關鍵趨勢》火箭重複回收發射、太空商業旅行表現可圈可點,2022 精采可期

作者 | 發布日期 2021 年 12 月 30 日 10:00 | 分類 天文 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


2021 年,已是對聽到 SpaceX 又發射衛星不會感到稀奇的年度,更甚至幾家企業在今年首次完成商業太空飛行,而台灣太空發展法也終於三讀通過。自 2020 年的低點大反彈後,今年全球航太工業湧入大量投資,具體有哪些輝煌事蹟?

SpaceX 星鏈衛星佈署順暢

美東時間 5 月 26 日,SpaceX 預計由 12,000 顆低軌衛星提供高速網路的計畫中,將於第一個軌道面(離地 550 公里、傾角 53 度)運行之星鏈衛星全數發射完畢,約 1,700 顆衛星預計可為全球 80% 地區提供高速衛星網路服務。

美東時間 9 月 13 日準備填充第二個軌道面的星鏈衛星也展開航程,自范登堡空軍基地 SLC-4E 發射台升空,12 月 3 日又從卡納維拉角太空軍基地發射一批,截至此批,目前在軌星鏈衛星總數逾 1,750 個;美東時間 12 月 17 日凌晨再從范登堡空軍基地送一批衛星上去,然而這次任務和之前部署至離地 540 公里軌道的預料有所出入,SpaceX 決定這批衛星最終軌道為離地 550 公里。

同時,SpaceX 還釋出了更薄更輕巧的訊號接收終端天線,形狀也從圓盤改為矩形,讓原本主打輕巧優點(且至今還沒有實體)的亞馬遜黯然失色。

▲ SpaceX 二代終端天線變成方形。(Source:矩形星鏈配件指南

商業太空旅行正式拉開帷幕

錢多的富豪若想看到比飛機上更遼闊的風景,現在他們可以選擇搭乘太空飛機或太空船去地球軌道遊玩了。

今年 7 月 11 日,核心宗旨為發展太空旅遊的維珍銀河(Virgin Galactic)達成重大里程碑,在名為「Unity22」的任務中, 2 名飛行員(Dave MacKay、Michael Masucci)駕駛 VMS Eve 噴射母艦機悠哉飛行至離地 13~15 公里後,再自空中釋放太空飛機「維珍銀河團結號(VSS Unity)」,上頭包含維珍銀河創辦人布蘭森在內等 4 名任務專家,成功以不同於傳統火箭的方式衝至地球大氣邊緣,乘客經歷 4~5 分鐘失重感,並親眼見證地球是圓的。

▲ 維珍銀河太空飛機。(Source:維珍銀河

緊接在維珍銀河之後僅一個禮拜多,藍色起源的新雪帕德火箭(New Shepard)系統於 7 月 20 日展開商業首航,同樣地,藍色起源創辦人貝佐斯也在上頭。

和 VMS Eve 噴射機緩慢爬升再於半空釋放太空飛機、整趟任務時長約 2.5 小時不同的是,新雪帕德火箭從起飛到釋放太空船、後者越過卡門線(Kármán line)然後返回地球,整趟任務僅約 10 分半;此外,維珍銀河任務的 4 名乘客都是該公司員工,但藍色起源任務其中一個座位是透過拍賣由競標者拿下,嚴格來說更偏向實質商業首航。

若從飛行高度來看,維珍銀河雖然飛至離地 80 公里,已通過美國空軍與 NASA 認定的地球大氣與太空交界──卡門線,但藍色起源飛得更高,達到國際航空聯合會認定的離地 100 公里卡門線,所以後者又嗆前者根本不算太空旅行,只能算次軌道飛行。

▲ 藍色起源的新雪帕德火箭。(Source:藍色起源

好了,上面兩家通通別吵。

9 月 16 日,SpaceX 也展開首趟全平民(不為官方機構任務出馬,不是說資產程度為平民)組成的私人太空飛行任務「靈感 4 號(Inspiration4)」,直接進入比國際太空站還要高的離地 585 公里軌道,且飛船(Dragon 2)內 4 名乘客在太空停留了 2 天,事後於美國佛羅里達州海岸附近順利濺落。

在 SpaceX 面前,維珍銀河和藍色起源的太空旅行都只是小意思,但這 3 家相繼帶來太空飛行成功的好消息,讓新太空時代在 2021 年留下重大里程碑。

▲ 靈感 4 號四名成員。(Source:Flickr/Official SpaceX Photos CC BY 2.0)

SpaceX 星艦迅速進展至軌道級測試

短短 3 年,目標將人類送往月球甚至火星的 SpaceX 下一代太空載具星艦(Starship)原型機開發,就從一個僅起飛 150 公尺高的星蟲、進階至準備進入地球軌道測試的 120 公尺高星艦。 5 月 6 日,SN15 原型機在吸收前幾代的爆炸經驗後,終於成功起飛至離地 10 公里高並安全著陸,隨後 SpaceX 立刻向 FCC 提交新申請,計畫下一步展開完整星艦(上級飛船+下級超重型火箭)原型的首次軌道飛行測試。

按照原計畫表,星艦將從 SpaceX 位於德州的 Boca Chica 設施起飛,第一級超重型助推器點燃 29 台猛禽發動機,發射後 2 分 49 秒左右脫離,發射後 8 分 15 秒左右落在距海岸約 32 公里的墨西哥灣;第二級星艦飛船則繼續飛越佛羅里達海峽上空,預計發射後 3 分 56 秒點燃猛禽發動機並加速進入軌道,整趟飛行達 90 分鐘。最後飛船回到夏威夷上空,並預計在考艾島西北海岸約 100 公里處海上進行軟著陸。

不過根據最新進展,SpaceX 已證實改於甘迺迪太空中心建造星艦發射台,而不是原本製造與測試星艦的 Starbase 基地;此外,任務也因 FAA 的環評草案而延遲至最快明年 1 月發射。

台灣三讀通過太空發展法

為了趕上全球太空科研進展腳程,在過去 30 年慢慢累積太空研發能量的台灣,終於在今年三讀通過太空發展法,明定我國太空發展基本原則。而想從衛星零組件自主研發擴大至火箭體開發,首先一定要擁有自家火箭發射場,方能加速各種飛行測試,終於,科技部於 11 月 22 日在屏東縣牡丹鄉旭海部落選出第一個火箭發射場域,未來將能依「短期科研探空火箭發射場域作業指引」,接受符合規定的火箭科研團隊申請使用發射場。

哈伯望遠鏡頻掛機、韋伯望遠鏡將升空

從捕捉各種恆星誕生與死亡、發現冥王星周圍新衛星、追蹤穿越太陽系的星際物體、協助計算宇宙年齡與膨脹、觀察大爆炸後不久形成的星系等,為天文學家帶來許多宇宙新見解的哈伯望遠鏡雖然年歲已高,但這 31 年來還是頑強地接下各種新科學任務。

然而今年,哈伯望遠鏡三度進入中止一切數據收集的安全模式,雖然 NASA 檢查後表示哈伯望遠鏡各項硬體設備依然硬朗,但終有一天,哈伯望遠鏡不再派員親手維修的零組件會一一失效,於太空中光榮退役。

而原意接班哈伯望遠鏡、主要任務是調查大爆炸後殘餘紅外線證據(宇宙微波背景輻射)、卻延遲了 10 多年的韋伯望遠鏡,終於將在本月底發射升空,將前往太陽-地球第二拉格朗日點展開觀測任務:一個無法頻繁派人去修理的遙遠位置。

NASA 釋出合約開發阿提米絲登月計畫

今年 4 月,NASA 根據 NextSTEP-2 附錄 H 合約,將價值 28.9 億美元的月球載人著陸系統(human landing system,HLS)合約交由 SpaceX 開發,並率先展開無人試飛、登陸月球、返回 NRHO 軌道測試,若成功,之後將做為 2025 年阿提米絲-3 登月計畫的交通工具之一。

屆時 2 名太空人會從獵戶座飛船轉移到著陸器,再從月球軌道下降至月表展開探勘任務,並於加壓乘員艙內生活長達一週時間。

▲ SpaceX 月球載人著陸系統概念圖。(Source:Twitter/SpaceX

雖然合約結果公布後,原本自詡為國家隊的藍色起源表達出強烈不滿,並對 NASA 提起訴訟,紛爭長達 7 個月,期間 SpaceX 也因合約與 NASA 暫時中止而無法開發月球載人著陸系統。事後,法院駁回了藍色起源的訴訟,但原訂於 2024 年執行的阿提米絲-3 登月任務因此推延一年。

此外,為了安撫藍色起源帶頭抗議,NASA 在 9 月另外釋出 NextSTEP-2 附錄 N 這份新合約,提供給以下 5 家公司共 1.46 億美元資金開發月球載人著陸系統,包括:

  1. Blue Origin 獲得 2,650 萬美元;
  2. Dynetics 獲得 4,080 萬美元;
  3. 洛克希德‧馬丁公司(Lockheed Martin)獲得 3,520 萬美元;
  4. 諾斯洛普·格魯曼公司(Northrop Grumman)獲得 3,480 萬美元;
  5. 以及配得最少的 SpaceX,僅 940 萬美元。

2022 年全球航太工業只會更精采

截至 12 月初,SpaceX 今年已發射了 27 次火箭任務,而根據外媒《Next Space flight》和《Spaceflight Now》反向推估,SpaceX 明年在不含發射星鏈衛星的前提下,至少會執行另外 36 次任務。

2020 年 10 月時,馬斯克曾在Twitter 表示希望 2021 年火箭發射任務可達 48 次,看起來這個目標可以在明年實現。

NASA 預定於 2022 年發射的科學任務,則包括搭載獵戶座太空船的太空發射系統(SLS 火箭)試飛、8 月的靈神星軌道器(Psyche)、Janus 雙小行星探測任務等;印度則將繼 2 年前登陸月球失敗且墜毀的月船 2 號之後、再次嘗試把月船三號送到月球表面。

中國天宮號太空站的問天號實驗艙與夢天號實驗艙,也預計在明年 5 月及 8 月發射升空,拼湊為完整模塊全面展開微重力條件下的科學實驗。

(首圖來源:Flickr/Official SpaceX Photos CC BY 2.0)

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