘乘载三人的太空船[太空船一号]、一套混合火箭推进系统、一台移动推进试验设备、一个飞行模拟装置、一台惯性导航飞行指挥仪、一个移动太空行动控制中心、所有航天飞机系统、一项飞行员训练计划和一整套飞行试验计划。我们所有的硬件部件都是实物大小，均具有不折不扣的性能，可直接在太空行动中使用，而不是实体模型或临时航天器。
太空船一号的规格：
机组员：一名驾驶（共可载三人）
长度：5米
翼展：5米
中心直径:1.52 m
翼面积：15平方米
空重：1200公斤
荷载:3600公斤
最大离陆重量:未知
动力:1xN2O/HTPB SpaceDev 混合式 固体火箭引擎
7,500kgf(74kN)冲力.
Isp值: 250s (2.5 km/s)
燃烧时间:87秒
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