太空通勤者将如何在错综复杂的空中交通中穿行？

斯坦福大学航空航天学教授胡安·阿隆索说：“当太空交通变得常规时，商业空中交通和太空交通之间将会发生重大冲突。”

目前，轨道发射并不频繁——全球每年约有 70 次。因此，如果 SpaceX Falcon 9 计划从卡纳维拉尔角发射，则会启用“特殊用途空域”，并禁止飞机在该区域飞行数小时以配合发射。

但阿隆索考虑的是未来 5 到 7 年的情况。随着维珍银河和 XCOR 等太空旅游运营商每天计划进行多次亚轨道飞行，以及 SpaceX、Sierra Nevada 和 Bigelow 等轨道飞行器将人员和材料送入轨道，天空将变得拥挤不堪。维珍银河和 XCOR 等运营商提供的亚轨道“上下”太空旅游航班数量可能从今天的零开始每年数百到数千次不等。航空公司的乘客不会愿意接受长时间的延误，以便摇滚明星可以在太空中唱歌或亿万富翁可以在“太空酒店”闲逛。此外，航空公司会因延误或绕行特殊用途空域而损失金钱，从而需要额外的燃料消耗。

太空运输卓越中心

因此，阿隆索和美国联邦航空管理局太空运输卓越中心的其他研究团队正在努力计算数据、模拟飞行，试图估计近期的太空和空中交通水平——所有这些都是为了确定如何最公平地分配国家空域。现在的时机对太空交通管制来说很有利，因为美国联邦航空管理局正处于一项耗资 400 亿美元的过渡期，从现有的地面雷达空中交通管制系统向名为 NextGen 的卫星系统过渡。飞机上的 GPS 装置将每秒更新一次空中交通管制信息，而不是像雷达那样每隔几秒更新一次。如果发生危机，比如火箭爆炸，随之而来的是燃烧的​​碎片云，使用 NextGen 的空中交通管制员将能够直接向飞机的飞行管理程序发送电子改道信息，而不需要通过无线电口头发出指令。

“联邦航空管理局在处理此事时非常积极主动，”阿隆索说。“他们在问题出现之前就采取了一些行动，这很好。”

阿隆索和他的同事可以使用美国宇航局的特殊空域模拟工具 FACET。

“它让我们能够回顾空中交通管制系统一天的运行情况，”阿隆索说。

因此，阿隆索进行了数万次模拟，考虑了天气变量、空中交通和太空发射频率。他模拟了不同的飞行分布，这些飞行可能每月只有一次发射，也可能每周从新墨西哥州、加利福尼亚州、佛罗里达州和科罗拉多州等不同地点发射多达 6 次轨道发射。事实上，美国联邦航空管理局已经批准了全国 8 个不同地点作为太空港，并且正在审查更多地点的申请。并非所有这些太空港候选地都能存活下来，但为了模拟未来，阿隆索必须为每个地点创建数据。

4-D 小型信封

他的目标是为航天器开辟出几块紧凑的空域——大到足以安全地进行发射、再入和任何紧急情况——但又要小到尽可能不影响飞机。他将由此产生的空间称为“四维紧凑包络线”——因为它们考虑了发射过程中的三维空间。绿色几何图形表示飞机可能撞上火箭或碎片的空域部分，而且这种风险高于可接受风险（美国联邦航空管理局尚未决定这个风险阈值是多少，但阿隆索提出百万分之一是一个假设，他可以调整模型来确定风险的高低）。虽然我们的照片是静态的，但四维紧凑包络线是动态的——随着火箭沿着轨迹飞得更远，飞行早期被排除的空域可以再次被释放给飞机。

亚轨道飞行器的速度将达到每小时 2,300 英里，进入距离地球表面约 62 英里的太空，然后滑翔返回。使空域限制更好地与实际发射窗口相对应是阿隆索使空中和太空交通系统更加动态的总体目标的一部分。动态封锁空间也将有助于应对航天器紧急降落或在最坏情况下发生灾难性爆炸的情况。如果发生紧急降落或爆炸，任务控制中心可以立即封锁更多空间。

“如果碎片需要 20 分钟才能落到飞机可能停留的区域，你可以通过改变飞机的航线来绕过它，”阿隆索说。

阿隆索还希望将轨道飞行极短的发射窗口考虑在内，使系统更具动态性。例如，当航天飞机前往国际空间站时，发射机会仅持续 10-15 分钟。如果延误导致机组人员错过发射窗口，则需要推迟飞行。

“如果你错过了发射窗口，空间站已经在欧洲上空，你用现有的燃料是追不上它的，”阿隆索说。“如果窗口这么短，你为什么要提前一两个小时和之后一两个小时预留空域呢？”

阿隆索乐观地认为，在系统中引入动态机制，并且只有在发生爆炸时才会划定大片禁区，将可以避免客机和太空飞机之间发生敌对冲突。

“如果我们开始在路上投放越来越多的汽车，那么在某个时候，我们的基础设施就会饱和，”阿隆索说。“但我们相信，根据我们所做的估算，我们可以相对有效地处理这一冲突。”

亚轨道与轨道

空中交通管制员将有时间进行调整——商业轨道飞行必须达到大约 17,000 英里/小时的速度才能开始绕地球飞行，距离成为每日甚至每月的飞行还很远。第一批大量飞行的商业飞行是“亚轨道”短途飞行，就像维珍银河希望在 2014 年提供的飞行一样。这些亚轨道飞行将达到“仅”2,300 英里/小时的速度，在距地球表面约 62 英里的地方进入太空，然后在几分钟后以大圆圈滑翔返回。

阿隆索发现这些飞行器的空中交通问题要简单得多。因为它们不是试图与国际空间站或特定轨道会合，所以它们的发射窗口并不严格——换句话说，它们可能会因天气或技术故障而延误，而无需取消航班。此外，由于亚轨道飞行归根结底是一种乐趣，而不是有目的地飞行，因此飞行员可以选择向西、向北或向东飞行。最后，到目前为止，太空港都位于偏远地区。维珍银河将从新墨西哥州的美国太空港发射，该太空港位置偏僻——部分原因是它就在白沙导弹靶场附近。这些航班不会对飞机造成很大干扰。

“但他们正在讨论在距离丹佛国际机场几英里的地方建立一个太空港——这可能是另一个故事，”阿隆索说。