“港湾-1”能否成为世界上第一个商业空间站.pdf

太空探率空间站商业化专题港湾-1 空间站染图“港湾-1能否成为世界上第一个商业空间站？文/格鲁什科5月1 0 日，美国初创公司一一“浩瀚”（VastSpace）向媒体宣布，该公司已经与太空探索技术公司签订合同，计划使用猎鹰9 火箭将公司制造的港湾-1 空间站（Haven-1)送入轨道，发射时间不早于2 0 2 5 年8 月，并称该空间站将成为世界上第一个商业空间站。3412023.08 SPACEEXPLORATION空间站商业化专题太空探索随着国际空间站的日渐老化和国际局势的变化，后国际空间站时代到来，美国面临该如何继续在近地轨道维持存在的问题。2 0 2 1 年1 2 月末，美国政府宣布将会延长国际空间站的运营直至2 0 3 0 年，在延长这一迄今为止世界上最大空间站的运营同时，美国政府也在积极寻觅着来自民间企业的空间站服务，希望在未来，美国将能够以购买服务的方式来维持近地轨道业务的开展。近些年来，公理航天公司、蓝色起源公司和山脉空间公司等商业航天公司陆续提出自己的商业空间站计划，希望能够获得来自美国宇航局和世界上对商业航天感兴趣的个人、机构乃至国家的垂青。而在最近，浩瀚公司也加入这一行列。半路出家的创始人2021年才成立的浩瀚公司是一家非常年轻的公司，其总部最初设置于加州埃尔塞贡多市，今年1 月迁到加州长滩市。长滩市以其航天企业密集而闻名，被称为“太空长滩”。浩瀚公司在此处的总部包含两栋楼，总面积超过1 万平方米，虽然该公司目前员工数量不过1 2 0 人左右，但计划在2027年时增加到7 0 0 人。今年2 月份，浩瀚公司收购了另一家总部同在加州的航天公司一一发射器公司。这家公司曾经专注于增材制造，使用3 D打印技术来制造发动机。其创始人和原CEO麦克斯霍特也进入了浩瀚公司并成为公司总裁。麦克斯霍特从出身来讲并不是一个火箭科学家，但是巧的是，浩瀚公司也是一家不走寻常路的企业。浩瀚公司的创始人兼CEO杰德麦卡勒布，前半生几乎与航天没有任何关系。他以软件工程师的身份起步，于2 0 0 0 年开了一家软件公司并靠贩卖一种点对点传送文件的软件来盈利，但是这个软件公司在2 0 0 5 年被美国唱片业协会起诉，于是软件停止运营。2 0 1 0 年之后，杰德逐渐开始从事虚拟货币业务，并靠此类业务生活了1 0 年多，甚至在2 0 1 8 年，杰德还被纽约时报评为2 0 1 8 年引领区块链革命的十大人物之一，之后他于2021年成立了浩瀚公司。在他创业开始2 3 年之后，才算踏足了航天事业。有趣的是，杰德做软件和搞金融的这种经历和埃隆马斯克的早期经历倒港湾-1 空间站与龙2 载人飞船在轨对接染图SPACEEXPLORATION2023.081 35太空探率空间站商业化专题目前，该公司的资金来源由杰德麦卡勒布一人全额资助，据福布斯杂志报道，截止至今年5 月1 6日，杰德麦卡勒布的身价高达2 4 亿美元，他将给公司注资3 亿美元，用这笔资金来推进公司目前规划的两项任务，即港湾-1 空间站和与之配套的第一次载人任务一“浩瀚-1”，一这次任务将把4 名航天员送进港湾-1空间站执行3 0 天的在轨任务。为“猎鹰9”而生的尺寸由于目前浩瀚公司只放出其在近几年的任务规划，空间站的实际建造浩瀚公司的创始人兼CEO杰德麦卡勒布是有几分相像。虽然这位创始人从履历上来看可以算是一个门外汉，但是该公司的另外两位领导和该公司的一些顾问都可以算得上是已经在行业里已经磨炼了很久的人才。除了麦克斯霍特外，浩瀚公司的首席法务官克里斯托卡不可能很快开始，而浩瀚公司在其官网上也表示，在2 0 2 3 年到2 0 2 5 年的波尼奥在2 0 1 1 年就加入了太空探索技主要任务是通过与太空探索技术公司术公司，并在之后1 0 年中，长期为其的共同任务，在轨道上放出多个轨道他航天企业提供法律咨询服务，有着器，来增强其团队的生产运营能力，非常丰富的为航天公司提供法务服务为港湾-1 空间站的各项子系统进行在的经验。而其在官网上公布的4 位顾轨测试，包括生命支持系统、航空电问中，有3 位都有在太空探索技术公子设备、空间站软硬件的测试等等。司内任职的经历。虽然我们没有实际的图片可供参考，VASTHAVENA港湾-1 空间站在“猎鹰9 号”整流罩内状态染图3612023.08SPACEEXPLORATION空间站商业化专题太空探索VSTHAVEN-1港湾-1 空间站对接口染图但我们也可以通过浩瀚公司目前已经放出了的图片和视频来进行分析。港湾-1 空间站目前放出的具体参数如下：长1 0.1 米，宽3.8 米，重1 4 吨，内部加压容积为7 0 立方米，两侧太阳电池帆板的发电功率能达到1 5 千瓦，运行的轨道为5 0 0 千米圆轨道，没有说明具体倾角。从这些已知的参数中我们可以知道，港湾-1 空间站几乎完全是为了用猎鹰9 火箭发射而设计的。我们目前已知，猎鹰9 火箭所使用的1 3 米整流罩内部宽度为4.6 米，能容纳最长1 1.4 米的载荷。从参数上看，浩瀚公司给出的这个宽度并不含太阳能电池帆板和未来可能加在空间站外壳上的天线等等，只是外壳本身的直径，所以港湾-1 空间站的这个体积几乎能完整地利用“猎鹰9”1 3 米整流罩的内部空间。而要使用“猎鹰9”来将港湾-1 空间站送入5 0 0 千米轨道，根据“猎鹰9”的注入能力表，如果该5 0 0 千米轨道的倾角为2 8.5 度，那么“猎鹰9”就需要使用海上着陆模式（ASDS模式）来发射，即一级不返回陆地着陆场而是着陆在漂浮在海上的一级回收船。使用ASDS模式的猎鹰9 火箭的5 0 0 千米轨道运力约为1 6 吨左右，肯定可以满足“港湾-1”的发射需求。如果要问为何使用猎鹰9火箭发射，那么就先问问目前世界上哪个火箭安全性高、发射价格便宜、运力还强大，自然非猎鹰9 火箭莫属。现代的“复古”设计我们再来看看外型设计。相比于浩瀚公司和太空探索技术公司给外界的前卫印象，“港湾-1”的设计却是颇为“复古”的：作为一个预计将在2025年左右发射的空间站，居然只有一个接口！讲到空间站的发展历史，那我们就不得不谈论世界上第一个空间站一一礼炮1 号。礼炮1 号于1 9 7 1年4 月1 9 日发射升空，这型空间站就只有一个轴向接口，发展到后来的礼炮6 号和7 号，都有了两个轴向接口。而美国的第一个空间站，1 9 7 3 年5 月14日发射的天空实验室虽然自始至终都只用了一个轴向接口，但其实第二个径向接口也是可以对接飞船的。如今，国际空间站已经拥有7 个对接接口，中国空间站拥有3 个。对于空间站来说，接口数越多往往意味着能同时对接的航天器或模块越多，对空间站的发展和运营也更为有利。哪怕我们将眼光放到目前已经公布计划的商业空间站上，也会发现“港湾-1”是唯一只有一个接口的空间站。那么，为什么要这样设计呢？从画面中，其实我们不难看出，空间站是完全可以做出第二个对接接口的，但是浩瀚公司将轴向接口的对面一侧设计成了一个圆壳状的窗户，这个设计与2 0 2 1 年9 月1 6 日发射的、用来执行“鼓舞四人组”任务的特制版龙2 飞船上的圆壳状窗户十分相像。这代表这个空间站将主要作为太空游客的目的地，能让登上空间站的乘客们享受到宽广的太空景色。其新闻稿中也提到，在轨驻留的4 人乘员组在空间站逗留的时间将只有3 0 天。这个SPACEEXPLORATION 2023.08137太空探率空间站商业化专题港湾-1 空间站即将与龙2 飞船对接染图时间并不算长，考虑到龙2 飞船的运载能力，在携带4 个人的同时再携带能维持4 人在空间站生活3 0 天的生活物资的问题也并不大，并且港湾-1 空间站也并不打算保持长期有人在轨驻留，所以只拥有一个接口似乎也不是什么大问题。不过，要是遇到比如飞船在轨损坏这样发生概率很低，但是一旦发生就会危及到乘员组在轨生命安全的情况，单接口的设计可能就会带来麻烦。世界上第一个“人造重力”空间站？目前，浩瀚公司并没有放出关于港湾-1 空间站内部设计的染图，我们无从得知其具体设计，不过也可以从新闻稿中窥得一二。在新闻稿中，浩瀚公司表示，他们将利用港湾-1 空间站来进行人工重力实验。在浩瀚公司的官网中，我们可以看出浩瀚公司的长期目标：在本世纪3 0 年代，建立数个1 0 0 米长的可自转产生人造重力的棒状空间站，可驻扎4 0 人；到本世纪4 0 年代，在太阳系的各处建立数个直径未知的圆盘状空间站，这些概念图看起来与2 0 0 1 太空漫游星际穿越中的空间站有几分相似。关于为何要建造人造重力空间站，公司表示，“人体长时间在太空环境中时会面临例如肌肉萎缩、骨质流失，甚至脑损伤等问题，因此必须限制航天员在太空中驻留的时间以减少对其身体的伤害。而通过建造人造重力空间站，可以为长期停留在太空创造一个更适合人体的环境。”如果空间站要产生人造重力，那其中应该会有给乘客体验人造重力的设施，比如2 0 0 1太空漫游中出现的环形走廊，空间站中卧室的床位应该也是靠在空间站的内壁一侧的，这样在启动人造重力时，乘员组能体验到“睡在床上”的奇妙感受。既然谈到人工重力了，我们不妨再来进一步计算一下，如果这个空间站要产生等同于地球的重力加速度，即约9.8 米/秒，那么空间站的转速要达到什么水平不考虑内部墙壁厚度等因素，在此取半径为1.9 米，T值取3.1 4，经过计算我们会发现，空间站的转速必须要达到约2.7 7 秒一转才能产生9.8米/秒的重力加速度。这个转速对于空间站来说实在是太快了，对于空间站内的人来说也是不可能忍受的，因此若要使用港湾-1 空间站来产生人造重力，它所产生的重力加速度必然要远远小于9.8 米/秒？；若只产生月球的重力加速度，约为1.6 3 米/秒，那么转速就可以下降到约6.7 8 秒一转，相比2.7 7 秒一转要慢了很多，但是对于乘员们来说也绝对说不上舒适，甚至可以说是某种折磨。因为如果乘员想要站立在这样的空间站内部，那么他脚部所受的重力会远大于头部所受的重力，人会有一种体内血液往下半身涌，身体有一种想要贴在墙壁上的感觉，而头与脚之间所受重力的不同还会导致人维持平衡的前庭系统紊乱，使人感到天旋地转。笔者认为，如果要在港湾-1 空间站中产生不会让人不适的重力加速3812023.08SPACEEXPLORATION空间站商业化专题太空探索度，根据计算，那么其重力加速度值应该不大于0.5 米/秒2。可能会有人会问，假如想在空间站上体验到和地球上同样的重力，并且不会感到任何不适，那么这个环形空间站该有多大呢？数学给了我们答案，设我们要达到的重力加速度为9.8米/秒，而空间站的转速可以放慢至约每分钟一转，那么环形空间站的半径就要接近1 0 0 0 米，直径将会接近2000米！而国际空间站的桁架长度，也就只有9 4 米而已先迈出第一步目前就放出消息，港湾-1 空间站有着很浓的“抢第一”的味道。总裁霍特在接受采访时表示，这个空间站设计的首要目标是快速开发，空间站本身的设计并不复杂，所以空间站的制造时间也不会很长，因此其可以快速制造并在较短的时间内发射升空。该空间站在发射时会携带人员在轨需要的各类物资，虽然目前只与太空探索技术公司签订了一次发射合同，即浩瀚一1 任务，但是在未来还可以继续签订更多发射任务，港湾-1空间站可以最多接待4 次任务，一次任务持续3 0 天。霍特表示，美国宇航局是他们认为的最大潜在客户，虽然2 0 2 1 年美国宇航局主持商业近地轨道空间站资助评比时，浩瀚公司还没有成立，但是通过快速发射浩瀚-1空间站，让它成为世界上第一个商业空间站，浩瀚公司仍有机会得到美国宇航局的青睐。而在谈到未来的空间站项目时，CEO杰德表示，目前浩瀚公司在密切关注太空探索技术公司星舰的进展，毕竞浩瀚公司未来的空间站需要星舰这样的重型火箭支持才能成真，而未来空间站的建造时间表也会根据星舰的时间表制定。我们可以看出，浩瀚公司的战略是，通过快速建造快速发射，以首先迈出第一步的方式来争取最大金主美国宇航局的支持，然后再通过美国宇航局的支持和与太空探索技术公司的良好关系来支撑其未来的业务发展，然后一