深入淺出太空科技：由 NASA 經典穿梭機到 SpaceX 可回收火箭嘅演變

火箭同穿梭機有咩分別？一文拆解太空飛行器嘅運作原理與發展

近年只要打開新聞或者社交平台，都不時會見到美國私人航天公司 SpaceX 嘅火箭發射升空嘅消息。SpaceX 嘅 Falcon 9（獵鷹9號）火箭而家幾乎每星期都會升空幾次，令呢間公司迅速成為全球太空飛行嘅巨頭。呢個景象，同以前美國穿梭機（Space Shuttle）年代有好大分別，要知道穿梭機喺 1981 年至 2011 年服役期間，平均每年只係發射大概 4.5 次。

好多人日常傾偈嗰陣，會將「火箭」同「穿梭機」當作同一樣嘢交替使用，但其實喺航天工程嘅角度嚟講，兩者存在住非常重要嘅分別。今日呢篇文章就會同大家從基本概念、運作原理、安全考量以至未來發展，一步步拆解兩款太空飛行器嘅差異，等大家對太空科技有一個更全面、客觀嘅認識。

由國家主導到商業航天嘅過渡

要了解火箭同穿梭機嘅分別，首先要明白時代背景。美國太空總署（NASA）喺 1970 年代開始研發穿梭機，當時嘅願景係創造一款可以重複使用、好似飛機咁往返太空同地球嘅載具，希望藉此大幅降低升空成本。穿梭機計劃持續咗 30 年，雖然成就咗國際太空站（ISS）嘅建設同哈勃太空望遠鏡嘅部署，但最終因為成本太高同埋出現過兩次嚴重意外而退役。

穿梭機退役之後，NASA 改變策略，鼓勵私人企業發展商業火箭，負責將物資同太空人送上近地軌道。喺呢個背景下，由科技企業家 Elon Musk 喺 2002 年創立嘅 SpaceX 應運而生，並成功研發出 Falcon 9 火箭同埋可回收推進器技術，徹底改變咗現今太空發射嘅遊戲規則。

火箭與穿梭機嘅概念定義

簡單嚟講，火箭同穿梭機最大嘅分別在於佢哋嘅定位同物理結構。

• 火箭（Rocket）：火箭係一種「運載工具」或者「投遞系統」。佢嘅主要責任係提供強大嘅推力，克服地球引力，將頂部嘅載荷（例如人造衛星、探測器或者載人太空艙）送上太空。火箭本身通常係圓柱體設計。
• 穿梭機（Space Shuttle）：穿梭機係一款特定嘅「可重複使用軌道飛行器」。如果用一個貼切嘅比喻，火箭係負責送貨嘅貨車，而穿梭機就係搭住火箭推進系統上太空嘅嗰架「戰機」或者「太空巴士」。

為咗令大家更容易理解，可以參考以下比較表：

太空載具點樣升空同回航？

要真正明白兩者嘅分別，我哋需要拆解佢哋由升空到返地球嘅整個流程。

穿梭機嘅升空與降落流程

如果你睇過穿梭機嘅發射片段，會發現整個系統主要由三部分組成：機身（軌道飛行器）、一個巨大嘅橙色外置燃料箱，以及兩側嘅固體火箭推進器。

1. 升空階段： 點火嗰陣，兩側嘅火箭推進器同埋穿梭機尾部嘅三個主引擎會同時發動，將成個系統推上太空。
2. 分離階段： 升空幾分鐘後，兩側嘅推進器耗盡燃料就會分離，跌落海面然後由回收船打撈重用。而橙色外置燃料箱喺接近軌道嗰陣都會分離，並喺大氣層中燒毀。
3. 軌道任務： 穿梭機主體進入軌道，執行維修衛星、做實驗等任務。
4. 回航著陸： 任務完成後，穿梭機進入地球大氣層，機腹嘅隔熱瓦會抵抗極高溫。最後佢會好似一架冇引擎動力嘅滑翔機咁，對準機場跑道降落，著陸後打開減速傘煞停。

現代火箭（Falcon 9）嘅運作模式

現代商用火箭嘅結構就相對簡約，通常分為第一級推進器（下半截）同第二級推進器（上半截）。

1. 升空階段： 第一級推進器點火，產生巨大推力將火箭射上高空。
2. 級間分離： 到達特定高度後，第一級同第二級分離。第二級推進器會繼續點火，將頂部嘅太空艙或衛星準確送入軌道。
3. 推進器回收（關鍵技術）： 以前嘅火箭第一級用完就會跌落海報銷。但 Falcon 9 嘅第一級推進器會進行一系列引擎點火減速，最後精準咁垂直降落喺發射場或者海上無人駕駛駁船上面。大約升空後 8 分鐘就會完成著陸，經過檢查就可以再次發射。
4. 太空艙回航： 完成任務後，頂部嘅載人太空艙會重新進入大氣層，最後打開巨大嘅降落傘，減速跌落海面等待救援船接載。

功能與設計概念嘅注意事項

由穿梭機過渡到現代火箭，背後涉及幾個核心嘅工程考量同歷史教訓。

• 成本效益考量： 穿梭機最初嘅設計原意係慳錢，但因為系統太過複雜，每次發射後嘅維修保養同安全檢查極度昂貴，令到佢成為 NASA 史上最燒錢嘅項目之一。相反，SpaceX 透過簡化設計同真正實現第一級推進器快速回收，將發射成本大幅劈低，令商業太空旅行變得有經濟效益。
• 安全防護設計： 穿梭機歷史上有兩次慘痛教訓：1986 年嘅挑戰者號（Challenger）同 2003 年嘅哥倫比亞號（Columbia），導致全部機組人員罹難。穿梭機嘅設計令到太空人喺發射途中如果遇到爆炸，幾乎冇逃生機會。現代火箭頂部嘅太空艙設有「發射逃生系統」，一旦火箭底部發生異常，逃生引擎會瞬間將太空艙彈射離開危險區域，安全性大幅提高。
• 維護保養難度： 穿梭機機腹貼滿幾萬塊特製隔熱瓦，每次升空後都要人手逐塊檢查同修補，極耗人力物力。現代太空艙採用一次性或者更易替換嘅底部隔熱盾，令保養流程大大簡化。

點解要行返轉頭用太空艙？

有讀者可能會問，穿梭機似飛機咁型，點解而家 NASA 同 SpaceX 反而要用返似 60 年代太陽神計劃（Apollo）嗰種「太空艙」設計？呢個其實係技術發展中一個好務實嘅決定。

雖然太空艙空間相對狹窄，降落時要跌落海面（無跑道降落咁舒適），但係因為佢體積細、結構簡單，反而令佢喺抵抗大氣層重返嘅高溫同壓力時更加穩陣。此外，太空艙可以搭載喺不同大小嘅商用火箭頂部，靈活性極高。

目前，NASA 為咗實現重返月球嘅阿提密斯計劃（Artemis），亦都開發咗名為 SLS（Space Launch System）嘅巨型火箭同獵戶座（Orion）太空艙。呢個證明咗「火箭 + 太空艙」嘅組合，喺目前嘅材料科學同推進技術下，依然係兼顧安全同運載能力嘅最優解。

對一般市民嘅實用資訊與影響

雖然一般人未必會買張機票上太空，但現代火箭技術嘅進步其實同華人地區嘅生活息息相關：

• 全球通訊網絡： 因為發射火箭成本大幅下降，企業可以大量部署低軌道通訊衛星（例如 Starlink 星鏈）。對於身處偏遠地區，或者經常坐飛機、郵輪旅遊嘅香港及華人讀者嚟講，未來將會享受到更穩定、覆蓋全球嘅無縫網絡服務。
• 氣候同地理監測： 頻繁嘅火箭發射帶動咗微型衛星技術發展，令氣象預測、農作物監測甚至災難預警變得更加準確。
• 科學實驗資源： 火箭發射成本降低，令更多大學同研究機構（包括中港台及新加坡嘅科研團隊）有能力將實驗室設備送上太空，推動新物料同醫學研究。

關於火箭與太空穿梭機嘅常見問題 (Q&A)

為咗令大家更容易重溫重點，我哋將上述內容整理成 10 條常見問題解答：

Q1：穿梭機同火箭最基本嘅分別係乜嘢？

火箭係一種提供推力將物件送上太空嘅運載系統；穿梭機係一款特定設計、附有兩翼並可重複使用嘅載人軌道飛行器，需要依賴火箭系統輔助升空。

Q2：點解美國太空總署（NASA）要將穿梭機退役？

主要因為成本高昂，系統維護繁複，加上挑戰者號同哥倫比亞號兩次嚴重意外暴露咗設計上難以解決嘅安全隱患，所以 NASA 決定喺 2011 年全面退役。

Q3：SpaceX Falcon 9 火箭點樣做到降低發射成本？

Falcon 9 成功研發出第一級推進器垂直降落回收技術。以往火箭用完即棄，而家可以回收翻新再用，大大慳返重新製造成本。

Q4：穿梭機發射時旁邊嗰兩支長條形物體係乜嘢？

嗰兩支係固體火箭推進器（Solid Rocket Boosters），負責喺升空頭兩分鐘提供高達八成嘅初始推力，燃料耗盡後會分離並跌落海面回收。

Q5：火箭嘅第一級推進器降落時會喺邊度著陸？

以 SpaceX 為例，推進器會根據任務軌跡同剩餘燃料，精準咁降落喺陸地發射場嘅停機坪，或者停泊喺海中心嘅無人駕駛駁船（Drone Ship）上面。

Q6：點解而家嘅太空人要坐太空艙而唔係穿梭機？

太空艙結構簡單，更耐高溫同高壓，最重要係設有緊急逃生系統，喺發射階段萬一發生意外可以即時彈射保命，安全性比穿梭機更高。

Q7：NASA 嘅新一代太空發射系統（SLS）同 SpaceX 嘅火箭有咩唔同？

SLS 係由國家研發嘅超重型運載火箭，專為深空探索（如登月計劃）而設，目前並非完全可重複使用；而 SpaceX 的 Falcon 9 及 Starship 則強調商業化、低成本及完全可重複使用。

Q8：穿梭機喺返地球嗰陣點樣減速？

穿梭機機腹有特製隔熱瓦抵抗大氣摩擦產生嘅高溫，利用空氣阻力減速，並以滑翔方式降落機場跑道，著陸後會彈出減速傘煞停。

Q9：以往未有可回收技術之前，火箭推進器用完會點處理？

傳統火箭嘅推進器喺燃料耗盡並分離之後，會直接跌落廣闊嘅海洋或者無人荒漠之中報銷，無法再次使用。

Q10：現代商業火箭發展對普通人有咩實際影響？

發射成本降低促進咗低軌道衛星網絡普及，將來偏遠地區都可以享有高速上網，同時帶動氣象預測、導航定位等民用科技進步。

總結

總括嚟講，穿梭機曾經代表住人類對太空飛行器「如飛機般自由往返」嘅浪漫想像，喺太空探索歷史上留低咗不可磨滅嘅貢獻。然而，科技發展講求務實、安全同成本效益。由 SpaceX 帶起嘅現代可回收火箭同太空艙組合，雖然外觀上回歸基本，但喺內部技術同運作效率上就實現咗巨大飛躍。了解火箭同穿梭機嘅分別，唔單止係增進科普知識，亦有助我哋更清晰咁看懂未來全球太空產業嘅發展方向。希望呢篇文章能夠解答你對太空飛行器嘅各種疑問。