後太空梭時代的開始

2012/07/26 |

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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。