本文与 The Conversation合作发表。
人类天生就是探索者。我们几乎已经勘察了自己的星球，这颗渺小的蓝色星球，以寻求答案，却只找到了更多的问题。我们为何在此？我们是如何来到这里的？这一切又意味着什么？
我们已经在太阳系中迈出了蹒跚的第一步。但若太空旅行变得廉价且可负担，将是一场革命，并催生出我们甚至尚未想象过的技术。互联网所带来的社会和经济变革，与之相比都将黯然失色。
但关键在于：我们不会乘坐火箭飞向星辰。火箭是一种极其糟糕的太空抵达方式。
轨道是一场平衡之举
在 轨道力学中有一句俗语：抵达轨道，便已完成了通往任何地方的一半路程。轨道是永久进入太空最容易的方式，也是摆脱地球引力的重要第一步。
处于轨道上，意味着你处于一种平衡之中：重力将你向下拉，而你自身的动量又将你抛向外太空。你之所以能绕地球飞行而保持高度不变，是因为你向前运动的速度极快，以至于地球在你下方下降的速度，恰好与你向其坠落的速度相同。稍微减速，便会让你重新回到 “阴郁的羁绊” ——也就是重力的束缚之中。但只需再稍微加速一点，你就能彻底离开地球。
轨道是通往太阳系、银河系乃至整个宇宙的门户。遗憾的是，这扇门户距离地面大约 100英里，并以每小时约20,000英里的速度运动。
火箭效率低下
乘坐火箭进入轨道，就好比你想从美国前往英国，于是钻进一台投石机，把自己直接弹射过大西洋。区别只在于，这台投石机造价高达数亿美元，而且用过一次就会爆炸。
从本质上讲，火箭是一种 蛮力方法。它将火箭指向想要前往的方向，然后在其下方迅速释放大量能量（用氧气使燃料爆燃），直到爆炸产生的推力将火箭推向上方。这 效率极低。火箭不仅要携带燃料，还必须携带燃烧燃料所需的全部氧气。
正因为效率如此低下，若要借助火箭把全部货物送到所需的高度和速度，唯一的办法就是在燃料箱一耗尽时便立即将其抛弃。正因如此，火箭采用分级设计，即分成若干段。当某一段燃料耗尽时，便可以甩掉其空置容器的重量。
火箭真正能抵达轨道的部分非常少，大部分部件要么坠毁、要么烧毁，要么在太空中漫无目的地漂浮。由于火箭几乎难以送达轨道，更不用说回收，因此无法重复使用。
重复使用能带来更高的性价比
尽管人们普遍认为火箭科学十分复杂，但火箭实际上并不比现代跨大西洋喷气式客机更复杂或更昂贵。让我们比较一下飞机（A330-200F）与火箭（Falcon Heavy）。
两者的载货量相近，制造成本也相对接近。但运输一吨货物的价格，显然会因所选运输方式的不同而大相径庭。飞机会被使用数千次，因此其成本可以分摊到多次飞行之中。
显然，用飞机运送物品到太空要便宜得多。问题在于，你无法驾驶飞机飞抵太空。飞机和其他一切能飞行的物体一样，都有机翼。机翼能非常高效地将能量转化为升力：机翼向前推进时会将空气向下压，从而使机翼向上升起。但机翼（以及飞机）需要空气才能飞行，而太空中没有空气。
这正是火箭的特殊之处。抵达轨道（乃至更远）需要在没有空气的环境中以极高的高度和极快的速度飞行，而这只有火箭才能做到。
最近，私营航天技术公司SpaceX开始研发 可重复使用的着陆助推器 ，以降低每次飞行的成本。从本质上讲，你需要设计那些原本会被抛弃的部件，使其留有足够的燃料，从而能够返回发射台着陆。
但即使你成功回收了助推级，它在再次飞行前仍需进行一项成本极高的检查。火箭在飞行与爆炸之间只有一线之隔。仅让它们成功运行一次已属不易，更不用说数十次甚至数百次了。
火箭不会将人类带往星辰大海，正如没有人会乘坐投石机横渡大西洋一样。我们需要的是某种航天飞机与火箭的混合体，即一种为多次飞行而设计的可重复使用航天器。
SKYLON项目
恰巧，这样的航天器或许很快就会问世。一家名为 Reaction Engines 的英国公司正在研发其所称的 SKYLON太空飞机。该公司称，它可重复使用多达200次，能够将15吨货物运送至近地轨道，而每吨成本仅约为10万美元。若按重量折算，每人约为1万美元。这大致相当于纽约至伦敦的头等舱单程当日票价，只不过——你懂的——它是往返太空。
SKYLON项目依赖于其 SABRE发动机的研发。这款独特的发动机既可作为飞机发动机使用，也可作为火箭发动机使用。该飞行器可像飞机一样从跑道起飞（高效），并尽可能地升至高空、加速至最高速度。随后，SKYLON飞机将发动机切换至火箭模式，以完成余下的旅程。
该设计前景颇为可观，因此欧洲航天局和英国航天局都 近期已对该概念进行了投资。该公司称，试飞最早可在2019年前进行。
效率更高意味着，无需在途中抛弃任何部件，即可将整个航天器及部分货物送入轨道并返回。由于能够回收整个飞行器，因此可以再次使用，从而将其制造成本分摊到多次飞行之中，正如飞机一样。
勇敢的新世界
乍看之下，这类技术似乎只是渐进式的改进。但实际上，它可能会改变世界。每年约有30亿人次的乘客出行，约5000万吨货物 通过飞机运输。 此时此刻，全球约有10,000架飞机在飞行。目前全球很可能没有火箭在飞行，因为 2014年全球仅发射了92枚火箭。
设想这样一个世界：每年都有数十亿次太空旅行，数百万吨货物在太空与地球之间往来。向全人类开放通往星辰的通道，将给我们这个物种带来巨大变革。我们无从知晓随之而来的将是何种技术，但离开这颗星球，很可能是我们拯救它的唯一机会。
更重要的是，探索宇宙中的未知事物会引出诸多重大问题。如果太阳系的每一个角落都存在生命，那这对我们、对宗教，乃至我们对“人”以及“生命”的根本定义，又意味着什么？
正是SKYLON项目及其同类项目，将使我们更接近星辰中所蕴藏的答案。
发表本文并不意味着世界经济论坛认同其中的观点。
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作者：Leon Vanstone是得克萨斯大学奥斯汀分校的航空力学博士后研究员。
图片：在这幅色彩斑斓的画面中，太阳即将从南太平洋升起。该照片由地球轨道上的国际空间站的一名机组成员拍摄。NASA/Handout via Reuters。
