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一顆劃破天際的火燙子彈-《太空人的地球生活指南》

PanSci_96
・2014/09/23 ・2364字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 475 ・五年級

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聯盟號太空船(Soyuz TMA-07M)停駐在國際太空站。(Photo Credit: NASA)

與宛如煙火秀的升空過程相較,離站的光景非常平和。那些巨大的鉤子與扣子大概需要三分鐘才會打開。我們的聯盟號好像寄生在大船上的藤壺,但那些小小的彈簧逐漸把我們推開,飛船慢慢飄走,我們看著站上的朋友在窗邊與我們揮手道別。

一開始我們飛得很慢,一秒只移動四英寸,三分鐘過後,我們讓引擎持續燃燒十五秒,開始加速,慢慢滑行,藉著環繞軌道的機制離開太空站。我們必須遠離太空站、到達安全的距離,才能再度點燃引擎,否則飛船的廢氣與潑灑出去的廢棄燃料會毀掉太空站的大型太陽能發電板,就像暴風毀掉船帆一樣。

進入地球軌道後,我們與國際太空站的運行軌跡開始有點不同。莫斯科的任務控制中心計算了所有新資料,例如開始引擎燃燒、離開地球軌道的時間,然後我們用鉛筆把資料寫在確認事項清單裡。此刻平靜無比,但我還是吃了止吐劑,因為我知道平靜只是暫時的。

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脫離國際太空站的聯盟號太空船。(Photo Credit: NASA)

大概在兩個半小時後,時間到了:我們把飛船的尾巴轉到前面,準備燃燒引擎,脫離地球軌道,燃燒時間將持續四分二十秒。引擎燃燒的過程中,我們會歷經一個無法回頭的關鍵時刻:因為飛船的速度大減,一定會落入大氣層中。在那之後,我們會感覺彷彿有一隻手用力地把座位上的我們往後推。我們會自以為在朝另一方向加速,實際上卻是在減速。

接下來的五十四分鐘裡,飛船在落入地球時會猛烈翻滾,好像車禍後車子又爆炸了十五次。聯盟號的飛行軌跡從圓形改為橢圓形,等飛船掉到低點時,我們開始穿越外氣層,因為那裡的空氣較凝重,速度馬上減緩。那就像在高速公路上急速馳騁時把手伸出窗外,可以感受到風的阻力。引擎點燃後的第二十八分鐘,爆炸螺栓把軌道艙和服務艙都炸開,任由它們燒毀。我想到了尤里、佩姬與素妍的降落經驗,希望我們的聯盟號不會出錯。螺栓爆炸時,發出斷斷續續的砰砰聲響,聽起來應該沒問題。然後我看到原本覆蓋在飛船上的隔熱布料,已經起火燃燒,從窗邊飛去。空氣阻力讓返回艙穩定下來,我知道我們沒事了。返回艙仍在翻滾,但不管是軌道艙或服務艙,肯定已離我們而去。

儘管有防熱盾的保護,熱度與濕度還是持續升高。我從窗戶看到橘黃色的火焰,返回艙噴出一串火花,然後聽見持續性的砰砰聲響。可能是防熱盾有瑕疵,不然就是艙體含有濕氣,又或者是我們真的遇上了大問題。我沒說話,因為沒什麼好說的。如果防熱盾失效,我們就死定了。我們就像是一顆劃破天際的火燙子彈,即將在天亮時落地。

兩分鐘後,到了四十萬呎的高空,我們可感覺到空氣變得更凝重了。返回艙內的氣溫仍在上升,我的楓葉隊球衣已經被汗水浸濕。此刻的空氣阻力更大,地心引力用粗魯的方式歡迎我們歸來,把我們往椅背上用力一推。很快地,重力攀升到地球重量的三.八倍,與過去五個月的無重力狀態相較,這種衝擊力道實在太強大了。我的臉被壓得往兩側耳朵移動,我可以感覺到皮膚的重量。我小口小口呼吸,我的肺部不想抵抗地心引力。雙臂彷彿有一噸重,突然間連要把手抬個幾英寸高、按下控制面板的按鈕,都千難萬難。我們從無重力狀態進入極重力狀態,回到地球上時重力又只剩下一G,整個過程只有十分鐘,卻是漫長的十分鐘。

等到返回艙大幅減速後(就像一顆大石頭掉進很深的水池裡,最後速度也會放慢),小降落傘張開,更加減低降落速度。到了一萬七千英尺高空,主降落傘才打開,我們三個又笑又叫,高呼:「咿哈!」返回艙不斷急速旋轉,發出咯咯聲響,因為轉得太快了,我們反而沒有想吐的感覺。突然間,砰!返回艙艙體穩定了下來,平穩地掛在降落傘下方。我們把保護返回艙免於在大氣層中燒毀的防熱盾拋掉;窗戶本來因為熱氣而一片黑漆漆,此刻防熱盾脫離,可以看到晨間的蔚藍天空了。所有剩餘的燃料也被排掉,以免我們在觸地後燒成一團火球。

不斷翻滾那麼久之後,我們很虛弱,試著調整呼吸,像是剛坐完最可怕的雲霄飛車的遊樂園旅客。我們的座椅突然間往前搖晃,自動升高,讓避震器的避震係數升到最高點,好化解即將來臨的撞擊。重力加速度讓安全帶緊縮起來。我們都知道觸地時會受到猛烈撞擊,座椅上的襯墊都是依照我們的體型特別打造的,避免背部摔傷。觸地前一刻,我們都不發一語,連羅曼也不再開口了—身為飛船指揮官,他必須不斷敘述我們降落的過程,把情況回報給地面控制中心,講話速度飛快。我們都輕輕地咬著牙,以免傷到舌頭。

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聯盟號太空船降落。(Photo Credit: NASA)

返回艙裡的伽馬射線測高儀等待地面的回聲,觸地前兩秒鐘時,它下達指令,自動把幾枚名稱十分樂觀的「順利著陸火箭」(Soft Landing Rockets)發射出去,裡面的炸藥會把返回艙的下降速度降為每秒五英尺。可怕的車禍將減輕為輕微的撞擊:一噸重的鋼鐵與鈦合金材質太空艙,就這樣撞在哈薩克的堅硬地面上,裡面包著我們的血肉之軀。草原上的風很大,降落傘把我們拖得往一旁倒下去,返回艙就像一段被砍下來的樹幹,滾了幾下後,羅曼才按下按鈕,切斷降落傘……所有的動作就此停止。返回艙平躺在地上,這時我的身體頭下腳上,幸好有安全帶綁著,才沒從椅子上掉下來。此刻的我驚魂未定,心神不安。

一般的著陸過程就像這樣,我們掉在預計的地點,因此聽得見搜救直升機的嗡嗡聲響。吸氣時可以聞到返回艙的濃烈焦味。湯姆指著窗外,不久前我們還在外太空,此時只看到一片淡棕色的塵土。一連串人聲不斷傳入耳際,是俄國地面組員的聲音。

我們終於回到了地球。

 

太空人+書腰立體書封.min

 

本文文字摘自《太空人的地球生活指南》

由大塊文化出版。

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用這劑補好新冠預防保護力!免疫功能低下病患防疫新解方—長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2882字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022 年美、法、英、澳及歐盟等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示該藥品針對 Omicron、BA.4、BA.5 等變異株具療效。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
帕克斯洛維德
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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國際太空站與它的繼承者們——淺談近地軌道商業服務的歷史
EASY天文地科小站_96
・2022/02/17 ・3898字 ・閱讀時間約 8 分鐘

  • 文/林彥興|EASY 天文地科小站主編、清大天文所碩士生,努力在陰溝中仰望繁星

2021 年底,美國政府宣布再次延長國際太空站(ISS)的服役年限,讓它繼續運作到 2030 年,續寫這座人類史上最大人造衛星的傳奇。與此同時,NASA 的「商業近地軌道太空站」(Commercial Leo Destinations, CLD)也正如火如荼地展開,旨在創造多元而蓬勃的近地軌道經濟圈。

舉世唯一的微重力實驗室:國際太空站

國際太空站絕對夠格問鼎當代最偉大的工程奇蹟之一。由美國、俄羅斯、日本、歐洲與加拿大共同打造,ISS 的質量約 450 公噸,大小相當於一座美式足球場,是歷史上最大最重的人造衛星,二十多年來以約 7.6 km/s 的高速,在 400 多公里高的近地軌道上繞行地球。太空站上常駐約 7 名左右的太空人,負責維護太空站的運作,並且在這獨一無二的微重力環境下,進行各式各樣的科學研究。

2021 年 12 月 9 日,從載人版天龍號太空船(Crew Dragon)拍攝的國際太空站。圖/NASA Johnson

這樣一個龐然大物,世界上沒有任何一款火箭有辦法一次就把它送上軌道。因此 ISS 的建造,是一次一個地把艙段發射到軌道上,然後讓它在茫茫太空中,精準地與之前發射的其他艙段對接,像拼樂高一樣,一步一步地把整個太空站組裝起來。從 1998 年到 2011 年,多國團隊一共花了 13 年的時間、31 次發射,才完成 ISS 的建造。

國際太空站從 1998 至 2011 的主要組裝過程縮時。整體而言 ISS 自 2011 之後並沒有太多大規模的改動,但仍有新增新的艙段(如 BEAM、Nauka、Prichal)、更換電池(如 HTV-6 帶上去的鋰離子電池)與太陽能板(如 iROSA)等設備。影/YouTube

然而,光是「建造」太空站是不夠的,為了維持太空站的運作,太空站上必須要有太空人常駐,因此每隔幾個月,多國團隊就得發射載人任務,把新一批太空人送上太空站,並讓前一批太空站上的太空人返回地球。同時,為確保這些太空人能在太空正常生活,它們還得更頻繁地發射無人貨運太空船,為太空人帶來食物、水、維修零件等資源。

截至 2021 年底,已發射了超過 66 批「遠征隊」(expeditions)輪班駐守 ISS,並且發射 144 趟無人貨運任務。每一趟任務背後,都要耗費數億美金的火箭發射成本,及數百噸的火箭推進劑。再加上太空人的訓練、基礎設施建造、早期的研究與試驗、多國間的協調合作……等等,這個計畫的規模之宏大可見一斑。

自由市場的力量:商業補給與運載服務

國際太空站的建造與運作是如此的昂貴,即使是全世界資源最豐富的太空機構:NASA,要長年維持它的運作也顯得力不從心。

其中一個重要的原因,在於 NASA 當年用於運補國際太空站的主力——太空梭(STS)。太空梭不僅操作危險,成本也非常昂貴。面對這種情況,NASA 想到:「也許我們可以從最簡單運送補給物資開始,培養一批民間太空公司,等它們的成長茁壯之後,就可以把這些「日常瑣事」外包出去給它們做。」

在自由市場的競爭壓力下,這些民間太空公司自然會拚命地找出效率最高的辦法達成目標。如此一來,NASA 省了錢,又培育了國內的航太科技實力,豈不是一舉兩得?

於是,2006 年,NASA 啟動了「商業軌道運輸服務」(COTS)計畫,讓民間太空公司在 NASA 專業人員的幫助之下,自行設計一套火箭與太空船參與競爭。

每達到一個 NASA 設定的里程碑,就可以拿到相當可觀的資助,進行下一階段的開發,由此一步一步地完成整套系統的開發。經過激烈的競爭,最終由老牌太空公司「軌道科學」(Orbital Science)與當時的新創太空公司 SpaceX 奪下勝利,取得「商業補給服務」(CRS)合約。時至今日,雙方的「天鵝座」(Cygnus)與「天龍號」(Dragon)系列貨運太空船,仍是補給國際太空站的主力。

SpaceX 的 Cargo Dragon 2 太空船(左)與 NG 的 Cygnus 太空船(右)是如今 ISS 補給任務的兩大主力。嚴格來說,這兩艘太空船和其搭配的火箭已經改良多次,與 2008 年奪得 CRS 合約時的設計早已大不相同。Orbital Science 在 2015 年與 Alliant Techsystems 合併為 Orbital ATK,又在 2018 年被諾斯洛普.格魯曼(NG)買下。科技產品與市場環境的高速變化,有時候實在是讓筆者很難一句話把事情講清楚。圖/NASANASA

有了 CRS 的成功經驗,NASA 決定打鐵趁熱,在 2011 年啟動「商業載人服務」(CCP),讓商業太空公司負責難度更高的載人太空飛行任務。

經過多年競爭,這次脫穎而出奪得合約的是 SpaceX 與波音兩家公司。然而,命途多舛的波音「CST-100 星際航線」(Starliner)太空船頻頻發生問題,至今(2022 年 2 月)仍未成功執行任務。另一邊,SpaceX 的「載人版天龍號太空船 Crew Dragon」太空船則相對順利得多,不僅已經 4 度成功把太空人送上 ISS,更將 Crew Dragon 用於太空旅遊,在「靈感 4 號」(Inspiration 4)任務中讓 4 位民間太空人體會了 3 天的軌道飛行,並且未來還會執行更多類似任務。讓我們看到這些為政府機構打造的太空船,其實有著巨大的商業潛力。

朝陽下,裝載於獵鷹九號火箭頂端等待發射的 Crew Dragon。圖/SpaceX
比起太空梭等上個世紀設計的太空船,Crew Dragon 的控制面板採用大面積的觸控螢幕,整體設計簡約而現代。圖/SpaceX

商業近地軌道太空站:打造蓬勃的近地軌道經濟圈

時光飛逝,歲月如梭,國際太空站轉眼間已經服役超過 20 年。整體而言,太空站的狀態還算良好,但是大大小小的故障仍時有耳聞。因此,即使美國政府宣布讓 ISS 持續服役到 2030 年,尋找國際太空站的接班人仍是刻不容緩。

對此,NASA 故技重施,啟動了「商業近地軌道太空站」(Commercial Leo Destinations, CLD)計畫。這次不只運貨、載人,而是要讓商業太空公司自行設計、建造與運營商業太空站。經過第一階段的評選,目前有 3 組團隊獲選,它們分別是:

  1. Orbital Reef,此為藍色起源(Blue Origin)與內華達太空公司(Sierra Space)、波音、Redwire Space、Genesis Engineering Solutions 等多家公司組成的聯合團隊所提出的方案。它擁有大直徑的艙段、大直徑的對接口,能夠支持 6 名太空人的生活,無論是技術或是商業規劃上都相當有野心。
  1. Starlab,此為 Nanoracks、Voyager Space 和洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)組成的聯合團隊提出的方案,特色是使用了一個巨大的充氣式艙段,讓整座太空站只需發射一次就能進入軌道,不需要多次發射再對接。
  1. 第三個是諾斯洛普.格魯曼提出的太空站計畫,不過它目前還沒有一個閃亮的名字。相較於上述 2 項方案,諾斯洛普的計畫就顯得相當中規中矩。它們使用了大量現成的技術以降低開發風險,避免計畫延宕,但就顯得缺乏亮點,商業計畫也相對不被 NASA 看好。

最後,當廠商們的技術發展成熟(預計是在 2025 年以後),NASA 就會從指導者變成客戶,付錢購買廠商們的服務。除了角逐 CLD 計畫的 3 個團隊之外,還有另一組人馬——Axiom Space,也是商業太空站大賽的選手之一。比起剛剛起步的 CLD 三家,Axiom Space 不僅已經拿到 NASA 的合約,而且太空站怎麼建造也都已經有了相當完整的規劃。若進展順利,應該會成為第一個成功入軌的商業太空站。

Axiom Space 的太空站建造動畫。多個艙段將首先被安裝在 ISS 上,直到最後整個太空站建成之後,再脫離成為獨立的商業太空站。影/Axiom Space

蓬勃發展的近地軌道經濟圈

國際太空站是 21 世紀初人類的太空技術結晶,是世界各國耗時 13 年、斥資上千億美金完成的偉大工程。然而時過境遷,這座龐然大物逐漸顯露疲態。值得慶幸的是,得益於 15 年來商業太空領域的高速發展,民間太空公司已經一步步掌握火箭、貨運、載人太空船,乃至於太空站的開發與運營技術,讓太空不再是政府機關的專利,也讓 ISS 不怕後繼無人。

隨著資源與人力的不斷投入,一個生機勃勃的近地軌道經濟圈,也許並沒有我們想像的那麼遙遠!

參考資料與延伸閱讀

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EASY天文地科小站_96
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有錢就是任性?富豪間的太空競賽是怎麼一回事,又與我們有何關係?
EASY天文地科小站_96
・2021/08/09 ・4541字 ・閱讀時間約 9 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

  • 文/陳子翔|現就讀師大地球科學系, EASY 天文地科團隊創辦者

維珍集團創辦人布蘭森(Richard Branson),和亞馬遜公司創辦人貝佐斯(Jeff Bezos),上個月相繼搭乘自家公司太空船飛上太空,成了備受矚目的焦點。

然而可能是因為兩位富豪本身的財力與名氣,讓這場太空公司競爭被自家老闆搶盡鋒頭,很多相關討論話題都聚焦在布蘭森和貝佐斯展現「有錢人的任性」、「搭乘富豪版大怒神」之類的。但這兩次太空任務的成功對於太空發展的未來,以及並非超級富豪的我們,背後的意義遠不只是「富豪間的炫富」那麼簡單。

這是第一次有人到太空觀光嗎?

布蘭森和貝佐斯的競爭,看起來好像是為了搶先爭奪「太空人」的頭銜,但事實上布蘭森、貝佐斯和這次一同上太空的人,並不是第一批到太空的遊客。第一位「太空觀光客」早在 2001 年就付費搭乘俄羅斯聯盟號(Soyuz)太空船上過太空了,在 2001 至 2009 年間,也陸續有人透過這樣的方式到國際太空站體驗太空生活。

聯盟號太空船 。圖/Wikipedia

然而不論是聯盟號或是國際太空站,都不是為接待觀光客而打造的,職業的太空人也有很多的任務和工作要進行。因此其實這樣的太空旅遊方式,有點像搭著公務車是跑去別人的辦公室觀光,想必不適合大量開放。另一方面,用這樣管道上太空的人,需要通過基本的訓練,身體條件的限制也會比較嚴格。

綜合前面的因素,使即便有許多財力雄厚的人想上太空旅遊,能實際前往太空一遊的人還是少之又少,這樣「供不應求」的情況,也讓布蘭森、貝佐斯等太空公司老闆看見商機。

維珍銀河和藍色起源的太空觀光競爭

也許比大家想像中早很多,貝佐斯其實早在西元 2000 年就成立了藍色起源(Blue Origin)公司,而布蘭森則是在 2004 年成立維珍銀河(Virgin Galatic)。兩家公司都經過了多年的研發,才終於在今年七月用自己研製的火箭完成首次的商業太空任務。可以想像在這之前,兩家公司在幾乎沒有任何收益的情況下,投入的資本有多大!也必須說這樣的事的確應該也只有像布蘭森、貝佐斯這樣同時擁有驚人財力,又對太空充滿熱忱的企業家才可能辦得到。

美國網絡巨頭亞馬遜公司創辦人貝佐斯。圖/wikimedia
英國維珍集團董事長布蘭森。圖/wikimedia

而這次的商業太空競賽,與其說是布蘭森和貝佐斯在較勁誰能先上太空,不如說是維珍銀河和藍色起源這兩家公司,在太空觀光市場競爭先機,也是一次打響知名度與博得關注的大型宣傳。

不過,同樣是完成短時間的載人太空飛行,兩家公司使用的方式卻截然不同。接著就讓我們簡單認識維珍銀河和藍色起源,以及它們在這次的載人飛行採取的策略各自有哪些特點吧。

維珍銀河與太空船二號

維珍銀河的主要業務就是聚焦於太空觀光,而像是小型衛星發射這樣的任務,維珍集團旗下則有另有一家名為維珍軌道(Virgin Orbit)的公司經營。

懸掛在白騎士二號飛機上的太空船二號。圖/Wikipedia

而此次維珍銀河執行任務的太空船,名為太空船二號(SpaceShip Two),最大的特色就是採用「機載空中發射」。出發時,太空船會先懸掛在一架名為白騎士二號(White Knight 2)的特製飛機上。由白騎士二號掛著太空船二號,像是一般飛機一樣起飛,將太空船送到約 14 公里的高空,並在到達指定位置後釋放太空船。

太空船二號從飛機釋放後,會點燃火箭引擎開始快速向上爬升大約一分鐘。火箭引擎關閉後,太空船就會呈拋體運動,並隨者慣性爬升到約 90 公里高的頂點。直到太空船一路再次重返濃厚的大氣為止。

從火箭引擎關閉到落回較濃厚的大氣這四分鐘,太空船上的乘客就能感受失重狀態,體驗太空中漂浮的感覺,同時太空船二號也會刻意將飛行姿態調整為「倒飛」的樣子,讓乘客可以從飛機頂部與側面的窗戶鳥瞰地球。此外太空船二號將尾翼設計成可變形的形式,讓太空船能夠在重返大氣的不同階段中提供良好的控制。

飛行的最後階段,飛行員會駕駛太空船以無動力滑翔的方式返回機場降落,完成任務。

太空船二號飛行剖面。圖/FAA

而另一個有趣的地方是,太空船二號基本上是純手動駕駛的飛行器,甚至連太空船的控制系統也不是採取今日多數飛機使用的線傳飛控(Fly by wire),而是傳統的機械式操控,可說是尖端科技與傳統飛行技術的結合,相當特別。

藍色起源與新雪帕德號

不同於維珍銀河,藍色起源的業務範疇就不局限於太空觀光,火箭和火箭引擎的設計與製造也是該公司的業務,像是美國的聯合發射聯盟(ULA)下的下一代的主力運載火箭火神號(Vulcan),就將採用藍色起源公司設計的BE4火箭引擎。同時藍色起源也正在設計一型可重複使用的重型運載火箭──新葛倫號(New Glenn)。總體而言,藍色起源的業務範圍相對與知名的 SpaceX 比較類似,是一家服務範圍相當廣的太空公司。

而這次包含貝佐斯在內的四位乘客,所搭乘的新雪帕德(New Shepard)號,是垂直發射式的火箭,也是目前最常見的火箭形式。火箭本身為單節式,使用液態氫、液態氧做為推進劑。而乘客所乘坐的太空艙則在火箭推進器頂部,每次旅程最多可以乘坐六位乘客。與太空船二號截然不同的是,新雪帕德號是全程自動控制的,因此太空艙內所有人都不用做任何操作,就能完成整趟旅程。

搭乘新雪帕德號整趟旅程大約只有十分鐘,火箭發射後引擎會持續點燃大約 140 秒,在火箭熄火後,太空艙就會自動與推進器分離,進入拋物線的軌道。太空艙飛行的最大高度大約會來到 110 公里,與飛行高度大約 90 公里的太空船二號相比,新雪帕德號有越過 100 公里高的「卡門線」。至於乘客體驗失重狀態的時間,則與太空船二號差不多都是四分鐘,因此兩者實際上在太空中的體驗與視野應該是相差不遠的。而新雪帕德號太空艙返回大氣的方式,則是利用三具降落傘進行減速,緩緩飄回地面降落。

另一方面,由於推進器下落時的阻力較小,新雪帕德號的推進器會比太空艙還早返回地面。而新雪帕德號的推進器擁有如同鋼鐵人般「懸停降落」的本領,在降落的最後一刻,推進器會用自身火箭動力懸浮於降落基地上方再緩緩落地,相當壯觀。有趣的是,雖然火箭用自身動力垂直降落是 SpaceX 獵鷹九號火箭(Falcon9)的招牌,但其實 2015 年 11 月時,新雪帕德號硬是比獵鷹九號早了一個月達成這樣的成就喔!不過由於獵鷹九號是軌道發射載具,飛行的速度和高度都遠高於幾乎只是直上直下的新雪帕德號,因此兩者技術上的難度其實還是有不小的差距。

懸停降落中的新雪帕德火箭。圖/NASA Flight Opportunities

此外,新雪帕德火箭擁有相當好的安全設計。舉例來說,如果推進器在發射過程中發生問題、可能有爆炸風險時,太空艙本身設有的逃生火箭就可以將太空艙帶離推進器並安全降落。另外在這次載人任務成功前,新雪帕德號也已經累積了 15 次成功的無人試飛任務。

私人公司百花齊放的新太空時代

由於成本和技術難度都非常高,在過去,發射火箭到太空可說是只有傾國家之力(而且是少數的大國)才有辦法完成的事。然而近十年,這樣的狀況有了相當大的變化。

除了維珍銀河、藍色起源在太空觀光的領域取得了初步的成功,馬斯克(Elon Musk)成立的 SpaceX 也已經在過去十幾年間完成了衛星發射、太空站補給、低地球軌道載人太空飛行等等,只有少數「國家」完成過的壯舉。另外,這幾年新興的太空公司也如雨後春筍般地冒出,也都希望能在太空市場中殺出一片天。

商業太空發展這能為我們帶來什麼好處呢?

首先,商業太空公司的發展會使許多新的市場被開闢與創造,而新市場的出現就會吸引更多人與更多企業投入其中,帶來很多新的可能性。例如在這次維珍銀河與藍色起源所競爭的「太空觀光業」,就是過去不曾出現過的新事物,而像是訂閱式衛星網際網路服務、商業太空望遠鏡等等,也都是正逐漸成形的「新太空服務」。

再來,商業發展下由於企業的相互競爭與追求獲利,會讓前往太空的成本持續降低。過去需要幾千萬甚至上億美金才能夠讓自己的衛星上太空,現在最低甚至一百萬美金有找。而私人太空公司也正設計著更多可重複使用的太空載具,期望進一步壓低前往太空的成本。如同馬斯克說,如果飛機是一種不可重複使用的交通工具,那麼一張機票的價格想必會貴的不可思議。過去太空運載火箭就是一種不可重複使用的載具,因此發射衛星和太空船的價格當然居高不下。這次為太空旅遊設計的太空船二號、新雪帕德號都是完全可重複使用的,而 SpaceX 能夠發射衛星的獵鷹九號火箭,也能夠重複使用第一節火箭。這些都能大幅的降低前往太空,以及發射衛星的成本。

或許未來有一天,太空旅行的費用能讓多數人都能夠負擔。圖/Pexels

截至今天,太空發射的成本目前已經可以壓低到「讓許多有錢人能上太空旅遊」的程度。或許未來有一天,太空旅行的費用能讓多數人都能夠負擔,而發射衛星的成本也大幅降低,讓各式各樣的產業與服務都能在太空有新的可能性。

如同數十年前搭乘飛機旅行,或是一百年前乘坐汽車都是富豪的專利,但在技術不斷精進以及商業的競爭下,如今搭乘飛機和汽車早已不再是遙不可及的白日夢。同時公路運輸、航空運輸也都成了現今人類社會中不可或缺的命脈,但相信在動力車輛、動力飛行器剛剛問世時,也很難預期它們會成為現今的模樣。

當然,當太空產業快速發展,就如同過去所有新興產業的快速成長一樣,除了能帶來好處與利益,同時也會形成許多外部成本。但人類的科技與文明一直以來就是在進步的同時面對新的問題,在推進的過程嘗試找到平衡,但當我們回過頭一看,常常就會發現世界已經在這樣的過程中,變得更加便捷與進步。

因此,其實維珍銀河與藍色起源這次的商業首飛任務成功,除了對於布蘭森、貝佐斯是好消息外,對於世界而言,也是又一次看見商業太空時代發展的可能性,也讓我們期待未來能夠看到一個不一樣太空新時代,並享受其帶來的好處與便利。

參考資料

  1. SmallSat Rideshare Program
  2. Spaceflight Pricing
  3. Space Launch to Low Earth Orbit: How Much Does It Cost?

延伸閱讀

  1. New Shepard VS SpaceShipTwo – Everyday Astronaut
  2. 一閃一閃亮晶晶,滿天都是人造衛星 – 泛科學
  3. 【時事新聞】聯合號太空飛機首次動力飛行成功 – EASY 天文地科小站
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