20200614-通識導賞：一飛冲天去 太空旅行不是夢
通識導賞：一飛冲天去，太空旅行不是夢
2020年6月14日星期日
【明報專訊】「我要做太空人！」不再是奢想。SpaceX上月底成功載人升空，令商業太空旅行變得指日可待。香港太空館館長李為君直言，很久沒見證人類升空，今次SpaceX的成功令他深感震撼。自1972年美國結束登月行動後，載人升空技術近半世紀未見新突破。但3位熟知天文的受訪者都興奮表示，2020年開始踏入有趣的年頭，相信有生之年或會見到人類重返月球、登陸火星。
技術突破 火箭可回收重用
自古以來，人類總是仰望天空，想要了解星星、月亮、太陽。自細迷上太空科幻小說的Tesla老闆馬斯克（Elon Musk），於2002年創辦太空探索科技公司SpaceX，期望降低太空運輸成本，最終達至帶地球人移民火星的宏願。18年後，SpaceX終在上月底邁出一大步，在美東時間5月30日下午3時22分，在佛州甘迺迪太空中心發射搭載「龍飛船」（Crew Dragon）的「獵鷹9」號（Falcon 9）火箭，運載了兩名美國太空人的「龍飛船」在翌日早上10時16分成功與國際太空站（ISS）對接。此行是美國睽違9年後再在本土載人上太空，SpaceX亦成為史上第一間私人商業公司載人升空。
李為君解釋，SpaceX今次升空最歎為觀止的技術是火箭能夠重複使用，而且能夠垂直降落。「垂直發射和降落（VTVL）技術難度好高，因為火箭重心好高，而第一級火箭回收時需要減速，周圍的風速干擾非常大。網上影片都見到以前有SpaceX火箭回收時站不穩、倒下、爆炸。所以今次見證火箭垂直着陸都幾精彩，個人來說是幾震撼的科技。」
在當日升空直播片段可見，「獵鷹9」穿過煙硝與雲層，在升空後約1分鐘，越過最大阻力位置Max-Q（最大動壓點），一級推進器繼而熄火，由二級推進器接力，一二級推進器完成分離。在升空後約9分鐘，一級推進器成功垂直降落在大西洋海上的無人駕駛躉船，完成回收。「獵鷹9」號火箭早於2010年首次發射，10年間多次運載補給物資到ISS，2015年12月首次成功回收火箭推進器，令「獵鷹9」號成為全球第一枚可多次重複使用的液態燃料火箭。
打破俄羅斯「銀河唯一」？
不少傳媒都說俄羅斯是近10年唯一能載人升空的國家，但等等，中國不是自2003年楊利偉成功升空後，亦多次載人升空嗎？香港大學理學院太空研究實驗室總監及太空科學碩士課程總監Quentin Parker澄清，現時只有美國、俄羅斯和中國可以載人航天，只是美國自2011年太空穿梭機退役後暫停載人航天，而中國自1992年才發展航天計劃，時日尚早，因此俄羅斯幾乎壟斷了載人升空，美國近年都是向俄羅斯繳付巨額「旅費」將太空人送到ISS。他又提到，日本、印度等國家都正計劃推行載人航天。
香港大學地球科學系、物理學系副教授李文愷說，相比美國，俄羅斯載人航天技術出名可靠，單說現役的「聯盟」號（Soyuz）系列太空船，早在1966年，即蘇聯解體前已開始使用，用足50多年，飛行次數超過1700次。「為何很可靠？以前人們會開玩笑地說，俄羅斯和美國的分別在於俄羅斯不會用好複雜的技術，而是用最基本的辦法解決問題。我都不知道這是真是假，但例如有人說當年原子筆的發明是與美國太空計劃有關，因為美國說要發明一支太空人都可以在太空上使用的筆；但俄羅斯的解決計劃是用鉛筆，什麼都不用想。」
遊太空分兩種 離地有高有低
載人升空不是新鮮事，自冷戰期間美蘇爭霸，首名蘇聯太空人加加林在1961年成功上太空，創下歷史。但最經典的畫面，始終要數1969年7月20日美國太空人岩士唐乘坐「阿波羅11」號登月。李文愷解說，太空旅行現時主要分兩種，第一種是次軌道（Sub-orbital）飛行，即太空船冲上離地100公里的太空邊緣，之後慢慢滑翔下降回到地面。維珍航空老闆布蘭森的維珍銀河（Virgin Galactic）去年曾成功載人升空，計劃今年舉行首次商業太空旅行。至於亞馬遜創辦人貝索斯的藍色起源（Blue Origin）亦正嘗試類似的商業太空旅行方式，旅客大概有4分鐘時間俯瞰地球，體驗無重力狀態。
第二種則是載人到太空站內逗留，隨太空站環繞地球軌道航行。俄羅斯於2001至2009年間曾進行這項商業太空旅遊計劃，共有7個太空旅客坐過飛船前往ISS。首個太空旅客、美國富商Dennis Tito透露當時花費近2000萬美元（約1.55億港元）完成8天太空旅遊。
據《紐約時報》今年3月報道，SpaceX商業太空船最快在明年下半年啟航，可接載3個旅客和1個專業太空人到國際太空站，10天旅程索價5500萬美元。李文愷提到，根據NASA向SpaceX批出的商業載人開發（Commercial Crew Development）合約，當SpaceX開始恆常地派太空船前往ISS後，每年可接載商業旅客前往太空站一至兩次。
上國際太空站 看每90分鐘日出日落
難得一飛冲天去，究竟太空旅途中會見到什麼？李文愷說，ISS離地約350公里，時間概念和地球沒分別；不過，ISS每90分鐘會環繞地球一圈，即每90分鐘就會見證一次日出和日落。李為君則認為，可以見到整個地球和星空都已經值回票價，而難能可貴的體驗是真正體驗失重狀態，因為即使在地球乘坐俗稱「嘔吐彗星」的失重飛行訓練機器，最多都只能經歷30秒鐘失重狀態。李文愷補充，研究發現無重力狀態會影響人類的骨質密度，在太空時身高會略高少許，如果有幸到太空旅遊，不妨留意。
李為君說，自己要等到載人升空技術非常安全，才敢挑戰太空旅遊。提起美國太空穿梭計劃發生的兩次意外，他仍心有餘悸。美國於1981至2011年期間進行的太空穿梭計劃，曾執行135次飛行任務，出過兩次嚴重意外，即1986年「挑戰者」號及2003年「哥倫比亞」號，兩次機上7名機組人員均告陣亡。「1986年那次好震憾，我當時還未加入太空館，嚇到傻咗。」
1986年挑戰號是火箭升空時出現事故，2003年哥倫比亞號則是返回地球時發生意外，李文愷指出，載人升空最困難部分始終是火箭設計，除了要確保安全和防熱，足以承受穿越大氣層時的巨大摩擦力，還要準確計算燃料是否足夠。
時至今天，火箭升空時爆炸的問題仍不時出現。原來就算SpaceX也是運用好基本的燃料，即kerosene（煤油），「平時用於油燈那種，當然會用高級些的，但原理都是加入氧氣就會燃燒」，李文愷解釋道。李為君稱，太空公司一直在研究有無更輕、更便宜、釋放能量更快的替代燃料，他指得悉SpaceX都開始思考能否重新使用甲烷燃料，即沼氣。
太空垃圾多 旅行暫難普及
此外，Quentin Parker補充，太空垃圾亦是嚴重問題，現時太空存在好多廢置的人造衛星和火箭，由於太空船以高速航行，即使是撞到一顆極細小垃圾，都可引致爆炸。一旦太空旅行普及，出現林林總總的太空酒店等配套，就必須思考如何處理垃圾，例如研究在太空中燒毁或將垃圾完全移走。種種技術上的困難，令李為君相信短期內太空旅行無法大幅降價至平民水平，太空船亦無法像飛機一樣普及。
太空研究 香港有得讀
自1972年最後一次美國登月行動之後，人類再沒有踏足地球以外其他星體，取而代之是用無人探測器探索太空。因此，即使商業太空旅行成行，相信旅客都只能局限於在宇宙間飄浮，無法實踐月球漫步。
李文愷直言48年來載人航天並沒有太大突破。李為君說，隨着SpaceX成功升空，而且美國NASA已着手籌備2024年人類重返月球計劃，相信有生之年將會見證人類重返月球，甚至登陸火星。李為君對數字琅琅上口：「因月球平均距離地球384,400公里，火星離我們最近5600萬公里，最遠距離達4億公里，即是平均都2億幾公里，比起和月球距離遠幾百倍。派人去火星最快都要用一年時間，還要派人回來，是相當艱巨的任務，但科技發展亦進步了好多。」
隨着商業太空旅行變得有可能，摩根士丹利最新報告稱，2040年太空經濟規模可達一萬億美元。素來以先進科技發展自居的香港能否分一杯羹？Quentin Parker相信香港可以提供下游太空科技產品，例如研究太空通訊科技、機械人與大數據等，他透露香港大學將在今年7月和南京大學合作發射人造衛星探索穹蒼，港大亦將於今年首次開辦太空研究碩士課程，希望捕捉先機。
為了人類文明的出路
究竟人類值不值得花費龐大金錢和不惜犧牲人命探索無垠宇宙？3位受訪者都認為，地球人口持續上升，地球資源必有耗盡的一天，移民其他星球或許成為唯一延續人類文明的出路，繼續探索宇宙有其必要。Quentin Parker說，更重要是人之為人，正因為不僅關心生存，同時需要發夢。
文 // 彭麗芳
圖 // 資料圖片、網上圖片
編輯 // 劉子斌
fb﹕http://www.facebook.com/SundayMingpao
2020年6月14日星期日
【明報專訊】「我要做太空人！」不再是奢想。SpaceX上月底成功載人升空，令商業太空旅行變得指日可待。香港太空館館長李為君直言，很久沒見證人類升空，今次SpaceX的成功令他深感震撼。自1972年美國結束登月行動後，載人升空技術近半世紀未見新突破。但3位熟知天文的受訪者都興奮表示，2020年開始踏入有趣的年頭，相信有生之年或會見到人類重返月球、登陸火星。
技術突破 火箭可回收重用
自古以來，人類總是仰望天空，想要了解星星、月亮、太陽。自細迷上太空科幻小說的Tesla老闆馬斯克（Elon Musk），於2002年創辦太空探索科技公司SpaceX，期望降低太空運輸成本，最終達至帶地球人移民火星的宏願。18年後，SpaceX終在上月底邁出一大步，在美東時間5月30日下午3時22分，在佛州甘迺迪太空中心發射搭載「龍飛船」（Crew Dragon）的「獵鷹9」號（Falcon 9）火箭，運載了兩名美國太空人的「龍飛船」在翌日早上10時16分成功與國際太空站（ISS）對接。此行是美國睽違9年後再在本土載人上太空，SpaceX亦成為史上第一間私人商業公司載人升空。
李為君解釋，SpaceX今次升空最歎為觀止的技術是火箭能夠重複使用，而且能夠垂直降落。「垂直發射和降落（VTVL）技術難度好高，因為火箭重心好高，而第一級火箭回收時需要減速，周圍的風速干擾非常大。網上影片都見到以前有SpaceX火箭回收時站不穩、倒下、爆炸。所以今次見證火箭垂直着陸都幾精彩，個人來說是幾震撼的科技。」
在當日升空直播片段可見，「獵鷹9」穿過煙硝與雲層，在升空後約1分鐘，越過最大阻力位置Max-Q（最大動壓點），一級推進器繼而熄火，由二級推進器接力，一二級推進器完成分離。在升空後約9分鐘，一級推進器成功垂直降落在大西洋海上的無人駕駛躉船，完成回收。「獵鷹9」號火箭早於2010年首次發射，10年間多次運載補給物資到ISS，2015年12月首次成功回收火箭推進器，令「獵鷹9」號成為全球第一枚可多次重複使用的液態燃料火箭。
打破俄羅斯「銀河唯一」？
不少傳媒都說俄羅斯是近10年唯一能載人升空的國家，但等等，中國不是自2003年楊利偉成功升空後，亦多次載人升空嗎？香港大學理學院太空研究實驗室總監及太空科學碩士課程總監Quentin Parker澄清，現時只有美國、俄羅斯和中國可以載人航天，只是美國自2011年太空穿梭機退役後暫停載人航天，而中國自1992年才發展航天計劃，時日尚早，因此俄羅斯幾乎壟斷了載人升空，美國近年都是向俄羅斯繳付巨額「旅費」將太空人送到ISS。他又提到，日本、印度等國家都正計劃推行載人航天。
香港大學地球科學系、物理學系副教授李文愷說，相比美國，俄羅斯載人航天技術出名可靠，單說現役的「聯盟」號（Soyuz）系列太空船，早在1966年，即蘇聯解體前已開始使用，用足50多年，飛行次數超過1700次。「為何很可靠？以前人們會開玩笑地說，俄羅斯和美國的分別在於俄羅斯不會用好複雜的技術，而是用最基本的辦法解決問題。我都不知道這是真是假，但例如有人說當年原子筆的發明是與美國太空計劃有關，因為美國說要發明一支太空人都可以在太空上使用的筆；但俄羅斯的解決計劃是用鉛筆，什麼都不用想。」
遊太空分兩種 離地有高有低
載人升空不是新鮮事，自冷戰期間美蘇爭霸，首名蘇聯太空人加加林在1961年成功上太空，創下歷史。但最經典的畫面，始終要數1969年7月20日美國太空人岩士唐乘坐「阿波羅11」號登月。李文愷解說，太空旅行現時主要分兩種，第一種是次軌道（Sub-orbital）飛行，即太空船冲上離地100公里的太空邊緣，之後慢慢滑翔下降回到地面。維珍航空老闆布蘭森的維珍銀河（Virgin Galactic）去年曾成功載人升空，計劃今年舉行首次商業太空旅行。至於亞馬遜創辦人貝索斯的藍色起源（Blue Origin）亦正嘗試類似的商業太空旅行方式，旅客大概有4分鐘時間俯瞰地球，體驗無重力狀態。
第二種則是載人到太空站內逗留，隨太空站環繞地球軌道航行。俄羅斯於2001至2009年間曾進行這項商業太空旅遊計劃，共有7個太空旅客坐過飛船前往ISS。首個太空旅客、美國富商Dennis Tito透露當時花費近2000萬美元（約1.55億港元）完成8天太空旅遊。
據《紐約時報》今年3月報道，SpaceX商業太空船最快在明年下半年啟航，可接載3個旅客和1個專業太空人到國際太空站，10天旅程索價5500萬美元。李文愷提到，根據NASA向SpaceX批出的商業載人開發（Commercial Crew Development）合約，當SpaceX開始恆常地派太空船前往ISS後，每年可接載商業旅客前往太空站一至兩次。
上國際太空站 看每90分鐘日出日落
難得一飛冲天去，究竟太空旅途中會見到什麼？李文愷說，ISS離地約350公里，時間概念和地球沒分別；不過，ISS每90分鐘會環繞地球一圈，即每90分鐘就會見證一次日出和日落。李為君則認為，可以見到整個地球和星空都已經值回票價，而難能可貴的體驗是真正體驗失重狀態，因為即使在地球乘坐俗稱「嘔吐彗星」的失重飛行訓練機器，最多都只能經歷30秒鐘失重狀態。李文愷補充，研究發現無重力狀態會影響人類的骨質密度，在太空時身高會略高少許，如果有幸到太空旅遊，不妨留意。
李為君說，自己要等到載人升空技術非常安全，才敢挑戰太空旅遊。提起美國太空穿梭計劃發生的兩次意外，他仍心有餘悸。美國於1981至2011年期間進行的太空穿梭計劃，曾執行135次飛行任務，出過兩次嚴重意外，即1986年「挑戰者」號及2003年「哥倫比亞」號，兩次機上7名機組人員均告陣亡。「1986年那次好震憾，我當時還未加入太空館，嚇到傻咗。」
1986年挑戰號是火箭升空時出現事故，2003年哥倫比亞號則是返回地球時發生意外，李文愷指出，載人升空最困難部分始終是火箭設計，除了要確保安全和防熱，足以承受穿越大氣層時的巨大摩擦力，還要準確計算燃料是否足夠。
時至今天，火箭升空時爆炸的問題仍不時出現。原來就算SpaceX也是運用好基本的燃料，即kerosene（煤油），「平時用於油燈那種，當然會用高級些的，但原理都是加入氧氣就會燃燒」，李文愷解釋道。李為君稱，太空公司一直在研究有無更輕、更便宜、釋放能量更快的替代燃料，他指得悉SpaceX都開始思考能否重新使用甲烷燃料，即沼氣。
太空垃圾多 旅行暫難普及
此外，Quentin Parker補充，太空垃圾亦是嚴重問題，現時太空存在好多廢置的人造衛星和火箭，由於太空船以高速航行，即使是撞到一顆極細小垃圾，都可引致爆炸。一旦太空旅行普及，出現林林總總的太空酒店等配套，就必須思考如何處理垃圾，例如研究在太空中燒毁或將垃圾完全移走。種種技術上的困難，令李為君相信短期內太空旅行無法大幅降價至平民水平，太空船亦無法像飛機一樣普及。
太空研究 香港有得讀
自1972年最後一次美國登月行動之後，人類再沒有踏足地球以外其他星體，取而代之是用無人探測器探索太空。因此，即使商業太空旅行成行，相信旅客都只能局限於在宇宙間飄浮，無法實踐月球漫步。
李文愷直言48年來載人航天並沒有太大突破。李為君說，隨着SpaceX成功升空，而且美國NASA已着手籌備2024年人類重返月球計劃，相信有生之年將會見證人類重返月球，甚至登陸火星。李為君對數字琅琅上口：「因月球平均距離地球384,400公里，火星離我們最近5600萬公里，最遠距離達4億公里，即是平均都2億幾公里，比起和月球距離遠幾百倍。派人去火星最快都要用一年時間，還要派人回來，是相當艱巨的任務，但科技發展亦進步了好多。」
隨着商業太空旅行變得有可能，摩根士丹利最新報告稱，2040年太空經濟規模可達一萬億美元。素來以先進科技發展自居的香港能否分一杯羹？Quentin Parker相信香港可以提供下游太空科技產品，例如研究太空通訊科技、機械人與大數據等，他透露香港大學將在今年7月和南京大學合作發射人造衛星探索穹蒼，港大亦將於今年首次開辦太空研究碩士課程，希望捕捉先機。
為了人類文明的出路
究竟人類值不值得花費龐大金錢和不惜犧牲人命探索無垠宇宙？3位受訪者都認為，地球人口持續上升，地球資源必有耗盡的一天，移民其他星球或許成為唯一延續人類文明的出路，繼續探索宇宙有其必要。Quentin Parker說，更重要是人之為人，正因為不僅關心生存，同時需要發夢。
文 // 彭麗芳
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