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後太空梭時代的開始

另一個待解決的問題

然而,對於本文前面提到的火箭發射載具效率問題,在太空科技研發各界的心目中,還有一項重要的技術有待突破。自1957年人類首次有能力發射衛星以來,所有火箭發射載具都依循類似於二次大戰期間,德國所發展的V-2火箭的基本系統設計架構,也就是利用火箭內所裝載的燃油與氧化劑,在引擎內進行化學放熱反應,來提供產生推力的能源,再加上依時序的穩定導控,使火箭能按照既定的軌跡飛行達成任務。

這種模式架構設計,以及化學能量與防熱材料設計的限制,使得火箭載具所能運送進入地球軌道的酬載質量,目前已幾乎達到了設計的極限,很難再有突破。目前世界上性能最優良的發射載具,大約只能運送其發射初重的3%的酬載,到500公里高的地球軌道,通常這是指液體燃料火箭的性能,固體燃料系統則大約只能達到2%,而發展中新一代的混合燃料火箭,未來將有可能達到類似液燃料火箭的性能。

針對這項性能的限制,科學家在1960年代就已提出一項可能技術突破的想法:「為何不能讓火箭發射載具,在飛行中使用大氣中的氧氣來取代部分的氧化劑,以增加酬載質量的百分比?」這個想法看似簡單,卻讓科學家們投入了半世紀的研發,包括大量昂貴的實驗設備,以及先進設計分析方法的開發,而直到近年來才有所斬獲。解決方法就是被稱為超音速燃燒衝壓引擎(簡稱為Scramjet,超燃衝壓引擎)的技術,它使火箭能在超高音速飛行時,引進空氣中的氧,再與燃油混合,並進行燃燒推進,提供火箭繼續加速的動力。

自2002年7月澳洲昆士蘭大學(University of Queensland)利用探空火箭,首次成功點燃超燃衝壓引擎,這項技術的成功展示飛行記錄,包括NASA極音速飛行實驗機(Hyper-X)分別於2002年底及2004年11月以音速7倍及9.8倍的飛行,還有波音公司X-51A,於2007年4月達成的音速5倍飛行驗證。當然這項技術目前還是在發展階段,不過根據這些近年來的成功例子,以及這些研究目前發展的趨勢,我們可以期待,未來它將可以使火箭發射載具的整體性能,大幅向上提昇。

航向下一個太空時代

當然SpaceX及OSC等太空運載火箭新玩家的夢想,不會僅止於提供往返國際太空站的運輸工作而已,他們有著深遠的眼光與巨大的雄心。根據SpaceX規劃中下一階段大型火箭發射載具的設計,他們將可運送與太空梭16.5噸裝載量相當或是多出50%的24.75噸運載能力。這些新型而維持系統簡化又有效率的發射載具,將會扮演人類重返月球建立永久基地的要角,或是為前往火星探索建立科學研究觀測站,提供大型太空船及實驗設備,進入地球軌道的運輸能力。

以當今科技進步的驚人速度,正如馬斯克所說的,我們很難想像60年後我們會發明出什麼樣的科技,也許年輕的世代科技新秀,將會帶來完全革命性的新理論或新觀念,以及嶄新的太空科技發明,使得我們能更有效率或毫不費力地,擺脫地球引力的束縛,自由自在地前往太陽系各星球旅行或居住、發掘新能源、以及發現科學新知,人類的文明與視野將隨著太空科技的躍進,而自然地提昇並繼續向未知挑戰,就如同星際爭霸戰的世界一般,金錢已成過去,求真理與新知,以及尊重各文明的自然發展,成為社會共同的最高價值。

陳彥升:任職國家太空中心

原文發表於科學月刊的四十三卷第七期

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登月失敗者大會(誤):《阿波羅13號》觀影會+映後座談

在哪裡跌倒就在哪裡躺一下,然後站起來就好!(?

在地球是這樣,在月球也是如此。但如果不是跌倒,而是火箭發射後出了些狀況呢?只說了句「休士頓,我們有麻煩了」可是回不了地球的,
讓我們在登月50週年之際,不只談談成功的登月,更要一起重溫《阿波羅13號》,來看看勵志的登月失敗案例!(無誤)

活動包含觀賞《阿波羅13號》放映、映後座談,以及最重要的是:爆米花和含糖飲料(冰)。名額有限,還不快速速報名:https://lihi1.com/hO5PX

 

 

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