點解穿梭機要坐波音 747 順風車？解構 NASA 傳奇運輸機 SCA 改裝秘話

航天飛機背後嘅無名英雄：航天飛機運輸機 Boeing 747 改裝與歷史全解析

在人類探索太空嘅歷史之中，美國太空總署（NASA）嘅航天飛機計劃（Space Shuttle Program）絕對係其中一個最宏大、成本最高昂嘅項目。雖然呢個計劃已經喺2011年正式劃上句號，但係好多相關嘅工程奇蹟到今日依然等緊大家去深入了解。當中最引人注目嘅，莫過於嗰兩架負責將航天飛機由各個降落點運返去甘迺迪航天中心（Kennedy Space Center）嘅巨型飛機——航天飛機運輸機（Shuttle Carrier Aircraft，簡稱 SCA）。呢兩架外表望落同普通民航客機冇乜分別嘅波音 747（Boeing 747），背後其實經過咗極其複雜嘅改裝，先至可以孭住一架幾十噸重嘅太空船喺天空飛翔。

點解航天飛機需要「坐順風車」？解析太空船嘅飛行限制

好多人第一眼睇見航天飛機，都會覺得佢同一架普通飛機無異，有固定嘅機翼、有機身、有尾翼，理應可以好似普通客機咁喺跑道自行起飛同降落。但係由航空工程學嘅角度嚟睇，航天飛機嘅飛行機制同一般飛機有本質上嘅分別。

普通民航客機或者軍用運輸機，機翼下面或者機身兩側都會安裝渦輪風扇引擎（Turbofan Engines），可以持續吸入空氣、燃燒燃料，產生推力去維持長時間嘅水平飛行。相反，航天飛機本質上係一架用火箭發射升空嘅太空載具，佢機尾配備嘅三個液體燃料主引擎，只會喺離開地球大氣層嗰幾分鐘之內運作，而且需要消耗外部大型燃料箱提供嘅極大能量。

當航天飛機原定喺太空完成任務、準備返回地球嘅時候，佢會利用微調引擎進入大氣層。喺呢個階段，航天飛機其實已經消耗晒所有動力燃料。換句話講，佢喺降落嘅過程當中，完全係一架毫無動力嘅「巨型滑翔機」（Glider）。由於佢嘅機身設計需要兼顧太空極端環境同超音速再入大氣層嘅需要，佢嘅流線型設計同滑翔性能其實比普通滑翔機差得多，重量高達約 75 噸，喺航天界甚至被戲稱為「會飛嘅磚頭」。

因為冇動力，航天飛機每次降落都只有一次機會，唔可以好似普通客機咁喺降落失敗嘅時候重新起飛（Go-around）。而且，佢降落嘅速度極高，時速高達 340 到 350 公里，遠高於一般民航機，因此需要極長同極具安全系數嘅跑道。如果佛羅里達州甘迺迪航天中心嘅天氣不穩（佛羅里達州經常有雷暴同閃電），航天飛機就焗住要改去加利福尼亞州嘅愛德華茲空軍基地（Edwards Air Force Base）或者其他備用機場嘅乾涸湖床跑道降落。一旦喺佛羅里達州以外嘅地方降落，點樣將呢架完全冇動力、又冇可能自行起飛嘅航天飛機運返去幾千公里外嘅發射場，就變成咗一個極大嘅物流難題。呢個就係波音 747 航天飛機運輸機需要出場嘅核心原因。

洛歇 C-5 對決波音 747：NASA 當年嘅兩難抉擇

喺1970年代初期，NASA 開始著手籌備航天飛機計劃嘅時候，工程師就已經意識到需要搵一架足夠強大嘅飛機去搬運軌道器（Orbiter）。經過初步篩選之後，NASA 將目標縮窄到當時美國兩款最大型嘅飛機身上：分別係洛歇公司（Lockheed）製造嘅 C-5 蓋樂西軍用運輸機（C-5 Galaxy），以及波音公司（Boeing）製造嘅波音 747 民航客機。

雖然 C-5 運輸機係軍用出身，天生就係為咗搬運超重型軍事裝裝備而設計，但係 NASA 最後決定選擇波音 747，背後主要基於兩個極之理性嘅物理與行政考慮。

第一，係機翼同氣流嘅空氣動力學結構設計。C-5 運輸機採用咗高單翼（High-wing）設計，即係話佢嘅機翼係安裝喺機身嘅頂部，而且配備咗 T 型尾翼（T-tail），水平尾翼位於垂直尾翼嘅頂端。如果 NASA 要將航天飛機安放喺 C-5 嘅機背上面，高單翼同巨大太空船所造成嘅氣流紊亂，會直接衝擊到高處嘅 T 型尾翼，令到尾翼嘅控制功能完全失效，直接危害到整部飛機同航天飛機嘅飛行穩定性。相比之下，波音 747 採用嘅係低單翼（Low-wing）設計，機翼安裝喺機身底部，而且水平尾翼位於機身下方。呢種結構令到飛機頂部有大片平坦同乾淨嘅空間，非常適合喺機背上面擺放龐大嘅航天飛機，同時對尾部氣流嘅負面影響亦都比較低。

第二，係涉及產權與軍民協調嘅行政問題。C-5 蓋樂西係美國空軍嘅核心戰略資產。如果 NASA 選擇 C-5，佢哋就必須要長期向美國空軍借用飛機。咁樣一嚟，每一次執行運輸任務都需要經過繁複嘅軍方審批手續，二來軍方亦都有權隨時因為國家安全或者軍事需要而調回飛機，會對 NASA 緊湊嘅航天日程帶來極大嘅不確定性。

相反，波音 747 係一款純商業客機，NASA 可以直接向航空公司或者波音公司購買，擁有完全獨立嘅所有權與控制權。剛好喺1970年代，全球經歷咗石油危機，航空業陷入低迷，唔少航空公司都急於出售手中嘅大型客機。呢個契機令到 NASA 可以喺1974年用相對便宜嘅價錢，向美國航空（American Airlines）買到二手嘅波音 747-100 客機進行改裝，大大節省咗項目嘅研發同採購成本。

珍寶客機大改造：由載客到載太空船嘅技術細節

當 NASA 買咗波音 747 之後，工程師就要面對點樣令一架原本設計嚟載客嘅民航機，變成可以孭住一架 75 噸重太空船飛上天嘅特種運輸機。呢裝兩架被命名為 SCA 嘅飛機（機身編號分別係 NASA 905 同 NASA 911），同大家平時去旅行坐嘅普通 747 有住天壤之別。

首先，係內部空間與重量嘅極端簡化。為咗騰出足夠嘅載重空間同提升燃油效率，NASA 將波音 747 內部所有同特種飛行無關嘅嘢拆到一乾二淨。入面幾百個乘客座位、廚房、廁所、行李架以至隔音同隔熱層，全部都被清走，整架飛機內部基本上變成咗一個空洞洞嘅大機艙。唯一保留落嚟嘅，就只有上層嘅頭等艙區域，用嚟畀飛行機組人員同技術人員喺長途飛行中休息。原本擺放座位嘅地方，換上咗大量精密嘅電子儀器同監控設備。技術人員需要喺飛行前、飛行途中以至飛行之後，全天候監控航天飛機同運輸機之間嘅電力負載、結構應力同各項數據。

其次，係機身外部嘅結構強化。工程師喺波音 747 嘅機背上面，加裝咗三個極之堅固嘅支撐架（Struts），內部結構亦做咗大幅度嘅抗壓加固。呢三個支撐架嘅位置同結構，必須要同航天飛機底部嘅接駁點完美吻合。

再者，係尾翼嘅空氣動力學改裝。當一架巨大嘅航天飛機騎喺波音 747 機背上面嘅時候，航天飛機本身嘅巨大機身會阻擋原本流向波音 747 垂直尾翼嘅空氣流動。咁樣會令到原本嘅方向舵（Rudder）失去控制效能，導致飛機喺空中好容易失去橫向穩定性。為咗解決呢個致命問題，NASA 嘅工程師喺波音 747 水平尾翼（Horizontal Stabilizers）嘅左右兩端，各加裝了一塊巨型嘅方形額外穩定翼（Endplate Fins）。呢兩塊額外嘅尾翼可以喺中央氣流受阻嘅情況下，繼續利用外側嘅乾淨氣流提供足夠嘅橫向穩定性，確保飛機唔會喺空中失去平衡。

值得一提嘅係，喺第一架航天飛機正式執行太空任務之前，改裝好嘅 SCA 喺1977年進行咗著名嘅「接近與降落測試」（Approach and Landing Tests）。當時 NASA 利用呢架飛機孭住「企業號」（Enterprise）航天飛機升空。測試分為兩個階段，其中最驚險嘅係「自由飛行」測試。喺測試入面，改裝波音 747 會飛到大約 25,000 呎高空，然後透過引爆接駁架上面嘅特製「爆炸螺栓」（Explosive Bolts），喺空中瞬間放開企業號。企業號嘅機組人員就可以藉此測試太空船嘅滑翔控制系統，並且練習點樣喺完全無動力嘅情況下安全降落。

然而，孭住航天飛機飛行亦帶嚟極大嘅性能犧牲。普通波音 747 嘅航程可以超過 5,000 海里，但當背負咗航天飛機之後，由於巨大嘅空氣阻力同重量，航程會暴跌到大約 1,000 海里。因此，每次進行橫跨美國嘅運輸飛行，中途都必須要停站加油幾次。而且，由於航天飛機表面嘅隔熱磚極其脆弱，容易被雨水侵蝕，SCA 飛行嘅時候前面必須要有一架「探路機」先行掃描氣象，確保航線內完全冇降雨。

退役後嘅歸宿：NASA 905 與 911 號機嘅最終去向

隨住美國太空總署喺2011年7月完成最後一次航天飛機任務，成個航天飛機計劃正式宣告終結，而立下汗馬功勞嘅航天飛機運輸機亦都完成咗歷史使命，步入退役階段。

其中一架編號為 NASA 911 嘅運輸機，喺2012年2月執行咗佢人生中最後一次飛行。呢次飛行航程比較短，係由現時稱為阿姆斯特朗飛行研究中心（Armstrong Flight Research Center）嘅加州愛德華茲，飛去位於加州帕姆代爾（Palmdale）嘅喬戴維斯遺產航空公園（Joe Davies Heritage Airpark）。由嗰時開始，NASA 911 就以長期借用嘅形式，喺呢度公開展出，畀公眾近距離感受呢段輝煌嘅航天歷史。

至於另一架歷史更悠久、參與過更多任務嘅 NASA 905 號機，喺退役之後承擔咗最後一項重要工作——將四架已經退役嘅航天飛機分別運送去全美國唔同地方嘅博物館進行永久收藏。完成呢一系列嘅搬運工作之後，NASA 905 自己亦都迎嚟咗佢嘅終點站。佢嘅最後一次飛行係由愛德華茲空軍基地飛往休斯敦太空中心（Space Center Houston）。現時，呢架傳奇客機被安放喺休斯敦供人參觀，特別嘅係，佢嘅機背上面還安裝咗一架一比一嘅複製品航天飛機「獨立號」（Independence），重現當年喺藍天翺翔嘅經典震撼畫面。

雖然波音公司已經喺2023年正式停產波音 747 系列飛機，標誌住「空中女王」時代嘅終結，但係唔同改裝版本嘅 747（例如美國軍方現役嘅「末日飛機」）依然喺唔同領域發揮緊作用。而 NASA 嘅呢兩架航天飛機運輸機，憑藉住1970同1980年代嘅科技，成功承載咗人類探索宇宙嘅夢想，喺世界航天發展史上面留低咗不可磨滅嘅印記。

航天飛機運輸機（SCA）核心事實與數據整理

為咗等讀者可以更清晰咁了解呢裝兩架特殊飛機嘅技術規格，以下整理咗相關嘅核心事實同數據：

• 機型基礎：改裝自波音 747-100（NASA 905）及波音 747-100SR（NASA 911）。
• 主要任務：喺航天飛機計劃期間（1977年至2011年），負責將軌道器由降落點運回甘迺迪航天中心，並進行早期空中釋放滑翔測試。
• 內部改造：拆除所有乘客座位、廚房、廁所及隔音層；僅保留上層頭等艙供機組人員使用；加裝飛行電子負載與結構監控儀器。
• 外部改造：機身頂部安裝三個航天飛機固定支撐架；尾部水平翼兩端加裝巨型方形額外穩定翼（Endplate Fins）以確保橫向穩定性。
• 特殊限制：馱載航天飛機時航程由 5,000 海里暴跌至約 1,000 海里，中途需多次加油；因隔熱磚限制，飛行航線必須完全避開降雨區域。
• 退役去向：NASA 911 於加州帕姆代爾喬戴維斯遺產航空公園靜態展出；NASA 905 於休斯敦太空中心背負複製品航天飛機進行永久展出。

總結

回顧航天飛機運輸機嘅發展歷史，波音 747 嘅改裝成功，證明咗民用航空技術同頂尖航天科學結合嘅無限可能。喺缺乏現代化電腦輔助設計同先進複合材料嘅年代，工程師憑藉精準嘅空氣動力學計算同大膽嘅改裝構想，成功解決咗太空船地面運輸嘅世紀難題。呢兩架飛機不僅連繫咗太空同地面，佢哋本身就係人類太空探索歷史當中不可或缺嘅工程奇蹟。