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【直上云霄】太空旅行科学梦
■ 今年夏天，美国航天飞机亚特兰提斯号完成最后一次飞行，代表三十年载人飞行世代的
终结。未来美国着眼于以民间可回收使用的商业火箭，进行载人次轨道太空科学飞行。这
些太空载具究竟是重要的研究工具，抑或只是个烧钱的无底洞？
发现号飞过摩洛哥。（图片／NASA）
二○一一年二月二十四日， 美国太空总署(NASA) 的“发现号”航天飞机呼啸升空。太
空梭主引擎的隆隆低响，以及火箭推进器断断续续的劈啪声，响彻佛罗里达州中部乡间，
随着航天飞机升空渐远渐去。由远在六十五公里外的奥兰多一家饭店阳台望去，火燄柱似悄
然无声地升起，宛若一个消逝时代的幽灵在寂静中现身。这是“发现号”最后一次任务，
距离整个计画关门大吉，只剩下两次航天飞机飞行。美国从一九六一年五月五日，由太空人
谢帕德 (Alan Shepard) 进行十五分钟的太空飞行开始，长达五十年的载人太空飞行经典
年代，即将划下句点。
在“发现号”发射三天后，在那家奥兰多饭店的酒吧里，两位行星科学家在跟一群研
究员闲聊，谈论接下来要干嘛。杜达 (Daniel Durda) 一边啜饮着他的饮料，一边感叹过
了半个世纪，上太空飞行的不过区区只有五百人左右。能够抵达人类最终边疆的机会，仍
然仅限于少数受雇于强国跟大企业的人，再加上偶尔几个想去外太空兜风的亿万富翁。任
职于西南研究所 (SwRI) 科罗拉多州博尔德市分部的杜达说，“我希望任何人都能够上太
空，无论他们是出于什么理由上去的。”
他的同伴，同样任职于西南研究所的欧金 (Catherine Olkin) ，也表示认同。“接
下来我们要干嘛才是重点。太空里多的是机会，不只是做科学，对每个人来讲都是如此。
”
“每个买得起票的人都会去。这会像是开发荒野大西部一样。”
——史腾
这群人在此聚会的主题，是接下来要干嘛。受到近年来过多的商业公司，设计火箭用
以承载仪器以及付费乘客，穿越大气层的边缘进入太空，到达地球上空一百多公里处的成
长趋势所启发，下一世代次轨道研究者大会 (NSRC) 召开了第二次的年度会议。“次轨道
”意指载具下降后不进入轨道，但是依然会给研究者宝贵的时间，来进行没有大气层干扰
的天文观测，或是研究无重力状态下的物理过程。
参与大会的人们，因为西南研究所已编列一百三十万美元预算，进行为期四年的次轨
道科学计画的消息，而喧腾不已。这笔预算中的一部份，会用来为杜达、欧金，以及他们
的同事，西南研究所研发部副总裁史腾 (Alan Stern) 预留太空飞行物上的座位。倘若一
切照表操课，这三位研究者在二○一三年中，将以全副武装的太空人姿态，到太空中飞行
。
到目前为止，西南研究所是唯一有此计画的研究机构。大家也都知道此事得来不易：
所有次轨道旅行的领先公司，都还没有把载具送进太空，再使其返还的经验。每个未来飞
行的座位，将会索价十几万美元，却只能给研究者不到五分钟脱离大气层的“失重悬浮时
间”。若以大多数的资料收集需求来说，以无人火箭上装载自动化设备发射升空，跟载人
上去的效果一样，因此有许多太空科学家，对于商业化的次轨道太空飞行有何用处，持怀
疑的态度，尤其是针对那些研究者还要带设备上去的情况。
但是那些质疑的人，却没有几个参加了奥兰多的那场大会，现场的气氛可说是一片热
络。没有人比史腾更能具体表现这种感觉：他没能参加当晚在饭店酒吧里聚会的原因，是
因为他正忙着跟发射火箭的业界人士商议细节，更别提他准备要主持小组讨论，对全体成
员发表演说，还要召开记者招待会。
史腾在 NASA 航向冥王星的“新地平线”计画中担任主任研究员，又是 NASA 科学任
务理事会的前任主席，向来就以搞大计画著称，他跟杜达协助组织起来的 NSRC 就是一例
。他经常拿新芽乍放的次轨道产业，与商业航空飞行以及个人电脑产业的早期日子相提并
论。他在《自然》杂志访问时表示，现在再也不是有个中央集权的太空计画， NASA 手握
登上航天飞机的钥匙，每个人都得通过这个体系，才能上太空的时代了。每个买得起票的人
都可以去太空，还会创造出一堆创新跟变化。这会像是开发荒野大西部一样。
讽刺的是，这个“中央集权”的太空计画，数十年来都倚赖私人火箭才得以进行。大
部分的通讯卫星，甚至机密的军事载物，都是装在商用发射器上射入轨道的。同样无人的
私人次轨道太空飞行也不稀奇，很多公司都打着“探空火箭”的旗号，招揽在太空进行测
量与实验的业务。
问题在于这些发射器实在太贵，只有政府跟大型通讯公司才负担得起。费用很贵的原
因之一，在于这些发射器都是“消耗性的”，用一次就丢掉。 在一九七○年代，NASA发
展出一个部分可重复使用的航天飞机飞船队，试着消弭大多的浪费。但是在实际上，要设计
出能够承受发射跟重返大气层的压力，还能够整备再次飞行的载具，其工程难度更甚于可
重复使用的好处，而且造价贵得吓人。
现在这批航天飞机届临退役，NASA 又试着要让发射航天飞机的成本降低，这回他们鼓励
私部门，研发便宜火箭以及能抵达近地轨道的人员太空舱。比方说 在今年四月时，NASA
就拨款两亿六千九百万美元的研发经费给四家公司，其中一家位于加州的 SpaceX 公司，
成功发射了猎鹰九号火箭，并且在二○一○年六月率先进入轨道。
Orbiter Atlantis (STS-110) Launch With New Block II Engines
商业企业
就目前情况来看，民间企业比较把努力放在次轨道之上，这不但成本较低，潜在客户
也更多。次轨道的竞赛始于二○○四年，当时试飞员梅威尔 (Mike Melvill) 多次驾驶一
艘私人研发的可重复使用航天飞机“太空船一号”，飞到美国加州莫哈维沙漠上空一百多公
里的高度。不久之后，“太空船一号”的设计者鲁坦 (Burt Rutan) 与维京航空执行长布
朗森 (Richard Branson) 合伙，成立“维京银河”公司，以每个座位二十万美元的价码
，招揽游客搭乘目前尚在研发中，六人座的“太空船二号”太空飞机，进行离地一百一十
公里高的次轨道短程旅行。
还有其他的新兴公司跟进，其中许多公司是电脑与网络产业出身，见证了太空梦与有
利可图的高科技事业之间的共生关系。这些公司里头有位于美国德州希斯市的“犰狳航太
”，由电玩大作《毁灭战士》与《雷神之锤》的电脑图形大师卡马克 (John Carmack) 创
立资助；有位于华盛顿州肯特市的“蓝色起源”，这是创立亚玛逊网站的贝索斯 (Jeff
Bezos) 用他赚来的一小笔钱设立的；有位于加州莫哈维市的“梅斯顿太空系统”，由前
资讯科技网络大亨梅斯顿 (David Masten) 创立；还有同样位于莫哈维市的“ XCOR 航太
”，掌舵的是协助英特尔奔腾系列电脑芯片所用技术的工程师葛瑞森 (Jeff Greason) 。
这些企业家认为，次轨道太空飞行最有利可图的应用之一，就是太空旅游，不过起码
在一两年内还无法实现。同时，为了要增加发射名单，并且补助无人的测试飞行，各公司
都开始与研究机构、政府机关，以及想要在次轨道上进行科学实验，口袋殷实的独立研究
者合作。前面提到的五家公司，今年全都派代表来参加 NSRC ，希望能够跟更多像是西南
研究所之类的客户媒合。西南研究所已经订了八个次轨道飞行的座位，还在考虑追加九个
，将由“维京银河”的“太空船二号”，以及 XCOR 的“山猫号”提供服务。
参与奥兰多大会的人，大多无需鼓动，每个人都是一副亟望登机的样子。天文学家谈
到在大气层上空架起望远镜，以中红外线搜寻月球上的水，观测行星、彗星与小行星。行
星科学家详述了研究尘埃碰撞如何形成行星的微重力实验。大气科学家在讨论如何对位于
大气层上层，高度超过气象探测气球所能抵达的范围，却又低于卫星侦测范围，因此还没
有什么探索过的“忽略层”，进行原地采样。材料科学家则是渴望研究微重力对于诸如内
燃过程造成的影响。
但是个别研究者的热忱是一回事，要他们任职的机构付钱买票是另一回事。比方说
NASA 就跟“犰狳航太”与“梅斯顿太空系统”签约，付了将近五十万美元，进行七趟飞
行服务，把一些工程设备运上去。但是 NASA 还没获准购买次轨道乘客的机票（这两家公
司目前都比较专注于无人飞行业务），而且已经购买的这些飞行趟数，没有一趟真的会去
太空，计画中最高只会飞到四十公里高的地方。
发射公司要卖掉那些乘客座位，就必须说服决策者，他们的可重复使用载具，比起上
到失重太空环境的既有方式，要来得好处多多。研究者可以每趟只花个几万美元，订购一
架客制化的飞机，去飞一系列的抛物线轨迹，用三十秒的暴冲制造微重力的效果，每趟飞
行可以累积五到十分钟的微重力时间。或者他们一次花到一两百万美元，就能够把自动化
装备放到探空火箭上，在远高于地球大气层的地方，获得多达二十分钟的微重力时间。新
的商用载具能力各有差异，不过一般来说大概是介于两个既有的选项之间：这些商用载具
可以升到三十到一百公里高的地方，提供三到五分钟的无重力时间。
史腾等支持者认为，虽然可重复使用的太空载具，停留在太空的时间很短暂，但是可
以藉频繁的飞行次数来做补偿。史腾表示，他身为主任研究员，都还要花上将近十年的时
间，才从 NASA 手上弄到七次探空火箭的飞行，但是西南研究所在一年之内，就把这八次
的太空飞行任务都飞完了。他说光是“维京银河”一家公司，就有六台载具在做每日飞行
， XCOR 每天会飞上四趟，“蓝色起源”则说他们一个星期会飞一次。这让他们拥有前所
未有上太空的机会。
人类元素
1979年，女太空人安娜费雪（Anna Fisher）训练中。
但是人类真的需要在这种实验里跟着一起飞，承担这些风险与复杂度吗？史腾说这样
做有两个好处，他的论点跟 NASA 在一九六○年代的阿波罗计画之后，载人太空飞行支持
者所用的论点大致相同：一者再也不必付钱把实验搞成自动化，再者可以容易地对资料蒐
集做出即时反应，并且在实验里做改变，以取得较佳的结果。
为了展示那些优点，西南研究所的研究员打算进行三个示范实验。第一个“岩石盒子
”实验，是把石头碎片跟瓷砖放在透明盒子里，借此模拟松散的材质，如何在表面重力很
低的小行星上沈淀下来。第二个实验用到一个在一九九七年架在航天飞机上飞行，经过整修
的紫外线望远镜，透过太空舱的窗户，观测天文物体与大气层上层现象。第三个实验则是
利用“生物器具”，监控并记录乘客在不同载具的飞行状态下，其血压、心跳率等生理参
数是如何变化。
NASA 科学任务理事会首席科学家赫兹 (Paul Hertz) ，对此持保留态度。他对于可
重复使用的次轨道载具，在科学上的潜在应用，态度大致上是乐观的，但是对于天文观测
实验把人扯进来是否会有用，则不是那么有信心。他说这些飞行相对而言为时甚短，要先
把观测计画订好，实在不是那么强人所难的事。
美国约翰霍普金斯大学天文学家麦克坎德利斯 (Stephen McCandliss) ，认同赫兹的
见解，他说座位跟维生系统的重量，会造成太空飞行效能大减。麦克坎德利斯利用探空火
箭，进行紫外线天文实验已有二十多年，他说可重复使用的载具能做的事，一经比较就相
形见绌了。
史腾承认探空火箭极为宝贵，它们能够飞得更高，指向系统更为精密，还能够承载商
用可重复使用载具无法承载的东西。但是可重复使用载具可以飞行的次数多得多，成本低
了十到二十倍，还能够把科学家连同仪器一起送上太空。他说这就像是争论餐桌上要放叉
子还是汤匙一样，目的各有不同，岂能一概而论。
曾经是航天飞机太空人，目前担任美国太空望远镜科学研究所副所长的葛伦斯菲德
(John Grunsfeld) ，对于新载具是否比探空火箭更好，也持怀疑态度，不过他承认可重
复使用的载具，可为科学研究提供全新的契机。
葛伦斯菲德表示，这第一波的载具并不一定具有给科学增色的真正潜能，但它们未来
有望载人，经常性地频繁前往失重空间，停留更长的时间，甚至更好能抵达地球轨道。这
种可能性反过来，会促进具有想像力的科学创新，那在政府机关与大型学术机构，可能过
不了同侪审查的那一关。葛伦斯菲德当然也很谨慎，认为那种科学创新的价值还有待观察
。
对史腾来说，常态性次轨道太空飞行的价值，不应该仅以补助金数目，以及同侪审查
论文发表数量来加以衡量。他在 NSRC 的一个讨论时段中，对听众说倘若他们对次轨道科
学的兴趣，主要是起源于对于太空飞行的渴望，那也没什么好感到难为情的。
史腾表示，大多数的科学家，并不怎么了解人类太空飞行可以多有启发性。他说要一
头栽进科学研究里比较困难，职业生涯能够赚更多钱的时候，可就简单些了。但是倘若日
常生活里的教育家与研究者，能够到学校里跟学童说说他个人飞入太空的经验，那效果可
是非比寻常的。他说催生这个新的产业，并且制造这产业所带来的契机，就可以对未来贡
献一份心力。
这项讯息似乎在 NSRC 里引起回响。在研讨时段之中以及之后，人们谈到如何激发下
一代的研究者大有所为，譬如说从卫星上巨大的太阳能面板将能源射回地球，造访小行星
区，殖民月球或到火星旅行等事务的时候，次轨道科学的相关讨论经常会插进对话里。对
于大多数聚集在会议室与饭店酒吧里的科学家来说，民主化的次轨道飞行，确实就像是一
张空白的投影幕，他们至少可以把人类拓展的当前计画与未来梦想，投射到太阳系的其他
部分。
葛瑞森说，许多人很不愿意高谈阔论，或许也没办法总是侃侃而谈他们为何要作一趟
太空之旅，但他们中很多人想要的，是在打造未来的工作里参一脚。他自己也不例外，他
说他干这一行的原因，就是因为他觉得，这可能会成为某个会持续非常、非常久事物的开
端。
原载于【知识通讯评论月刊一〇四期】2011.06.01