棲居美學21 NASA 80年前的火星殖民計劃

假如NASA在1970年代就已殖民火星會怎樣 聽起來荒謬 但當時確實存在一個真實可行的計畫 足以讓這成為現實 從阿波羅登月到利用當時可用的火箭技術前往火星 這是人類在二十世紀末前殖民火星的藍圖 讓我們從1940年代開始 走進馮布勞恩博士腦海中誕生的遠大構想 也被人稱為火箭科學之父 以及促成美國國家航空暨太空總署阿波羅計畫、 讓人類首次登陸月球的設計者 馮布勞恩的火箭事業生涯 正是從這裡開始的 在德國老家為納粹軍隊設計彈道飛彈 馮·布勞恩發明了V-2火箭 這是人類歷史上首枚長程導引飛彈 戰後 他被美國軍方招募 最終調往國家航空 暨太空總署 並擔任馬歇爾太空飛行中心的主任 在阿拉巴馬州亨茨維爾 美國在四十至五十年代大量聘用納粹分子 但那是另一段影片的內容了 不管怎樣 在為阿道夫與山姆大叔服役的閒暇時光裡 馮布勞恩完成了一項後來被稱為「火星計畫」的作品 這是一份共280頁的文件 一部描繪馮·布勞恩當時正積極研發之火箭科技用於載 人登陸火星計畫的小說 書中大部分內容僅為虛構故事 關於首批前往火星的人類船員 有點像科幻小說的構思 但卻是 由一位真正天才的火箭科學家所撰寫 並融入了大量內部專業知識 這部小說的敘事部分瘋狂至極 講述的是不久的將來人類社會在 毀滅性的第三次世界大戰後終於實現統一 唯獨世界和平仍未到來 由一座類似死星的巨大軌道武器維持控制 任何在地球上違規的人瞬間就會被徹底消滅 我想 就算把火箭科學家從殘暴的法西斯政權中拔出來 也改變不了他的本性 但你無法從火箭科學家身上剝去那股暴力的法西斯傾向 無論如何 除了在 太空同人小說中的納粹元素之外 馮·布勞恩在他書籍的後半部分還填滿了各種公式 以及實現火星計畫所需的計算過程 這些數學推算 清晰可見 出自同一雙後來設計阿波羅登月任務之手 因此 它彷彿成為了一個極其真實可行的跨行星航行藍圖 最重要的 是馮·布勞恩將他的所有構想以最令人驚嘆的復古未來風格圖像呈現出來 色彩繽紛的藝術風格 將明顯地影響後世無數的科幻作品 從《2001太空漫遊》到《星際大戰》 再到伊隆·馬斯克 你瞧 馮·布勞恩的火星火箭 然後再看看星艦 根據火星計畫 任務的第一階段是於 近地軌道建立大規模的人類存在 這意味著巨大的…… 環形的太空站緩慢旋轉以產生人工重力 以及位於軌道上的建造場 火星艦隊將在那裡組裝 這是馮·布勞恩最著名的構想之一 火箭設計中最具規模的是「渡輪火箭」 這是一種完全可重複使用的 太空飛機與助推器系統 能夠頻繁地往返於地球表面 運載物資至軌道空間 建設工程 從軌道上俯瞰 一支龐大的運輸艦隊、貨物拖船正緩緩前行 火星探測器將在距離地球一千英里以上的高空組裝 根據馮·布勞恩的設計 船員將居住在船體的大型球形區域內 每個區域均 由一組由龐大燃料網絡支撐的液體燃料火箭引擎供能 構成車輛主體的坦克 當時 馮·布勞恩非常推崇自燃性燃料 推動劑 是一種在壓力下混合時會自行燃燒的化學物質 在太空的真空環境中 這是一種極其簡單的火箭引擎啟動方式 至今仍廣泛使用 至今仍如此 SpaceX龍號太空艙上的德拉科推進器是極小的自燃火箭發動機 一旦準備就緒 火星艦隊將點燃引擎 脫離地球引力 並利用霍曼轉移窗口直接切入火星軌道 以縮短兩顆 行星之間的距離 馮·布勞恩預計這段距離將達260 從離開地球軌道到進入火星軌道 歷時約八個半月 當你觀察太空探索的進展 時通常都是透過消除失敗的環節、減少臨時應變措施 以及提升整體效能來實現的 工程系統精確到足以運作即可 如今 若你觀察大多數消費性產品 它們的目標便大不相同 並非追求精確 而是著重於吸引消費者 最廣泛的客戶群 但這意味著你經常會得到劣質的系統設計 因此 儘管我們擁有 我們的生活幾乎所有方面都因更好的工具而升級 唯獨剃須仍被困在一個從未 進化的即棄塑膠系統中 這正是Henson Shaving致力解決的問題 Henson 是一家加拿大公司 專門生產製造公差極為嚴格的剃須刀 刀刃僅外露0 0013英吋 有效減少刀刃變形與震動 這些正是影響加工品質的關鍵因素 實際上會引起刺激 你無需施壓或調整 設計會自動完成所有工作 臨 床測試也驗證了這一點 赫森的測試顯示紅腫和刺激程度最多可降低四倍 與傳統盒裝剃刀相比 一旦體驗到這種差異 就難以再回頭了 而且 令我印象深刻的不僅是使用起來感覺好得多 還有它優雅的外觀 簡潔的線條 扎实的做工與經過深思熟慮的設計 讓它成為你真正願意放在廚台上的物品 如果你一直覺得剃鬍時不適是理所當然的 那麼這款產品正是為你而生 值得一看 有時進步並非多做 而是選擇一個更好的系統 因此 請點擊說明中的連結 並使用優惠碼 THESPACERACE 免費獲取 100 把刀片 這可是超過兩年的刮鬍次數 在接近火星時 飛船會轉向並點燃引擎 他們再次啟動引擎以減速 並穩定在距離火星表面620英里 的低軌道上 從此處起 火星登陸艙將與主引擎及燃料艙分離 根據馮·布勞恩的估計 這些載具將在火星大氣層中 如滑翔機般飛行 使船員能夠實現受控且輕柔的著陸 在行星表面著陸後 飛行器的主體將與其滑翔翼分離 並調整至垂直位置 如今 身著太空服的船員們 他們將利用巨大著陸艙運送下來的物資 在火星上設立地面站 這些首批抵達的人將探索這顆行星 並開始建立人類首個定居點 火星上的殖民地 任務完成後 垂直起降的火箭將從地表起飛 與已在軌道上等候的艦隊會合 船員返回運輸載具後 船隻組成的艦隊再次點燃火箭引擎 設定返航地球的軌道 聽起來簡單吧 而在1940年代末這個計畫提出時 我們剛才談過的一切對任何消息靈通的人來說都顯得極其可行 火箭科學家 最大的問題在於 我們對這件事其實幾乎一無所知 當年火星的情況 即使以馮·布勞恩本人的天才 也確信我們能夠找到 火星上古老的流水運河、繁茂的植被與湖泊 甚至一個先進的物種 外星人 誠然 馮·布勞恩的大多數假設都正確 但他犯了幾項致命錯誤 錯誤 除了火星上沒有生命之外 其大氣層幾乎為零 還不到 地球密度的1% 因此像馮·布勞恩所構想的那種巨大滑翔翼火箭飛機 因為他的火星著陸器實際上根本無法運作 到了1950年代後期 該計畫進一步發展 人類前往火星的載人航天任務正變得越來越完善 一些尖端 的新技術也已加入其中 對美國而言 這正是原子時代的曙光 核能終於被成功運用來發電 當時人們開始 相信核能將成為一種無限的能源來源 能夠 將美國帶入太空時代 當然 火箭科學家早已將此技術視 為推動長時間深空飛行太空船的途徑 讓我們來看看一些 由原子科學家恩斯特·舒特勒博士設計 他曾是馮·布勞恩的密切同事 也是 一名從納粹轉為美國政府資產的同夥 舒特勒已更新了馮·布勞恩的火星計畫 原子時代的構想 他將馮·布勞恩圖繪中那種高活性化學火箭船 替換為自己設計的核電推進太空船 史圖林格的火星計畫如此…… 備受推崇 甚至於1957年登上美國電視螢幕 當年華特·迪士尼曾推出 一檔每周播出的電視節目 名為《迪士尼樂園》 這是一部內容包羅萬象的合集式影集 各種不同的主題 迪士尼希望在一部名為《火星之外》的集數中呈現太陽系 的各顆行星 因此製作了一系列天馬行空的動畫 描繪出他們對這些星球的想像 水星、火星和金星的外星人會長什麼樣子 這真是太棒了 極具創意 真實反映出當時人們對太陽系本質的好奇心 無論如何 為了讓跨行星探險的主題更具現實基礎 迪士尼特別安排 了一段節目 由馮·布勞恩與舒特勒共同呈現舒特勒所設計的模型與圖繪 原子電力火星運輸系統 詳述人類前往火星的旅程將如何展開 就如同在「火星計畫」中 這艘巨大的核動力太空船的各個組件與材料將會 由化學燃料驅動的渡船火箭運送至太空 在那裡進行組裝 一個軌道建造場 在最寬處 這艘核電動船將寬達五百英尺 並攜帶一艘獨立的火星登陸艙 船體長型中央支柱的 底部裝有核反應堆 透過原子核分裂的過程產生能量 反應堆將持續產生熱能 這股熱量會將儲存的矽油 加熱成蒸汽 沿中央管道上升 推動渦輪發電機運作 這將把旋轉能量轉化為電力 為整艘船提供動力 船頂的巨大圓形面板將發揮冷凝器的作用 將蒸汽困住並冷卻回液態 以便在原子發電 機中反覆使用 船隻的主引擎位於主體中段 支柱 它將具備一個鉑金屬網格 透過蒸汽渦輪 機供電而帶電 接著將鉀元素的蒸氣粒子噴射進 極熱的網格會電離銫原子 產生電場 將原子以高 速噴射至太空中 從而產生推力 推動太空船前進 與粒子流相反的方向 推力相對較小 但電 力引擎的效率足以使其在整個期間持續運作 飛行 這與現今離子推進器在太空中的運作方式幾乎相同 探測器與衛星的技術 七十年前就由史圖林格精準掌握 實在值得讚譽 在船體頂部、冷凝器圓環的中心位置 是貨艙與船員空間 可容納最多二十名乘客的艙室 火星登陸艙安裝在離子引擎的前側 當主船進入火星軌道後 登陸艙將脫離並點燃引擎進行 進入火星大氣層的下降過程 這也是史圖林格超越馮·布勞恩之處 設計上 火星探測器不再使用滑翔翼 而是展開一頂巨大的降落傘 這 是一種更有效的空氣制動裝置 但仍不足以在火星大氣中實現輕柔著陸 因此 在著陸前 主火箭發動機將點燃著陸推進燃燒 如同SpaceX的獵鷹9 號一樣 使飛行器緩慢下降以確保安全著陸 這種降落傘與推進式著陸相結合的方式 著陸採用的方法與美國國家航空暨太空總署最近一次火星登陸器所使 用的方式相同 一旦登陸小組完成表面探勘 便返回登陸器並點火起飛 安裝於車輛頂部的上升模組 這與阿波羅宇航員從月 球表面起飛時所採用的方法基本相同 利用核電推進器 前往火星的旅程將遠長於使用高推力化學推進的方式 我們正在考慮 在航程13個月後 僅僅要累積足夠的速度以脫離 就需要4個月的時間 地球的重力 接著七個月抵達火星 再花兩個月減速並穩定下來 進入火星軌道 史圖林格構想了一支由六艘核動力太空船組成的艦隊將執行此任務 深入太空的探險 而此時此刻 沒有人真正知道我們可能會在那裡發現什麼 火星表面 從低等植物到蜥蜴和昆蟲 什麼都有可能 一座早已滅亡的文明遺跡 他們無法確知 但決心查明真相 透過派遣人員前往火星來探查 如今 史圖林格的技術相當穩固 而且他的大多數計畫至今仍具說服力 最大的缺點在於速度極其緩慢 前往火星的航程時間超過一年 如今我們知道這段時間實在過長 讓人們接觸到太空中的微重力環境與宇宙輻射 雖然這是一個問題 但《火星與更遠》中提出的概念卻朝著正確的方向前進 來到1960年代 美國國家航空暨太空總署的人類太空飛行計畫 發展得順利非凡 水星計畫與雙子星計畫成功將首批美國人送入太空 達到軌道速度並執行艙外活動 阿波羅計劃正全力推進 我 們的朋友沃納·馮·布勞恩也正在為他的作品做最後的完善 將推動首批人類登月並安全返航的土星五號火箭 這標誌著人類太空飛行的 巔峰時刻 而美國國家航空暨太空總署（NASA）已開始將目光投向下一階段 超越阿波羅計劃 他們希望將人類送往火星 而且希望在某個時刻實現這項目標 1980年代初期 這引發了新一轮的火星探測任務提案 人人都想參與其中 這項行動甚至連福特汽車公司也提交了他們自己的火星運 輸系統提案 我們現在將專注於波音公司發布的一份白皮書 1968年航空太空部門 這可能是最合乎正統的任務設計 出自一家早已深度參與太空飛行計畫並持續投入的公司 接下來的數十年裡 波音公司帶來的是一種核熱 火箭推進級的設計 這與核電離子推進器截然不同 我們之前談過的 我們對核分裂反應堆的想法相同 但 不是利用熱能產生蒸汽 再用蒸汽發電等等 而是…… 我們只需將紅熱的核反應堆核心直接注入液態氫燃料 在極 低的低溫冷卻溫度下 氫會轉化為液態 使原子更加緊密聚集 創造出一種極具能量的推进剂 冯·布劳恩剛剛找出如何將氫氣和氧 氣冷卻液化 以應用於土星五號火箭的推进系統 這使得推力大幅提升 比他以往的高能自燃燃料更具威力 無論如何 一旦這種密度 增高的液態氫進入超熱核反應爐 將會迅速膨脹回低密度的氣體 然後經由引擎噴管排出成為廢氣 產生推力 因此 這介於傳統火箭引擎與電離推進器之間 提供了理想的 推力與效率的結合 而這種核火箭技術 正是NASA早已在Project Nerva計畫中開發的項目 波音公司的行星際太空船概念 解決了派遣船員前往火星的最後一個重大問題 根據他們的計算 以這個速度 只需不到200天就能抵達火星軌道 而要返回則會更加困難 由於大部分推進劑已在前往途中耗盡 整個過程變得緩慢許多 旅程 總行程時間仍約為六百天 視情況可能上下波動數週 發射當年就達成 這已經相當不錯了 與我們先前探討過的火星船隻一樣 波音的行星際太空船需在軌道上組裝 其五個核動力推进模組 規模極為龐大 單一模組便需配備一枚土星五號火箭才能運送 另外四個側面助推器才足以進入軌道 與大多數火箭一樣 這結 構的大部分空間都用於引擎和燃料箱 因此僅頂端部分才包含…… 三個乘員模組 中央為任務模組 這是往返火星旅程中主要 的乘員生活空間 它是一個圓柱形的加壓艙體 分為四層甲板 可容納六人乘組 堆疊結構的頂端是火星探測模組 此 車輛具備用於登陸火星的下降段 以及返回主體的上升段 太空船 火星探險模組可支援三名乘員進行為期三十天的探勘任務 火星表面 堆疊底部是地球進入模組 此模組僅在特定情況下使用 在任務的最後一天 成功將六名船員全部安全帶回地球 它的工作方式與其他地球再入艙相同 配備防熱罩與降落傘系統 因此 這是任務的概況 當整個飛行器在地球軌道上組裝完 成並準備就緒後 將啟動第一級引擎進行一次強大的離軌點火 這由三個核動力模組同步燃燒組成 將提供前往火星所需 的全部推力 使行程極為迅速 當接近火星時 火箭將進行 翻轉並點燃第二級 這僅是一個單一的核動力模組 它將提供進入軌道所需的速率變更 從此處開始 三人登陸小組轉移至火星執行模組 並與主 spacecraft分離 該巡遊模組配備主引擎 將執行脫軌點火 讓它穿越火星大氣層而下降 此時 將展開主降落傘 盡可能減緩速度 直到下降階段的引擎點火 準備著陸 燃燒並以柔軟方式著陸 在火星上停留30天後 乘組人員將遺留下降階段於當地 並在模組的上升階段返回 此階段由四個側面助推器協 助起飛 隨後分離 第二級上升引擎則將模組送入軌道 與主船會合 現在 只剩下點燃最後一具核引擎了 並執行離開燃燒以返回地球 抵達後 地球進入模組將分離並 重返大氣層 於海洋中進行水降著陸 聽起來整個過程相當順暢 穩固的計畫 這將是一項龐大的工程 極難成功執行 我的意思是 僅為了打 造一枚同樣完全耗盡的火箭 就得發射五次巨大且完全一次性使用的土星五號 一次性行星探測器 為單一載具耗費如此多資源 其成功 可能性或許渺茫 但我們剛才經歷的一切 至少應是可行的 即使以1970年代的科技水準 也並非不可能 那麼 為什麼NASA從未將人類送上火星呢 簡短的答案是： 並非單一原因所致 而是多重因素交織而成的完美風暴 到了1970年代初 約翰·F·肯尼迪 而阿波羅背後的政治動能已不復存在 國家已更換領導層 昔日的 熱潮已然消退 NASA所獲得的聯邦預算比例也遠低於昔日高峰期 月球競賽的高峰 這現實讓NASA處於十字路口 在總統理查德·尼克森的辦公桌 上擺著兩種相互競爭的美國未來太空發展願景 其中一個是阿波羅計畫的擴展 這項計畫能夠 最終將引發人類登陸火星的任務 另一項則是可重複使用的航天器的研發 這項技術有望實 現更便宜、更頻繁地進入軌道 也就是航天飛機 然而 當時的資源並不足以支撐這項計劃的全面發展 資金用於兩項任務 在這個決定之下 人類太空飛行的發展方向就此確立 並持續了接下來的半個世紀