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這年頭,人人都想上外太空!歡迎來到太空旅行的新黃金年代——《離開太陽系》

編按:本文摘自《離開太陽系》第二章:太空旅行的新黃金年代。美國的太空計畫經歷數十年的冷落忽視後捲土重來,在得到企業贊助、太空旅行成本降低和民眾對 NASA 的重新關注下, NASA 決定宣布長程目標——重返月球,並「登上火星」。

圖/wikipedia

妳是燃燒我靈魂的光。
妳是我的太陽,我的月亮,我的滿天星辰。
──美國詩人 E.E.康明斯(E. E. Commings)

NASA 的重返月球計畫

支持 NASA 重返月球的重要推手有二:重型運載火箭「太空發射系統」(SLS)和「獵戶座太空船」(Orion)。兩者都是歐巴馬總統於二○一○年初、大砍「星座計畫」預算所留下的孤兒。不過 NASA 仍設法保全星座計畫中的獵戶座太空船,以及尚處於計畫階段的重型運載火箭 SLS 。這兩項要件源自截然不同的任務計畫, NASA 東拼西湊,另創一套基礎發射系統。

目前進度顯示, SLS 與獵戶座太空船預計於二○二○年中,執行載人近月飛行任務。各位應該會先看出來,「 SLS 與獵戶座太空船」這組合跟直屬前輩「太空梭」截然不同,卻和「神農五號」有些神似。過去四十多年來,神農五號一直都只是博物館展覽品,卻在某種意義上起死回生、以 SLS 之姿歸隊。這是一套令人似曾相識的新組合。

圖/pixabay

SLS 可載運酬載達一百三十噸,高度則和神農五號差不多,約九十八公尺。升空時,太空人的座位設置跟太空梭不同:他們並非坐在火箭側面的太空船裡、而是在火箭尖頂上的太空艙內,就跟銜接在神農五號上方的阿波羅號一樣。而「 SLS 獵戶座」的用途也不同於太空梭,主要是設計用來載人、而非載物。此外,「 SLS 獵戶座」的目標不僅止於進入近地軌道,它跟神農五號一樣,旨在達到脫離速度,擺脫地球束縛。

神農五號火箭和阿波羅號只能送三名太空人上太空,但獵戶座太空船可載運四至六名機組員。而獵戶座也跟阿波羅號一樣,艙內空間十分狹窄,直徑不到五公尺、高三點三公尺,重兩萬五千八百公斤。(由於空間珍貴,歷史上太空人的個子都不高。以俄國加加林為例,他的身高只有一五八公分。)

神農五號(唯一載人上月球的火箭)、太空梭及其他處於測試階段的運載火箭的尺寸比例圖。圖/時報出版

此外, SLS 和神農五號不同的是,後者專為登月設計,但 SLS 可以載你到任何地方──月球、小行星甚至火星都行。
然而,有幾位億萬富翁早已受不了 NASA 的官僚與牛步,他們也想把太空人送上月球、甚至比 NASA 早一步登上火星。這群年輕企業家受到前總統歐巴馬的提議所誘,支持讓私人企業接手載人太空計畫。

捍衛 NASA 立場者宣稱, NASA 步調謹慎乃是基於安全考量。在發生兩次太空梭爆炸意外後,國會聽證會在輿論的強力反對之下,幾乎全面中止太空計畫。如果再發生一次類似事件,太空計畫極可能就此畫下句點。此外他們也指出, NASA 於一九九○年代也曾盡力配合「更快、更好、更便宜」的宗旨,然而當「火星觀察者號」(Mars Observer)於一九九三年即將進入火星軌道之際、卻因為燃料槽爆炸而導致失聯,許多人就批評 NASA 操之過急,故這道「更快、更好、更便宜」的標語也因此默默撤下。

所以我們必須在「一頭熱地只想加快腳步」和「陷於安全及成本陰影的官僚作風之間」,設法巧妙平衡。

貝佐斯和馬斯克都想把人類搬進外太空。圖/nasa

儘管如此,依然有兩位億萬富翁率先搶進太空計畫,企圖找出捷徑。他們是傑夫.貝佐斯和伊隆.馬斯克。前者為亞馬遜創始人和《華盛頓郵報》老闆,後者則是 PayPal 、特斯拉汽車聯合創辦人,並創辦「太空探索技術公司」(SpaceX)。

報章媒體已先一步為此冠上「億萬富翁之戰」的稱號。貝佐斯和馬斯克都想把人類搬進外太空。不過馬斯克把眼光放得比較遠,鎖定火星為目標,至於貝佐斯則決定先登上月球再說。

來趟月球之旅吧!真實的登月旅程長什麼樣?

來自全國各地的朝聖者湧入佛羅里達州,爭相目睹即將載送太空人上月球的第一座太空艙。這座登月艙將載著三名太空人進行一趟史無前例的旅程,首度實際接觸另一顆天體。這趟奔月之旅預計歷時三天,太空人也將經歷前所未有的體驗──譬如失重狀態。完成這段英勇之旅後,太空艙會安全墜落於太平洋,而艙內乘客將受到英雄式歡迎,開啟人類歷史的新篇章。

這趟旅程的每一道計算皆遵循牛頓運動定律,確保旅途精準無誤。但是有個問題:上述一切其實全是杜撰的,節錄自凡爾納(Jules Verne)在冷戰結束後不久、於一八六五年出版的小說《從地球到月球》(From the Earth to the Moon)。而且故事中籌畫登月任務的並非 NASA ,而是「巴爾的摩槍枝俱樂部」。

然而真正不可思議的是,凡爾納在人類首次登月的百餘年前寫下這則故事,卻能精準預測實際登上月球時的諸多特點。不論是登月艙大小、發射地點和返回地球的方法,凡爾納一一正確描述。

凡爾納(Jules Verne)的小說《從地球到月球》(From the Earth to the Moon)。圖/wikipedia

這本書唯一的明顯錯誤是利用「大砲」送太空人上月球。砲彈擊發後會猛然產生兩萬倍於重力的加速度,這個速度肯定害死太空船上的每一個人。不過,在液態燃料火箭出現以前,凡爾納無從設想另一種太空旅行方式。

凡爾納也假設太空人將體驗失重狀態,但只會發生在「地球與月球的中點」這個位置上。凡爾納並不知道,其實太空人整段旅程都會處於失重狀態。(時至今日,依然有許多評論家對「失重」有所誤解,有時甚至表示失重是因為太空無重力所致。事實上,太空可謂「重力滿載」,至少足以鞭策巨如木星的超大行星繞著太陽轉。太空人之所以感覺失重,是因為太空人和他身邊的所有物體皆以等速墜落。也就是說,太空船內的太空人和太空船一起往下掉,因而產生重力「被關掉」的錯覺。)

新薛帕德:第一座固定提供太空觀光的載人火箭

今天,點燃這把「新太空競賽」之火的並非巴爾的摩槍枝俱樂部成員的私人募款,而是貝佐斯此等商業巨頭的支票簿。他才不想等 NASA 批准他製作火箭、用納稅人的錢建造發射台。他自己成立公司「藍色起源」(Blue Origin),用自己的零用錢造火箭、蓋發射台。

目前藍色起源的進度已超越計畫階段:自製火箭系統「新薛帕德」(New Shepard)──紀念首位乘坐次軌道火箭(suborbital rocket)進入太空的美國人亞倫.薛帕德(Alan Shepard)──已建置完成。事實上,新薛帕德火箭是全球第一架成功降落回原發射台的次軌道火箭,這點打敗了馬斯克的獵鷹火箭(獵鷹是全球第一架可重複使用、真正運送物品進入近地軌道的火箭)。

貝佐斯的新薛帕德火箭還只是「次軌道」火箭,意即無法達到每小時一萬兩千八百公里的速度、故無法進入近地軌道。雖然這款火箭無法帶我們上月球,卻有可能成為美國首座固定提供「太空觀光服務」的載人火箭。前陣子,藍色起源釋出一段新薛帕德假想旅行的短片,看起來就像坐在豪華郵輪頭等艙一樣:踏進太空艙,各位立刻感受到寬敞舒適的內部空間,和科幻電影常見那種狹小、擁擠的艙房截然不同。你和另外五位乘客在這寬廣的大房間裡繫好安全帶,斜躺沉入舒適的黑皮革座椅,隔著七十幾公分寬、一公尺高的大窗戶向外看,而「每一個座位都『靠窗』──太空中最大的一扇窗。」貝佐斯如是說。太空旅行未曾如此奢華怡人。

由於你即將進入外太空,請務必配合幾項預防措施:啟程兩天前,請先到美國德州的范霍恩(Van Horn)──藍色起源發射設施所在地──報到。你會見到同行團員,且聽取簡報。由於此行全程自動化,所以不會有任何機組員陪同飛行。

講師表示,整趟飛行歷時十一分鐘:你會直直衝上近一百公里高空,來到大氣層與外太空的交界。窗外的天空會先變成深紫色、然後墨黑。待太空艙來到外太空,你就可以解開安全帶,體驗四分鐘的失重狀態。屆時你會像雜耍演員一樣在空中翻滾飄浮,不受地球重力限制。

圖/picryl

體驗失重時,有些人會噁心想吐,但是沒關係,講師說,因為旅程太短,影響不大。(NASA 會用「嘔吐彗星」(vomit comet)來訓練太空人。「嘔吐彗星」是一架可模擬失重狀態的 KC–135 空中加油機。「嘔吐彗星」先筆直往上衝,然後關掉引擎、任其落下。這時,太空人有如空中墜落的石子,成為「自由落體」。三十秒後,引擎重新啟動,太空人這才落在機艙地板上。如此過程會一再重複好幾個鐘頭。)

這趟新薛帕德之旅結束之際,太空艙會釋放降落傘,最後利用自身火箭裝置穩穩降落地面。回程不再掉進大海,而且也跟太空梭不一樣──新薛帕德備有安全系統,會在發射失敗時將乘客彈出去(「挑戰者號」太空梭沒有這種彈射系統,導致七名太空人不幸喪生)。

搶食太空觀光這塊大餅:提供付費服務,開啟太空旅行新紀元

藍色起源還未公布「次軌道太空之旅」一趟要價多少,不過分析家認為,初始價格大概在每人二十萬美元之譜。這個數字其實是他們的次軌道火箭研發對手布蘭森──另一位在太空探索史上占有一席之地的億萬富翁──訂出來的。布蘭森是「維珍航空」(Virgin Atlantic Airways)、「維珍銀河」(Virgin Galactic)創辦人,另外也贊助航太工程師伯特.魯坦(Burt Ruten)做研究。二○○四年,魯坦研發的「太空船一號」(SpaceShipOne)贏得「 X 獎基金會」一千萬美元的「安薩里大獎」(Ansari XPRIZE),令他一時聲名大噪。太空船一號能飛上一百多公里高空,抵達大氣邊緣。雖然太空船一號在二○一四年飛越加州莫哈維沙漠(Mojave Desert)時發生嚴重意外,布蘭森仍打算繼續火箭測試,讓「太空觀光」成真。最後哪家的火箭系統能成功商業化,時間會給出答案。不過,顯然社會大眾已普遍接受「太空觀光」的構想了。

貝佐斯同時也製造另一種火箭,準備把人送進地球軌道。這款火箭名為「新格蘭」(New Glenn),紀念首位進入地球軌道的美國太空人約翰.格蘭(John Glenn)。新格蘭火箭分三節,總高約九十五公尺,可產生一千七百多噸的推進力。儘管這款火箭還在設計階段,貝佐斯卻暗示他已著手設計另一更先進的「新阿姆斯壯」火箭(New Armstrong),計畫飛越地球軌道、直奔月球。

企業號(Enterprise)上的史巴克(Spock)和寇克艦長(Captain Kirk)。圖/wikipedia

貝佐斯從小就夢想上太空,而且常常幻想跟《銀河飛龍》的「企業號」(Enterprise)組員一起飛行。他會參加電視劇改編的話劇表演,扮演史巴克(Spock)、寇克艦長(Captain Kirk)或甚至電腦的角色。高中快畢業的時候──這年紀的小伙子大多在幻想人生第一部車或高中畢業舞會──貝佐斯就已經為下個世紀規畫極具前瞻意義的藍圖。他說,「我想蓋太空旅館、主題公園、豪華遊艇以及可容納兩、三百萬人的太空社區,全部在軌道上繞著地球轉。」
「整個概念都是為了保存地球……目的是疏散人類,讓地球變成公園。」他寫道。在貝佐斯眼中,所有會汙染地球的工業活動,最後應該都可以搬進太空。

貝佐斯可不是空口說大話。成年以後,他拿出實際行動,成立藍色起源公司、打造未來火箭。他的「藍色起源」意指地球(從外太空看地球,地球是個藍色球體)。該公司理念是「開啟太空旅行新紀元,提供付費服務。藍色起源的理想很簡單,」他說,「我們希望將來有數百萬人在太空生活、工作。雖然這得花上許多時間,但我認為這是個值得努力的目標。」

二○一七年,貝佐斯宣布,藍色起源的近程計畫是建置「地月輸送系統」。他設想的是一套龐大的運作體系,就像「亞馬遜」(Amazon)一樣,只消按個按鈕,就能將各式各樣的貨品──機器、建材、商品及服務──迅速送往月球。一向被視為孤寂太空荒漠的月球則搖身一變,成為熙來攘往的工商業樞紐,不僅有製造業、還有可永久居住的基地。
這類有關「月球城市」的言論常被批為空談、自我中心的狂言妄語,但若出自全球最有錢有勢的少數幾人之口、且此人意見可直達總統、國會和《華盛頓郵報》編輯室,無人不認真看待。

 

 

 

本文摘自《離開太陽系:移民火星、超人類誕生到星際旅行,探索物理學家眼中的未來世界》,2018 年 12 月,時報出版

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