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2021年6月17日，“长征”二号F运载火箭成功发射“神舟”十二号载人飞船。随后，飞船成功与中国空间站“天和”核心舱的前向端口对接，航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波先后进入核心舱。7月4日，3名航天员协同配合，进行了中国空间站首次出舱活动，刘伯明成功出舱后说的第一句话是：“哇！这外面太漂亮了！”这句话引起了大众对太空旅游的热烈向往。
目前，中国载人航天工程“三步走”战略进入第三阶段：建设和运营空间站，这是中国载人航天史上的又一壮举。与此同时，国外的航天载人活动（亚轨道太空旅行）也在如火如荼地进行。2021年7月11日，英国维珍银河航天公司的创始人理查德•布兰森及3名公司的有关人员，搭乘“白骑士二号”/“太空船二号”亚轨道飞机，率先成功进行了亚轨道飞行。
图1 维珍银河公司首次商业飞行的乘客
图2 蓝色起源公司首次商业飞行的乘客
接着，7月20日，美国亚马逊和蓝色起源公司的创始人杰夫•贝索斯和他的弟弟，以及一位82岁高龄的女飞行员和一名18岁的荷兰学生，乘坐“新谢泼德”火箭发射的飞船飞上100km外的地球亚轨道空域。1969年7月21日，“阿波罗”飞船登上月球时，贝索斯只有5岁，自那时起他就立志要当一名航天员，经过52年的努力，这位世界首富终于如愿以偿了。
维珍银河公司和蓝色起源公司的运载系统完全不同。前者用常规飞机发射一架以固液型火箭发动机为动力的高空飞机，后者用以液氢液氧发动机为动力的可垂直回收火箭发射一艘飞船，但不管是高空飞机还是飞船，其最大速度都只达到约3倍声速，只能进行亚轨道飞行，尽管如此，这两家公司都付出了20多年的努力。维珍银河公司所用“太空船二号”的前身是“太空船一号”，它在2004年就3次成功飞到100km的高空，但是其商业化道路充满了风险，2014年曾发生过一次机毁人亡的事故，维珍银河公司在经历挫折后重新出发，最后取得胜利。蓝色起源公司成立于2000年，经过十多次的飞行试验才走到今天。
一、太空旅游的类型与发展
太空旅游具有很高的社会价值，可以帮助人们实现自古以来遨游太空的梦想，并在这个过程中让人们认识太空、认识地球、认识自己。美国将体验太空风光的感受称为“总观效应”（Overview Effect）。许多航天员从太空看向地球时，都会感叹太空的浩瀚、地球的美丽和自己的渺小，从而意识到保护地球家园的重要性。此外，乘客在太空中将感受到在微重力环境下活动的许多乐趣。
众所周知，当飞行器的速度达到第一宇宙速度即7.9km/s以后，飞行器就可以绕地球做匀速运动，这也是所谓的入轨。飞行器进一步达到第二宇宙速度即11.2km/s之后，就可以克服地心引力飞向太阳系的其他行星。由此，可以把太空旅游分成三大类：第一类是不入轨的亚轨道太空旅游；第二类是入轨的到达第一宇宙速度的地球轨道上的太空旅游；第三类是接近第二宇宙速度或超过第二宇宙速度的太空旅游，如到达月球轨道、月球、火星等的深空旅游。由此可见，人类太空旅游的边界将会不断扩展。
无论是维珍银河公司还是蓝色起源公司，目前实现的太空旅游都是亚轨道太空旅游，即第一类太空旅游，飞行器分別达到86km和100km的高空，能出现4min的失重环境，并能让乘客在太空俯瞰地球的美景。现在这两家公司发展的商用技术无疑将加快亚轨道太空旅游市场的开发速度，并将促进低成本的重复使用天地往返运输系统的发展，为将来实现更远的太空飞行做准备。
例如，贝索斯认为，“新谢泼德”火箭的亚轨道飞行将有助于公司未来发展“新格伦”火箭，其目标是实现轨道飞行。无疑，亚轨道旅游也可能为地球上的点对点交通运输提供新方法。例如，美国太空探索技术（SpaceX公司）就曾宣称通过亚轨道飞行，地球上的长途运输时间可以缩短至30min。此外，亚轨道的运载系统还可以搭载一些微重力科学试验项目。
无疑，只有到达亚轨道的旅游项目才能称作太空旅游，而利用气球或普通飞机产生几秒钟的失重环境体验，但没有到达太空的旅游，只能认为是一种低空的模拟旅游。那么，距离地面多高算是太空？1950年，著名航空航天科学家冯•卡门提出，随着飞行器飞行高度升高，空气将越来越稀薄，当达到一个高度时，飞行器利用空气产生的升力将无法抵消飞行器的质量。
卡门计算出的边界是离地面接近100km，这就是所谓的“卡门线”，该计算结果得到国际上的普遍认可，但至今尚未被联合国确认。后来，美国在研制航天飞机时，为了让航天飞机返回时不会侵犯其他国家的领空，美国联邦航空委员会把太空的边界降低至距离地面80km。
第二类就是飞行器达到第一宇宙速度，可以在地球轨道上短期驻留的太空旅游，包括在航天飞行器上和到空间站上的太空旅游。2001年4月28日，SpaceX公司用俄罗斯的“联盟”飞船将美国商人丹尼斯•蒂托送入“国际空间站”，这类活动先后进行过8次，共7人参与。随着“国际空间站”航天员数量的增加，俄罗斯在2010年暂停了这个项目。
2019年，SpaceX公司与俄罗斯签署了将在2021年把2名乘客送往“国际空间站”的合同。2021年5月，2名乘客的信息公布，分别为日本亿万富豪、最大时尚在线网站Zozotown的创始人前沢友作（Yusaku Maezawa）和他的助理平野洋三。2021年6月15日，前沢友作开始在俄罗斯加加林航天员培训中心接受培训。
图3 SpaceX公司的载人“龙”飞船飞向“国际空间站”
商业化是空间站发展的必经之路。2019年6月7日，美国航空航天局（NASA）发布了“国际空间站”商业化计划，鼓励增加商业利用程度，让NASA能将更多资源用于载人深空探测计划。商业化的首要途径是太空旅游，NASA允许每年让乘客造访“国际空间站”一次，每人驻站时间不超过30天。
2016年，NASA的前员工组建了公理太空公司，旨在发展太空旅游。2020年3月，公理太空公司宣布与SpaceX公司签署了一项Ax-1项目合同，根据该合同，将使用载人“龙”飞船将1名指挥官和3名乘客送往“国际空间站”。公理太空公司还准备在“国际空间站”上对接一个太空旅游舱，并计划进一步建设商业空间站。
由于“国际空间站”对乘客到访的次数有限制，SpaceX将推出首个载人“龙”飞船的商业太空飞行任务Inspiration 4，共4个座位，已经被Shift4 Payments公司创始人贾里德•艾萨克曼全部购买，他将剩余3个名额赠送给普通民众。发射时间将不早于2021年9月15日。载人“龙”飞船将留轨3天，轨道倾角与“国际空间站”一样是51.6°，但轨道高度将达540km，比“国际空间站”高100多千米。
图4 公理太空公司设想的商业空间站
至于第三类的深空旅游，首先进行的可能是SpaceX公司提出的在2023年用新建的“星舰”将前沢友作等人送到绕月轨道旅游。
二、迎接普通人的太空旅游
由于人类进入太空要适应严酷的环境，而目前的太空旅游费用高昂，其运载系统的安全性也远低于现代民航系统，对环境的污染比民航飞机高，因此，普通人实现太空旅游还需要一个较长的发展过程。
目前将乘客送到“国际空间站”的价格是5500万美元/人，即使把这个价格降低10倍，普通人也承担不起。由此看来，亚轨道旅游可能更容易被普通人接受，目前这种旅游的报价是20万~25万美元/人。运载系统实现批量生产和航班化运行以后，在多个公司的参与竞争下，旅游的价格会进一步下降，如果能够降到10万~20万人民币/人，普通人就可以接受了。相对来说，维珍银河公司的运载系统更接近目前的民航系统，蓝色起源公司的飞行全程都是自主飞行，飞行时间只有11min。
普通人进行太空旅游的另一个挑战是安全性。1986年，“挑战者”航天飞机失事，1名教师及6名航天员丧生，从此，NASA暂停了普通人参加轨道飞行的所有项目。亚轨道旅游的风险相对较低，对生命保障系统的要求也低，其紧急逃生技术更成熟。美国议会在2004年为商业太空飞行制定了“学习期”规定，期间只要确保客户得到明确的风险警示，私有公司就可以自行确定医疗和安全标准。即使如此，维珍银河公司的飞行器在2014年也发生过一次机毁人亡的事故，对亚轨道旅游事业的发展影响很大。因此，即使对于亚轨道旅游，在设计、建造和运营商业载人航天器方面，也必须开展自上而下的严格监管。
太空中的微重力、强辐射、高真空、强磁场、超低温等环境会对人体造成影响，其中以微重力的影响最为显著，包括使人产生神经系统紊乱、体液头向分布、心血管系统功能失调、肌肉萎缩、骨质流失和引发心理问题等，但这些影响与人在这种环境中的时间长短有关。目前的航天医学研究结果表明，在轨道上仅停留7天左右，则影响很小。
此外，乘客乘坐火箭加速进入地球轨道时，在上升段要承受其6倍体重的压力，时长会达20s或30s以上。为了克服环境对人体的不利影响，保证乘客健康，必须要采取一系列防护措施，主要包括飞行前的体验和训练、飞行中采取身着航天服等防护措施和飞行后的康复治疗等。目前NASA规定，乘客在太空旅行之前必须进行必要的体检和15周的地面训练。当然，亚轨道飞行对人体的影响要小得多，但上述2家亚轨道旅游公司也要求乘客接受短期的培训。
当太空旅游向普通人普及时，还应考虑其对地球环境的影响。太空旅游中产生的碳排放比普通飞机更高，但其对环境的影响会因方案不同而有所差别，与飞行器使用的燃料、制造燃料所需的能量，以及燃料燃烧后的去向等均有关系。例如，贝索斯曾指出，蓝色起源公司使用的液氢和液氧燃料对环境的破坏程度比其他公司使用的燃料要小。即使如此，仍需要进一步研究其环保风险。
为实现普通人的太空旅游，必须大力发展完全重复使用的航天运载系统，数据表明，重复的次数越多，运载的成本就越低。目前正在发展的运载系统有2种，一种是垂直起飞垂直降落的系统，以SpaceX公司在建的“星舰”为代表；另一种是水平起飞和水平降落的空天飞机。究竟哪一种方案的成本更低，目前还无法定论，但是从乘客的舒适性和便捷程度来看，肯定空天飞机会更好。维珍银河公司目前的系统也可以认为是两级空天飞机的亚轨道初级版。
不过能入轨的空天飞机必须要提高其第一级飞机的飞行速度，可能要达到5倍声速以上，为此，必须研制出一种能将几种形式的发动机组合起来的组合动力系统。显然，发展这种组合发动机还面临许多挑战，需要有更大的技术创新才能满足要求。预计从运载系统研发成功到运行和成本都能满足要求，还需要20年以上的时间。
三、太空旅游是太空经济的新引擎
2020年以来，全球经济形势因疫情的出现发生了深刻变化，世界经济总量大幅减少，增长动能明显减弱。华尔街的多家投资银行为此把目光投向太空，希望以此推动世界经济增长。
美国卫星产业协会（SIA）发布的2020年卫星产业状况报告显示，2020年全球航天经济规模已达3718亿美元（2019年为3660亿美元）。由此可见，太空经济现在已经发展到较高水平，但太空经济在世界经济中的比重仍停留在较低水平（可能与许多公益性航天活动带来的经济增长并未计入有关），而且全球航天经济规模虽然保持逐年增长的趋势，但增速较慢，特别是2020年受疫情影响，增速更慢。
无疑，太空经济发展缓慢主要是受航天运输费用太高等因素的制约。进入21世纪后，太空经济正在发生深刻的变化，其中最显著的特点是正在从过去以政府投入为主，转向政府和市场双轮驱动，推动了新一轮的航天创新创业潮。由于各国大力推进航天商业化，促使商业航天成为太空经济空前繁荣和发展的新动力，促进世界太空经济进入2.0时代。
在这一背景下，全球涌现出一大批航天创业公司。其中，最有创新能力和最有成效的是马斯克创建的SpaceX公司。“猎鹰”9火箭的近地轨道发射报价从最初约6000万美元到目前已降到约3000万美元。2020年5月30日，SpaceX公司用“猎鹰”9火箭发射了载有2名航天员的载人“龙”飞船，飞船随后与“国际空间站”成功对接。
太空经济是指各种太空活动所创造的产品、服务和市场及形成的相关产业。它既包括太空产品使人在地面获益的经济活动，如卫星通信和电视、卫星导航定位、卫星气象监测、卫星遥感等；也包括太空产品使人在太空获益的经济活动，如保障人在太空中生活的一切产品。显然，随着太空旅游和商业空间站的发展，这类经济活动将日益繁荣。运载火箭的制造及发射，以及卫星与地面设备的制造等，将为上述两类经济活动服务。
当今，3D打印、人工智能、物联网等前沿技术的应用，必将大大降低卫星、火箭和地面设备的研制成本，缩短研制周期；与此同时，太空经济的发展也将进一步促进航天前沿技术的创新。首先，在微小卫星技术和现代通信技术的基础上，新一代低轨宽带互联网卫星星座得到发展；其次，可重复使用运载技术的进步将促进太空旅游的发展；最后，上述发展趋势必将带动新一代航天制造业的发展。因此，投资银行摩根士丹利认为，到2040年，全球航天产业规模将达到1.1万亿美元，但其同时认为该行业的风险仍相当高。
目前大众对太空旅游的市场预测大都比较乐观。据调查显示，60%的美国人、70%的日本人和43%的德国人都希望能够有机会到太空中去。事实上，即便是亚轨道旅行也有很大吸引力，据悉，贝索斯首飞的竞标有近7600人参加，匿名的中标者最终花费了2800万美元。维珍银河公司宣称已有600名希望参与太空旅行的乘客在排队，其中还包括SpaceX公司的老板马斯克。美国一家投行的问卷调查结果显示，在净资产超过500万美元的人群中，近五分之二的人愿意付25万美元从维珍银河公司购票，而符合该条件的人大概有200万，市场的规模已经很可观。
图5 布兰森飞行中体验失重状态
布兰森近期表示，现在的太空旅游市场和民用航空业发展的早期阶段很像，当时跨大西洋航班的成本也高达数十万美元。预计10年后，太空旅游的价格降幅会比当年的民航还要快。2021年3月，瑞银集团曾预估，太空旅游将在10年后成为一个30亿美元的市场。
图6 德国提出的两级入轨空天飞机
当然也有人并不看好太空旅游的前景，他们认为普通人的太空旅游存在成本、安全和环境等方面的问题，至少在未来20年中，太空旅游在太空经济或旅游业中的占比都不会太大，技术进步和频度增加的确能够降低行业成本，但能降多快、降多少都不确定。摩根士丹利最近预测维珍银河公司2030年的年营收将从18亿美元削减到13亿美元。由于“国际空间站”的容量被严格限定，轨道旅游的市场前景更不明朗。
四、结束语
综合上述分析，笔者对太空旅游的前景持谨慎乐观的态度。太空旅游对我国来说虽然还在准备阶段，但基础扎实、后劲很大，无论是亚轨道旅游，还是地球轨道旅游，我国在技术上并不存在任何障碍。我国使用“长征”二号F火箭发射“神舟”飞船，已经有12次的成功记录；2021年7月16号，我国的亚轨道重复使用运载器也已经试验成功。尽管如此，由于我国空间站目前处于建设和初步运行阶段，必须依靠训练有素的航天员来完成任务，因此不太可能安排乘客前往中国空间站。而我国的亚轨道重复使用运载器要发展成一个载人飞行器，还需要大量的资金投入和一定的研制时间，因此，我国要在5年或更长时间之后才可能实现太空旅游。
图7 SpaceX的“星舰”试验
钱学森先生是世界上最早研究空天飞机的学者之一，他在1962年出版的《星际航行概论》一书中就曾提出应用组合式发动机的两级入轨空天飞机的方案。
1993年7月，钱先生在给笔者的信中说：“航天事业的又一重大发展是空天飞机，尤其是把它作为用半小时即可横跨2万千米的民航工具。所以空天飞机是21世纪的重大成就。但此项技术工作规模和难度空前，耗资达千亿美元以上……21世纪的中国人一定要在空天飞机上显一显身手，（这是）一件国家大事”。我国高超声速技术已处在世界前列，相信钱学森先生的遗愿一定会早日实现，为普通人的太空旅游建设一条通向太空的康庄大道。
作者介绍
黄志澄
研究员，先后在国防部第五研究院、中国空气动力研究发展中心和北京系统工程研究所工作，长期从事高超声速技术和航天发展战略研究，为我国导弹与航天器空气动力研究试验、载人航天方案论证和新型航天器研制工作作出了重要贡献。曾先后任国家高技术航天领域专家委员会委员、综合专家组组长、921工程论证组办公室主任与总体组副组长。
本文转载自“中国航天”，原标题《太空旅游：太空经济新引擎》，文 | 黄志澄（远望智库）
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