理解航天:航天學入門(Understanding Space - An Introduction to Astronautics,Jerry Jon Sellers & William J. Astore & Robert B. Giffen & Wiley J. Larson)
這次預計做一航天主題系列閱讀.共選了四本:"理解航天","阿波羅是如何飛到月球的","趕往火星","時間旅行簡史",這四本方向各異,一個是看航天知識概念,一個則是航天探索實例,一本是看人類對於其他星球探索的嘗試,最後一本則是幻想中可能衝破太陽系的旅行方式.航天這個領域必然是未來會展開另一波大國競爭交戰的地帶,一方面是商業應用的前延已經進展到2027年將出現太空旅館,太空旅遊正式的項目,另一方面則是大國競爭的必會由地面擴及到太空,首先是透過衛星及其裝備的科技做戰略或戰術通訊,搜索定位的需求已經因為新冷戰的開啟完全實戰化,所謂星戰武器,其次是對於太空資源的搶奪,最近可能開展的就是月球資源的爭搶必然隨著美國恢復要再登月的計畫而掀起另一波對抗.還有一點是面對地球資源的損耗,人類終將會踏上要往探索其他星球生活或探勘資源這個思路出發.
"理解航天:航天學入門"雖是標定上的第一本,卻附上一本"星際航行理論",其實後面這本才是動念系列的誘因,作者錢學森,就是三錢之一.但可能因為作者之故,書名是"星際航行概論",但內容側重在火箭的原理與航天器設計相關的技術議題面,數學,物理學的內容不少.對文科生來說很勉強,內容細到連火箭噴管的形狀設計,,液態燃料的性能推力計算,不同液態燃料的沖壓比,渦輪泵組,藥柱工藝,固態燃料等,燃氣舵設計.專門的細部內容超多,公式滿滿的一本書,依我的程度根本不可能看完.後來才轉找到這本看來相對簡單的"理解航天"開始.但即使它"航天學入門"的副標掛在那邊,實質內容還是有大半需要用到物理學,其中談天體軌道,軌道運動,航天器運動,火箭原理等都要用到三大定律,而且這書裡可不單是講概念,有很多科學性的內容自具體的說明上.比如航空器或衛星要轉換軌道的"霍曼轉移"(Hohmann transfer orbit)不但圖解航線,還仔細說明了甚麼是"共面變軌","非共面變軌"其中都有涉及到物體的運動狀態,與各種運行可能的路線及結果,還要算軸長,機械能,航空器飛行時間,飛行速度,裏頭用到的物理算式與各類專有名詞的變數,常數不少.而這只是其中一個例子,書中在明顯表現出這可能並不是文科生以為的"入門"那種的概念式書籍.後來發現它其實是清華"航天設計與工程"課程上用的教材.目的是幫助對航天系統工程有更加廣泛的認識,了解航天系統工程在航天器子系統,火箭和操控系統中的應用,理解航天涉及的內容非常複雜,對於理解宇航學與航天任務的研究有時是件棘手的事情,但這本書在了解航天飛行､航天器､發射系統以及航天操控的概念上有助益.
"理解航天"是一本綜合性的航天入門書籍,涵蓋了與太空和太空探索相關的各種主題. 這本書分為幾章,每一章都側重於航天學的一個特定方面. 這本書提供了對空間技術,火箭科學,空間任務和空間探索歷史的深入理解.在這裡我們將分成章節的目標,人類航天的歷史,國際航天事業的發展,人類航天經濟以及太空探索可能的未來等面向來討論.
"理解航天"一開始介紹了航天的基本概念,例如空間的定義,航天的挑戰以及太空探索的重要性,目的在讓讀者對空間技術及其在現代社會中的意義有一個基本的了解,隨後就開始討論航天物理學,包括運動定律,軌道力學和火箭推進,雖然讓讀者對空間技術背後的科學原理有一個基本的了解,但其實這內容很吃讀者自身的知識背景,在下的物理學理解實在不怎麼樣,勉強的說只有粗略的理解,其中至少有三成內容是硬記的,不能說是真的理解,一方面是個人沒有這方面細部的知識需求,二方面確實也是理解能力的有限.隨後書的重點在介紹火箭設計和火箭發動機,討論了不同類型的火箭發動機,及它們的工作原理以及影響其性能的設計因素.而探討太空任務規劃和航天器設計也隨著科學性的火箭設計,空間知識之後開展,討論了不同類型的航天器,它們的設計以及影響它們性能的因素,還探討了不同類型的太空任務,包括科學任務,商業任務和載人航天任務,並討論載人航天飛行的挑戰,包括太空旅行的生理影響,太空棲息地的挑戰以及太空飛行的安全問題,讓讀者了解將人類送入太空所涉及的挑戰以及為應對這些挑戰而開發的解決方案,書的最後部分是從設計,運動等技術面擴展到探索太空探索,包括太空探索的歷史,不同類型的太空任務以及深空探索的挑戰,讓讀者了解太空探索的歷史和未來.
載人航天的歷史可以追溯到 1960 年代,當時美國和蘇聯展開了激烈的太空競賽. 蘇聯於1961年將第一人送入太空,美國於1962年首次載人航天,兩國繼續在太空展開競爭,美國最終於1969年實現載人登月.登月後,太空探索的重點轉向可重複使用航天器的開發,那就是太空梭.太空梭計劃持續了30 年,為將人類送入太空提供了可靠的重複手段.但是,其實太空梭也是有所限制的,主要原因在於航天是個系統工程,太空梭雖然可以重複使用,但實際上耗資並不特別的節省,除非有極端必要的科學,或君探索需橋,否則其實並不特別划算,加上它的封閉功能有礙逃生安全,致使它並未較其他的火箭安全也令後續的發展天上陰影.當冷戰時代結束,隨著蘇聯將該國的航天目標轉向民間商業運用來賺錢下,太空梭於2011年退役,導緻美國無法將人類送入太空. 在此期間,中國成為太空競賽的新參與者. 中國於 2003 年發射了首次載人航天飛行,此後繼續發展其航天計劃.因為美國拒絕中國參加國際空間站的合作計畫,中國便計劃建造一個自己的空間站並將人類送上月球,這便是於2022年已全部連結完成的天宮空間站,明顯的太空爭奪戰將會由此進入新的一頁. 人類太空飛行的未來充滿不確定性,但美國已計劃重返月球並最終將人類送上火星.SpaceX與Blue Origin等民間公司也在開發自己的航天器,這可能會開啟人類航天的新紀元.
除了因為大國間的競爭開展外,太空商業化則是一個相對較新的行業,但卻具有巨大的增長和創新潛力,連我們都開始有了火箭發射的嘗試. 太空經濟包括範圍廣泛的活動,從衛星發射和太空旅游到小行星採礦和太空製造.近年來,SpaceX,Blue Origin 等私營公司紛紛進入市場,致力於降低進入太空的成本,提高發射的可靠性和頻率.這導致了行業競爭和創新的深化.太空工業的一個潛在經濟機會是太空旅遊.維珍銀河和 SpaceX 等私營公司已經在提供或計劃提供提供太空旅遊體驗,雖然這些旅行目前非常昂貴,但該領域的增長潛力巨大,隨著技術的進步和成本的下降,太空旅遊可能成為一個更實惠,更容易獲得的行業,為休閒和科學研究開闢新的機會. 太空工業的另一個潛在增長領域是太空採礦.小行星被認為含有有價值的礦物,如鉑,金和稀土金屬.Planetary Resources與Deep Space Industries 等民間公司已經在致力於開發開採小行星並將這些資源帶回地球的技術. 雖然這仍然是一個新興行業,但它有可能產生可觀的收入並徹底改變採礦業. 除了這些機會之外,航天工業還具有推動其他行業創新和技術發展的潛力.例如,NASA 對宇航服和生命支持系統的研究促進了醫療設備和其他技術的進步.用於太空的新材料和製造技術的開發也可以應用於汽車和航空航天等行業.
與任何高風險行業一樣,載人航天的政治是複雜的,而且往往是有爭議的.民族自豪感和戰略需求在航天事業的發展中發揮了重要作用,國家之間的競爭推動了該行業的許多重大進步.冷戰時期,美蘇兩國為展示各自的技術和軍事優勢展開了激烈的競爭.美蘇競賽促成了載人航天領域的重大進步,包括首次載人航天,首次太空行走和首次載人登月. 然而,這也導致了兩國之間的緊張和不信任,當政治關係惡化時,該行業遭受重創.近年來,中國已成為航天工業的主要參與者. 2003年中國成為第三個將人類送入太空的國家,並於2019年成為第一個在月球背面登陸航天器的國家.中國的太空計劃被視為對美國在該行業的主導地位的重大挑戰,人們擔心兩國之間的競爭可能升級為新的太空競賽.航天工業的另一個政治問題是太空垃圾問題.地球軌道上越來越多的衛星和其他物體導致了大量的太空垃圾,這可能對其他航天器和地球上的人類生命構成威脅. 越來越多的人認為需要解決太空垃圾問題,但對於如何解決卻幾乎沒有達成一致意見.當我們進入太空探索的新時代時,重要的是要考慮太空探索的政治影響. 太空探索的歷史以國家之間的激烈競爭為標誌,特別是在冷戰期間,美蘇進行太空競賽.今天,雖然美蘇太空競賽可能已經結束,但各國之間,尤其是美國和中國在太空領域的競爭依然存在. 近年來,中國在太空探索方面取得重大進展,包括發射自己的空間站和月球車任務.這引起了美國對中國太空意圖的擔憂,特別是考慮到中國的軍事和戰略利益. 因此,美國尋求重申其在太空領域的主導地位,建立了太空部隊,併計劃在2024年前根據Artemis計劃將人類送回月球.然而,太空探索的政治影響超出了國家之間的競爭,它有可能將各國團結起來,特別是在太空探索任務中以國際合作的形式. 例如,國際空間站是美國,俄羅斯,歐洲,日本,加拿大. 還討論了未來月球任務和火星任務中可能進行的國際合作. 此外,太空探索有可能帶來新的地緣政治挑戰.天基武器的發展和太空軍事化可能對國際安全產生重大影響.所謂的天基武器就是軌道動能武器,它是一種處於概念階段的大規模毀滅性武器,構想最早來自美國星戰計畫概念.比如上帝之仗(RODS FROM GOD)便是傳聞中的天基武器.透過這個概念,世界上許多國防科技專家馬上想到了將核武飛彈佈署於太空衛星上,戰時直接落在敵人國土上方極大縮減了對方反應時間.隨後就有人提出運用任何有質量的物體從衛星高度墜落到敵國.其殺傷力與隕石撞地球的結果無異,因此不需要核武也能達成核武類似效果,這實在是一種令人感到恐怖的更快速核武裝置. 而通信,導航和情報對天基資產的日益依賴也引發了人們對這些資產易受攻擊的擔憂,這是太空競爭下對於人類毀滅的一種負面走向.
當我們展望太空探索的未來時,地平線上出現了許多令人興奮的可能性.隨著太空旅遊的潛力,新技術和基礎設施的發展以及我們對太陽系及更遠地區的不斷探索,航空航天業不乏創新和發展的機會,但也必須解決政治緊張局勢和環境問題. 在不久的將來,一項有前途的發展是太空旅遊的潛力,雖然仍然昂貴且可用性有限,但該行業民間企業的出現可能會為休閒和科學研究帶來更實惠和更容易獲得的機會,只是政治的陰霾仍是這個領域不變的威脅.
航天是個系統工程,從這本書就理解想憑一人之力理解這系統及其下的更細部子系統的知識非常人能及,平凡人如我還是遠觀就好.以上..
留言列表
