BEAM太空舱对接空间站 银河系穷游时代到来？

（原标题：BEAM太空舱对接空间站 银河系穷游时代到来？）

出品：科普中国

制作：中国科学院国家天文台 刘博洋

监制：中国科学院计算机网络信息中心

一周前，真人版“钢铁侠”伊隆・马斯克（Elon Musk）费尽千辛万苦，终于在第22次发射时成功在海上平台回收“猎鹰9号”（Falcon 9）运载火箭。实际上，稳稳矗立在驳船上的火箭只讲述了故事的前一半；昨天，由“猎鹰9号”送上近地轨道的BEAM充气式太空舱与国际空间站成功对接，才终于宣告本次发射任务的圆满成功。

图1 运送完BEAM太空舱返回地球的猎鹰9号运载火箭

巧合的是，以“可回收重复利用”著称的猎鹰9号火箭，寄托着人类把往返近地轨道的成本降低100倍的宏愿，而这次由它送上太空的充气式太空舱，也是多快好省建设未来廉价太空世界的一个种子选手。

历来，为应对高真空、强辐射的太空环境和神出鬼没的流星体的撞击威胁，宇宙飞船都是走傻大粗笨的路线。而传统化学火箭造价昂贵，单位质量的发射成本贵比金价，宇航员在太空中只能享受到仅可容身的狭小空间。

BEAM太空舱则不同：使用合成纤维、液晶聚合物、陶瓷纤维等新材料制成的BEAM太空舱，重量仅为1.4吨、发射时体积仅为3.6立方米，入轨后经过充气，可以在几个小时甚至几分钟内“长大”4倍多，形成长4.01米、直径3.23米、容积16立方米的大罐头。

可见，就“可用容积/发射质量”这一衡量太空舱“性价比”的参数来说，充气式的BEAM太空舱真是物美价廉之选。

图2 BEAM太空舱安装在国际空间站后情状示意图

由位于赌城拉斯维加斯的美国私营航天公司、以酒店地产大亨比格罗（Robert Bigelow）命名的比格罗航天（Bigelow Aerospace）设计制造的BEAM太空舱，并不是他们发射的第一个充气式太空舱。早在2006年和2007年，比格罗公司就先后发射起源1号、2号（Genesis I/II）太空舱作为原型舱开展试验。这两架太空舱比BEAM要小一圈，容积有11.3立方米。

图3 太空冒险家、土豪比格罗本尊，左手持的是BEAM太空舱模型

BEAM显然也不是他们将发射的最后一个太空舱：比格罗下一项雄心勃勃的计划是代号为BA330的充气式太空舱，计划于2020年前后发射，重量将达到20吨，充气后容积达到夸张的330立方米。与国际空间站上美国最早、最主要的科学试验舱“命运号实验舱”（Destiny）相比，BA330的“容积质量比”将提升2倍多，与国际空间站对接之后，将把整个国际空间站的内部容积提升30%，能够为多达6名宇航员提供生命维持保障――堪称改善驻站工作人员生活条件的“鬼斧神工”了。

图4 BA330内部结构示意图

而且据称，与BEAM采用类似的非金属舱壁设计的BA330，规避了容易与高能质子碰撞产生大量有害辐射的铝材，其防范太空中高能辐射的能力将与国际空间站相当；由多达30余层陶瓷纤维堆叠而成的舱壁将厚达0.45米，使其具有优于国际空间站的防空间碎片撞击能力，即使不幸被高速太空垃圾穿透漏气，也不会随便爆掉。这使得BA330的设计寿命长达20年。不仅如此，带有独立电源的BA330还可以自给自足，也可以跟多个其他舱段在轨对接，组成一个准“空间站”。

图5 比格罗航天公司的厂房，布设的是BA330太空舱串联而成的空间站雏形

这么豪华的配置，可不光能用来接待游客：比格罗的主要目标客户锁定“主权客户”――众多发展中国家没有独力自主发展航天工程的能力，但面对曙光已然初露的空间科学及应用大放异彩的未来，即使是中小国家也不愿置身事外。比格罗宣称，只要2300万美元，就可以让主权客户派遣的宇航员在比格罗空间站待上30天，开展其所需的空间科学实验，包学费。比起俄罗斯对富豪太空游的要价――4千万美元在国际空间站待一个星期――可要划算多了。

猎鹰9号、蓝色起源这些可回收运载火箭，龙飞船、BA330等廉价航天器，一旦试验成熟，就将大幅降低中小国家、企业和个人进入太空的门槛。实际上，近年来随着商业航天发射市场的发育、一箭多星技术的发展成熟，小卫星市场快速壮大，已经诞生了一大批廉价空间应用项目，让我们不必亲赴太空，也能享受航天技术发展得来的果实。

图6 国际小卫星市场成长趋势

例如曾经轰动TED讲台的PlanetLabs公司，用28架仅重5千克的微型卫星“鸽子”组成环绕地球的小卫星星座，实现对地球上每个地点的“日更”成像，分辨率达到米级。这样的准实时地面成像为农业生产、城市建设、灾害防治等诸多领域的机构和个人提供了宝贵的资料――而实际上类似的小卫星群对地监测项目还有很多。一些国内民营航天公司也不甘落后：笔者就正在参与一个民间小空间望远镜项目的筹备策划。

图7 PlanetLabs通过国际空间站释放的微型卫星“鸽子”入轨场景

去年《火星救援》热映时，笔者曾作拙文《如何正确跟国会要钱》，讲述NASA的载人火星计划如何一次次因预算高企被有司驳回。实际上，就未来的载人行星探索方案，这些年来NASA及领域专家从未放弃精打细算的努力。除了先在火卫一福波斯着陆以降低风险及开销的提议之外，随着火星表面液态水的发现，也有利用火星在地资源来减轻后勤压力的思考涌现。

今日的科技新闻，胜似昨日的科幻小说。随着航天技术的日新月异、人类太空活动廉价化的来临，也许我们终于要突破奥尔德林（Buzz Aldrin）前辈所怨念之“许以火星，报以脸书”的时代了？料想不远的将来，也许到近地轨道感受“地心引力”便是家常便饭，二三十年后来一场阿西达里亚平原的火星独行也非殊无可能；甚至若“摄星”之帆能在本世纪内远航南门二，2154年在潘多拉星球化蝶纳美人也小可期待了【注】。

呃，我是说如果地球没先变成这样的话……

图8 电影《机器人总动员》剧照，2805年的地球轨道被太空垃圾所堵塞

【注】本句所指分别为：电影《地心引力》；电影《火星救援》；霍金所倡“突破摄星”计划；电影《阿凡达》。