X奖背后

作者:花边佩里

照片由安萨里X奖提供

人类历史上充满了冒险家的故事,他们抓住机会,冒着生命危险,投身到未知的深处。由于他们的努力和野心,我们现在似乎可以进入地球上最神秘的地方:最深的地方热带雨林最黑暗的洞穴,最高的山峰和天空本身。现在,我们不断探索的需要必须被另一个领域所满足:太空。

但西大荒的日子不同,当先锋自由设定为荣耀或金只有一个包背上和一双合适走路的鞋,这种新边疆的探索需要相当多的更多的钱,所以仅限于精英政府机构——直到安萨里X大奖

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在本文中,我们将介绍“新太空竞赛”这太空飞船2004年10月4日赢得了1000万美元的奖金这些都没有政府资金,火箭部件美国国家航空航天局或者是一个专门负责私人太空飞行的内阁职位。我们还将讨论竞赛中涉及的其他团队和技术,以及这场竞赛对未来太空旅游意味着什么。

安萨里X奖是什么?

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太空运输的埃里克·梅尔带着两级火箭
照片礼貌航天运输公司

那么,安萨里X奖到底是什么?简单地说,这是一场承诺奖金为1000万美元第一个注册团队:

  • 建造一艘能够搭载三个成年人(每人身高188厘米[6英尺,2英寸],体重90公斤[198磅])的宇宙飞船。
  • 将搭载三名即将成为宇航员的宇宙飞船发射到100公里(62.5英里)的高度,这是国际公认的亚轨道空间开始的高度。
  • 将宇宙飞船安全返回地球——宇航员没有骨折,飞船没有严重损坏等。
  • 在两周内用同一艘飞船重复飞行,更换不超过10%的飞船部件(除了燃料),这样就把飞船归类为一个可重复使用的运载火箭(RLV)投放。

这一壮举必须在2005年1月1日之前完成,因此“太空船一号”获得了大奖,而且还有很多空余时间。除了现金钱包外,获胜者还获得了一座高5英尺(152厘米)、重200磅(90.7公斤)的铜质奖杯。(见安萨里X奖奖杯来看看设计。)

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不接受任何政府的财政援助——这意味着没有政府拨款,没有政府补贴,没有NASA的飞船和NASA的部件。不缺乏私人捐助者然而,。这些明星云集的贡献者包括微软联合创始人保罗·艾伦(Scaled Composites公司的SpaceShipOne),最初的太空游客和百万富翁丹尼斯·蒂托,查尔斯·林德伯格的孙子埃里克·林德伯格,前宇航员和美国参议员约翰·格伦,作家汤姆·克兰西和演员汤姆·汉克斯。

来自世界各国的人们能够竞争X奖,来自7个国家的20多个团队注册。参赛者必须提交1000美元的注册费,以及对拟议车辆和任务的详细描述,并且他们必须同意遵守上述规则和规范(查看所需的具体文件,请参阅安萨里X奖:注册为一个团队).

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监管障碍

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测试达芬奇计划火箭
照片礼貌达芬奇的项目

在正式登记成为X奖参赛者之后,计划和建造宇宙飞船的所有挑战都随之而来,准备发射的团队面临着另一个障碍:发射许可.大多数国家都要求有许可证才能将任何飞行器发射到空中,而将物体发射到太空并返回肯定属于这一范畴。在美国,联邦航空管理局(FAA)要求实验飞机证书和一个空间发射许可证.申请表相当简单,但接下来的过程却不简单:FAA的申请人清单分为四个阶段,其中包括与FAA官员的频繁会议和定期检查项目进展。

另一件需要记住的事情是:根据美国联邦航空局(FAA)的说法,你不能在自己的后院建造并发射亚轨道火箭。发射只能在政府和私人资助的特定地点进行联邦航空局:发布网站); 然而,根据X奖规则,一个团队不能使用政府网站,除非它对所有团队开放(包括来自其他国家的团队)。

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美国只颁发过两次亚轨道载人火箭发射许可证,都是在过去六个月内颁发的。X Prise基金会(X Prise Foundation)要求在60天内发出通知,再加上获得FAA批准所需的时间,时间是至关重要的。

因此,许多团队在他们的航天器开发中取得了很大的进展,但未能在2005年1月1日的最后期限之前做好发射准备。然而,他们的想法和技术创新将继续存在。在下一节中,我们将看看参与安萨里X奖的一些团队。

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团队:成功的飞行

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飞行员迈克·梅尔维尔在太空船一号上
照片由安萨里X奖提供

安萨里X奖获得了来自俄罗斯、加拿大、罗马尼亚、以色列、英国、阿根廷和美国等不同国家的团队。与大型航空航天公司会积极参与的预期相反,许多团队的公司是在比赛宣布后成立的,团队通常由创始人组成。当Scaled Composites的Spaceship One获奖时,有20多个团队注册。大多数人只是成功地完成了设计或建造了航天器,但也有少数人用演示火箭进行了试飞——有些成功,有些则不太成功。以下是成功案例的分类:

赢家:Scaled Composites LLC

加州莫哈韦

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车辆:太空船一号,一枚16.4英尺(~5米)的火箭从航母“白骑士”上发射到空中

队长:伯特·鲁坦

网站:www.scaled.com

这艘船

设计:基于德国V-2的两级火箭


长度:第一阶段82英尺(25米),第二阶段16.4英尺(5米)


小屋:加压到你可以穿短袖衬衫感到舒适的程度


数量的引擎:两个涡轮喷气发动机(第一级),一个火箭(第二级)


推进系统:加力发动机(一级)、混合动力发动机(二级)


推力: 7700英镑(第一阶段)


反应控制系统:冷加压CO2气体


飞行


发射地点:加州莫哈韦


提升方法:航空公司飞机


上升时间: 60分钟


高度在点火:53000英尺(约16000米)


上升时的最大加速度: 3至4 g(重力)


发动机熄火时间: 65秒


最大速度:马赫数3.5


最大高度:62英里(约100公里)


失重条件下的时间: 3.5分钟


返回的方法:弹道


下降加速度:最大5 g;超过4克,持续20秒


登陆方法:无动力的水平


总持续时间: 90分钟


起降距离:0英里
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太空飞船

要了解更多关于太空船一号及其飞行的信息,请看太空飞船是如何工作的

GoldenPalace.com太空计划

达芬奇的项目

多伦多,加拿大安大略省

车辆:野火一枚16英尺(~9米)的火箭从一个巨大的氦气球

组长:Brian Feeney

网站:www.davinciproject.com

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达芬奇火箭
照片礼貌达芬奇的项目
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达芬奇火箭开始建造了
照片礼貌达芬奇的项目
飞行

提升方法:可重复使用的氦气球


上升时间: 90 - 120分钟


高度在点火:70-80000英尺(21336-24384米)


定位在点火: 75度;8秒后90度


上升时的最大加速度: 3.5克


发动机关闭时的高度: 206,000英尺(~62,800米)


发动机熄火时间: 90秒


最大速度:每小时2670英里(约4300公里)


最大高度: 377000英尺(115公里)


失重条件下的时间: 3.5分钟


返回的方法:客舱和推进部分分别进入


下降加速度:最多6.75克,超过3克持续20秒


登陆方法:降落伞在降落到安全气囊上之前被释放


总持续时间: 90 - 110分钟


离起飞地点的着陆距离: 31-62英里(50-100公里),视风向而定
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达芬奇团队
照片礼貌达芬奇的项目

高空研究公司(HARC)

阿拉巴马州的亨茨维尔

车辆:解放者它是一种40英尺高(约12米)的火箭,从远洋船只垂直发射

队长:蒂姆·皮肯斯

网站:www.harcspace.com

这艘船

设计:基于德国V-2的两级火箭


长度: 43英尺(约13米)


直径:4英尺(约1.2米)


起飞重量: 10,000磅(~4,500公斤)


小屋:用宇航服加压


引擎两种液体,一种混合物在逃生塔里


推进系统:煤油/液氧压力供给火箭发动机


燃料和氧化剂:液氧


推力: 24000磅


反应控制系统:冷气体推进器


飞行


发射地点:远洋驳或船


提升方法:火箭发射持续57秒;客舱滑行至107公里(约66英里)


上升时间: 189秒


高度在点火: 0英尺


定位在点火:在垂直两度以内


上升时的最大加速度: 5克


发动机关闭时的高度: 29公里(约18英里)


第一阶段发动机切断的时间: T + 57秒


最大速度:每秒1263米(~每秒4144英尺)


最大高度: 107公里(约66英里)


失重条件下的时间: 4分钟


返回的方法:弹道


下降时的最大加速力: 5克


登陆方法:降落伞降落到海里


总持续时间:10分钟


离起飞地点的着陆距离:16公里(约10英里)

罗马尼亚航空航天协会

罗马尼亚航空航天协会

罗马尼亚,拉姆尼库·瓦尔恰

车辆:Orizont这是一枚55.7英尺(17米)高的火箭,从地面垂直发射

组长:Dumitru Popescu

网站:www.arcaspace.ro

这艘船

设计:一级垂直发射的火箭


长度: 55.7英尺(17米)


宽度(跨度): 4.3英尺(1.3米)


起飞重量:15430磅(7000公斤)


小屋:加压至1 atm


数量的引擎: 4


推进系统:非制冷,泵供电


燃料和氧化剂: HTPB,双氧水


推力: 27000磅


反应控制系统:过氧化氢,小推力发动机


飞行


提升方法:垂直起飞


上升时的最大加速度: 5克


发动机关闭时的高度:超过130,000英尺(约40,000米)


发动机熄火时间:T+220秒


最大速度:每小时2900英里(每秒1300米)


最大高度:超过62英里(100公里)


失重条件下的时间: 2分钟


返回的方法:降落伞在2.5英里(4公里)处释放


下降加速度: 4 g


登陆方法:降落伞复苏


离起飞地点的着陆距离: 31.3英里(50公里)

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团队:失败的飞行

照片礼貌航天运输公司

航天运输公司

福克斯,华盛顿

车辆:卢比孔河,一个22英尺(~6.7米),7发动机火箭从一个可移动平台发射

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队长:菲利普·斯托姆和埃里克·梅尔(合伙人)

网站:www.space-transport.com

看到MSNBC:太空竞赛火箭爆炸

犰狳航空

豆科灌木,德克萨斯

车辆:黑色犰狳,一枚从地面垂直发射的24英尺(约7米)的火箭

队长:约翰·卡马克他是流行的第一人称射击游戏的创造者重返狼穴3 d(1992),厄运(1993)和地震(1996)

网站:www.armadilloaerospace.com

看到太空网:犰狳航空公司的X奖原型机坠毁

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小火箭科学

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达芬奇团队的最终原型准备工作
照片礼貌达芬奇的项目

要了解X奖团队面临的挑战以及他们为克服这些挑战而设计的个人解决方案,您可能需要复习一些基本的火箭科学。(如果你想学习更广泛的火箭科学课程,一定要去看看火箭发动机是如何工作的.)

在创建太空火箭时,你需要知道两件主要事情:

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  • 轨道力学-这些是任何受影响的移动物体行为背后的基本原则重力,包括人(在地球的大气层)卫星绕地球运行的行星全球定位系统(GPS)你车里的系统能正常工作,即使是行星大小的物体原子
  • 推进系统-总而言之,火箭就是靠这些来运转的。为了对抗地球表面的重力,航天器的推进系统必须在相反的方向产生相当大的力。这个力叫做推力.推力是由推进剂(或燃料)经常爆炸的燃烧产生的,它可以包括日常生活中的东西汽油或者轮胎橡胶。火箭重量越重,需要的推进剂越多;但是,需要的推进剂越多,火箭重量就越大,因此火箭的设计必须仔细规划。

这两个基本元素对复杂的安萨里X奖宇宙飞船的影响就像它们对高尔夫球一样简单。当高尔夫球手挥杆时高尔夫俱乐部作为推进系统,将高尔夫球推向高空,朝着挥杆的方向飞行。因为它从侧面被击中,所以在返回地面之前会形成一个又长又宽的弧线。如果球能从底部被击中,它会直接向上——这对高尔夫球手来说毫无意义,但对火箭科学家来说很好。

推动火箭或宇宙飞船进入亚轨道的传统方法是点燃飞船下方的推进系统,将其垂直向上推进。一旦达到燃尽(所有燃料耗尽的点),火箭会继续上升很短的时间。当它由于缺乏推进剂而减速时,它开始形成一个弧——这是它到达最高点(或高度)的地方,被称为远地点. 然后它开始下降,完成弧,直到它以直线下降回到地球表面。为了防止火箭在撞击时被摧毁,许多火箭都配备了降落伞以减缓坠落。

有足够的资源家庭火箭专家.在美国各地的业余商店里,初学者可以用5美元到150美元的价格买到带引擎的火箭套件。对于真正的火箭爱好者或初出道的火箭科学家来说,可以购买到高功率的火箭,其飞行高度可与商用飞机媲美——超过3万英尺(9144米)。给聪明人的一句话:使用这些和h级火箭需要国家火箭协会批准是有原因的——这些发射可能很危险。联邦航空局也可能需要批准。

在下一节中,我们将介绍X大奖赛中使用的一些技术,并详细介绍顶级团队的飞行计划。

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“新太空竞赛”策略

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连接在运载火箭底部的太空船一号(后面是另一架飞机)

飞船的设计和团队的起源一样多样,利用了既成熟又创新的技术。

传统的策略

有几个团队采用了“陈旧但不错”的策略,将他们的亚轨道火箭建立在早在20世纪40年代开发的技术基础上。一个流行的设计是模仿德国v - 2这是一种二战时期的火箭,为了不被敌机发现和摧毁,它从地面垂直发射到地球的平流层,是世界上第一枚弹道导弹。为他们的航天器选择这种模型的团队,例如加拿大箭首先,火箭必须足够大,能够搭载三个人,而且当火箭着陆时,乘客不能爆炸。为了解决这个问题,一些团队将火箭和运载火箭分开,将发射变成了一个两级事件. 第一阶段是从地面升空,飞船由主火箭发动机推动。在第二阶段,飞船的舱与底部分离,由自己的发动机推动进入亚轨道。就加拿大箭头而言,这两个部分配备了降落伞为了减轻着陆的压力。

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高的野心

比赛中最成功的球队采取了稍微不同的策略。基于从地球表面发射的难度是从高空发射的两倍这一原理,Scaled Composites和达芬奇项目分别开发了一种运载飞机和一个巨大的氦气球从天空发射的航天器。这些高空发射减少火箭所需燃料的数量(这是降低重量和成本的主要因素),因为火箭进入亚轨道的距离更短,稀薄的空气提供的阻力小于地球表面。复合比例”太空飞船“白骑士”号在约45000英尺(约13700米)的高空从航母上起飞,进入亚轨道,切断引擎,在失重状态下对地球进行了3分钟的观察,然后降落到地球上,造成空气动力阻力,使其速度减慢(看到太空飞船是如何工作的查询该航班的详细资料).

达芬奇计划使用了一种稍有不同的方法,将其宇宙飞船悬挂在空中可重复使用的氦气球直到到达80000英尺(约24400米)时,发动机才点火。由于直接向上推进火箭会摧毁气球(取消进入资格),GPS引导的飞船首先以75度角射出清理气球,然后改变成90度的轨道,直接进入亚轨道。随后舱室与底部分离,经过三分钟的失重和令人敬畏的视野后,在使用时垂直坠落到地球降落伞在两个部分上,以阻止坠落。

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达芬奇发射气球
照片由安萨里X-Prize提供

创新的工作

一些更独特的设计没有进入飞行测试阶段,但肯定值得“E”的努力。美国Discraft来自俄勒冈州波特兰市的一名科学家突发奇想,想要建造一个直径100英尺(约30.5米)的雕像。“高超音速波浪飞行器”飞碟.理论上,这艘船(称为太空游客)将以每小时60英里(约97公里)的速度从跑道上水平起飞然后将空气通过船的排气来产生推进力和转向力。

在下一节中,我们将讨论未来的发展,以及安萨里X奖选手的努力将带来什么。

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太空旅游

那么,所有这些火箭科学对普通人意味着什么呢?首先,这意味着太空旅游能在我们看到之前就被广泛使用吗飞行汽车我们以为现在该开车了。

X奖参赛者的发展和努力加快了这一冒险活动的时间表,并有可能降低成本。根据X Prize创始人迪亚曼蒂斯引用的市场研究报告,多达1万名美国人愿意支付高达10万美元的费用,搭乘亚轨道宇宙飞船——当然,问题在于,这笔费用能否弥补成本和利润。这位X大奖的主席兼首席执行官将不久的未来太空旅游等同于20世纪20年代的“巡回演出”,当时人们成群结队地去找自由飞行员,并向他们付费。根据戴曼迪斯的说法,X奖的比赛是三个发展阶段中的第一个私有化载人航天工业

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  1. 研究和开发-航天器概念化、设计、制造,然后测试。这个阶段发生在安萨里X奖期间。
  2. 训练有素的参与-乘客须接受训练,了解在实验宇宙飞船中飞行可能涉及的风险,并在飞行前签署免责声明。在这一过程的安全性得到公众批准之前,还需要进行2000至3000次航班,这使下一步行动成为可能。
  3. 政府认证的-航天器和制造商要经过美国联邦航空局严格的批准程序,在最终获得公共安全认证之前,最终的成本可能高达研发成本的100倍。

除了太空旅游外,预计安萨里X奖运载工具还将提供廉价的卫星发射、更快的点对点旅客旅行和当日国际邮件递送。天空才是真正的极限。

有关X奖、私人太空飞行、太空旅游和相关主题的更多信息,请查看下一页的链接。

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