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鄉民

台、美太空港合作計畫掀產業發展契機,未普及的載人亞軌道飛行如何運作?

科技新報

更新於 07月23日08:19 • 發布於 07月22日17:22

美國在台協會昨(21)日證實與台灣洽談興建「太空港」(Spaceport),透過亞軌道飛行方式有望建立台美直達樞紐,台北到休士頓飛行時間縮短至 2.5 小時。但是太空港能做為另類機場嗎?亞軌道飛行實際概念為何?太空飛行大眾化需幾年才可能實現?

人類自古便展現出對飛行的渴望,想像鳥兒在天空自由翱翔,這股動力促使航太科技與太空探索蓬勃發展,從 1903 年萊特兄弟成功駕駛動力飛機催生現代航空業,到 20 世紀中期推進技術取得突破,火箭從戰略布局演變成對未知太空探索的代步工具,發射衛星與望遠鏡支持全球通訊、導航、國防、天文、氣象觀測等多個重要領域。

隨著技術進步,近年人類開始嘗試結合航空(飛機)與太空(火箭)領域,主要有 2 種用途:一是在短時間內進行微重力實驗或大氣科學研究,二是新興亞軌道太空旅遊。

也就是說,當前太空領域又分為「軌道飛行」與「亞軌道飛行」,前者為傳統火箭將有效載荷(衛星、物資、太空人)送至環繞地球的軌道或外太空,後者則像「高速拋出」的火箭,上升到一定高度後就被重力往下拉回地面,類似你用力朝天空扔一個球,重力終會把它拉下來。

簡單講,亞軌道飛行是「摸到太空邊緣就回來」,軌道飛行是「進入太空並持續繞行」。

亞軌道飛行概念

亞軌道飛行指飛行器抵達太空邊緣(通常定義為海拔 100 公里的卡門線),但速度(約 7.9 公里/秒)不足以進入環繞地球的軌道,因此飛行器抵達最高點後就因地球重力返回地面,飛行軌跡呈拋物線。

不同於軌道飛行可持續數小時、數天、數月甚至數年不等,亞軌道飛行持續時間較短,一趟完整亞軌道飛行過程(從發射到返回地面)僅數分鐘~數十分鐘,因此一些商業公司如:維珍銀河(Virgin Galactic)、藍色起源(Blue Origin),正利用亞軌道飛行提供短暫太空旅遊體驗,人類搭乘可感受微重力(短暫失重感)並欣賞地球。

亞軌道飛行器設計

由於亞軌道飛行更強調安全返回,因此為亞軌道飛行專門設計的引擎通常具高推力、快速點火、燃料效率高等特點,推進系統力求輕便以最大化載荷,專用飛行器包括:

維珍銀河開發的太空船 2 號(SpaceShipTwo)系列,運作模式為母機搭載太空飛機從跑道起飛,並於空中釋放太空飛機,後者再點燃火箭引擎衝向太空接近卡門線,然後像飛機一樣降落跑道。

藍色起源開發的可回收新雪帕德火箭(New Shepard),類似傳統火箭垂直發射降落,加壓的載人太空艙與火箭會在空中分離,隨後各自返回地表。

已有數十名乘客透過這 2 家公司完成太空旅遊,最大問題在於亞軌道飛行仍屬商業發展初期,成本仍高昂,一般大眾目前仍負擔不起太空旅遊機票,消費者主要為富裕階層或科學體驗者,未來隨著產業擴張,價格才可能逐漸降低至接近商業飛行。

整體而言,目前亞軌道飛行費用大致如下:

太空港運作內容

類似機場做為飛機起降地,太空港(Spaceport,即發射場)是專為太空載具發射/返回設計的基地,目前美國已有 20 座獲 FAA 批准使用的商業、政府、私人太空港,包括 SpaceX 建設專用來發射星艦火箭的星港(Starbase),詳可見下圖。

▲ 美國現役商業、政府、私人太空港分布圖。(Source:FAA

而美國在台協會(AIT)最新回應指出與台灣洽談太空港合作可能性,該機構提及的休士頓太空港(Houston Spaceport)位於艾靈頓機場,已擁有合法太空港執照,是美國第 10 個獲 FAA 許可的商業太空港,截至 2024 年,休士頓太空港活動包括:

  • 支援 NASA CLPS 月球探索計畫活動。

  • 極音速太空船開發和引擎測試

  • 太空站製造和組裝

  • 太空/行星研究和教育

  • 下一代太空衣開發測試

  • 為政府、商業太空船開發居住環境系統

  • 航空航太培訓

台灣日前擇定屏東九棚村做為國家火箭發射場,AIT 稱未來有潛力升級為太空港,參考休士頓太空港過去 10 年創造近 2,000 個就業崗位,吸引數十億美元投資,此次太空港合作案或許有望帶動台灣航太產業與屏東週邊發展。

但如前言所述,亞軌道載人飛行至今仍未普及大眾,九棚國家發射場域也尚未開始建設,將九棚基地「升級」為太空港或許是台美外交亮點,但要等技術成熟成本降低,市場需求擴大及多家公司進入競爭,亞軌道飛行才有望逐步普及甚至平價化。長期來看,成本要低到完全像一般飛機普及,能讓所有人從太空港搭乘太空飛機往返,達到台北-休士頓 2.5 小時載人航程,至少還需 15~30 年。

國科會則表示,台美太空合作從過去到現在、未來都持續進行,對於拓展更多可能性,我方樂觀其成,不過太空運輸具體計畫及方案有待未來進一步評估討論,國家發射場域雖已確定位置,目前相關行政作業尚在進行中。

▲ 艾靈頓機場。(Source:休士頓太空港

(首圖來源:美國在台協會/Facebook

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