拍向天際線的羽毛球-太空船2號接近太空

2018年底,維珍銀河公司的太空船2號「團結號」(VSS Unity)飛出82.7公里的高度新紀錄。超越美國空軍定義的地球大氣層與太空的分界,也是自太空梭計畫結束後,首次有載人太空船從美國起飛飛向太空並成功返回基地。

VSS Unity飛出大氣層

在大氣層與太空的交界高度(約海拔100 km)附近,由於空氣過於稀薄,飛行器難以產生足夠的升力。因此,飛行器的速度必須比軌道速度快很多,才能夠獲得足夠的升力來支撐自身重量。這條由國際航空聯合會所承認的大氣層和太空的界線,為表彰西奧多·馮·卡門對航空飛行貢獻,被命名為卡門線。

卡門線的位置

稀薄的空氣除了影響升力外,也難以與燃料充分混合並燃燒,一般噴射引擎將無法正常運作。那麼能夠派上用場的,就是火箭引擎了。

飛機噴射引擎原理

首個飛到卡門線的飛行器是美國的X-15實驗機(火箭不列入計算),以兩具火箭引擎作為動力。整個計畫中,其中2架次以接近6馬赫的速度飛到100公里以上的高空,打破了當時許多速度與高度記錄。然而,X-15外觀與火箭並無太大差異,就是很典型的試驗機,顯然無法吸引乘客搭乘。

美國X-15實驗機

太空梭計畫的實施,使其成為繼X-15後的另一個能突破卡門線的飛行器。最後一次太空梭任務STS-135結束後,由維珍航空公司的太空船2號繼承了人類由地球搭機前往太空的火炬。

STS-135任務象徵太空梭時代的終結

太空船2號構造圖

太空船2號採用碳纖維材料與1具「混合式固體火箭引擎」,乘坐2名駕駛與6名乘客,設計上的最大特點是具備雙垂直尾翼以及可變式半三角翼的羽狀減速系統。在不同的任務階段,機翼的後緣及垂直尾翼都會升起以增加阻力並降低速度,讓太空船安全地重返大氣層,接近地面時會像飛機一樣緩緩滑翔到跑道降落。受限於較大的重量,最大升限僅到80公里,因此嚴格來說它仍不算是太空船。然而,乘客在此高度仍可以清晰看出地球曲率以及無垠深遂的繁星,回程時更可以體會2分鐘的無重力狀態。

太空船2號操作過程

雖然太空船2號的行程不算是真正意義的太空旅行,但憑著商用太空計畫中最便宜的20萬美元票價,仍然吸引許多人預訂機票以體會一生難得一次的經歷。維珍銀河執行長表示:「我們今天所目睹的,是更加令人信服的證據,印證商業太空飛行將成為 21 世紀的產業之一。私人公司打造並營運的可重複使用太空船,將以還難以想像的方式,改變我們的工作及個人生活。」如果其餘的飛行測試順利進行,很可能就能簡單的來一趟類太空之旅。

文章參考來源:

[1]SpaceShipTwo’s 2018 test campaign returns to powered flight(檢索日期2019/02/14)
https://www.nasaspaceflight.com/2018/04/spaceshiptwo-2018-test-campaign-powered-flight/

[2]Virgin Galactic launches SpaceShipTwo to the edge of space (檢索日期2019/02/14)
https://www.theguardian.com/science/2018/dec/13/virgin-galactic-spaceshiptwo-launch-california-edge-of-space

[3]How Virgin Galactic’s SpaceShipTwo Passenger Space Plane Works (Infographic) (檢索日期2019/02/14)
https://www.space.com/17994-how-virgin-galactic-spaceshiptwo-works.html

[4]商用太空船飛出地球,搭機遊太空不是夢(檢索日期2019/02/14)
http://technews.tw/2018/12/14/virgin-galactic-vss-unity-finished-suborbital-flight/

[5]維珍銀河的商用太空船成功進入太空,太空旅行指日可待(檢索日期2019/02/14)
https://tomorrowsci.com/technology/%E7%B6%AD%E7%8F%8D%E9%8A%80%E6%B2%B3-%E5%95%86%E7%94%A8%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E8%88%B9-%E9%80%B2%E5%85%A5%E5%A4%AA%E7%A9%BA-%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E6%97%85%E8%A1%8C-%E6%8C%87%E6%97%A5%E5%8F%AF%E5%BE%85/

[6]The lessons from Spaceship(檢索日期2019/02/14)
http://www.bbc.com/future/story/20150730-the-lessons-from-spaceship-twos-crash

圖片引用來源:

[1]http://spaceflight101.com/virgin-vss-unity-first-powered-test/, retrieved February 14, 2019

[2]http://www.ss.ncu.edu.tw/~uadl/Research.html, retrieved February 14, 2019

[3]https://www.boldmethod.com/learn-to-fly/aircraft-systems/how-does-a-jet-engine-turbofan-system-work/, retrieved February 14, 2019

[4]https://de.wikipedia.org/wiki/North_American_X-15, retrieved February 14, 2019

[5]https://en.wikipedia.org/wiki/STS-135, retrieved February 14, 2019

[6]https://www.reddit.com/r/interestingasfuck/comments/a6pn9z/cutaway_of_virgin_galactic_spaceship_two_with/, retrieved February 14, 2019

[7]https://engtechmag.wordpress.com/2014/11/05/virgin-galactic-spaceshiptwo-tail-system-under-scrutiny-an-annotated-infographic/, retrieved February 14, 2019