【博評】William:一晃三十年 逐夢者最終夢成真

2024-02-15 12:39:27 最後更新日期:2024-02-15 18:22:59
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

unnamed12016年時建造的逐夢者人員搭載型穿梭機,不過當時SpaceDev已落選載人太空站往返計劃,故最後拿來做投放測試用。(圖片來自連結)

正當美國SpaceX失敗兩次的「特大版穿梭機型火箭」星艦還在等第三次試飛申請批出,而中美兩國的無人穿梭機同時在軌道中執行任務時,美國另一種可載人 / 載貨的商用穿梭機已在太空總署的地面測試設施開始全階段測試,並準備於四個月後展開首射。不過對熟悉航天事業的愛好者而言,這不是一個新奇強大的航天器,而是一個「兜兜轉轉」 三十五年,改頭換面兩次後才最終成真的計劃。

 Northrop HL 10諾斯洛普 HL-10是早期用於研究大氣層再入升力體構形,投落後飛行員可點燃一個液燃火箭以加速至1.8倍超音速,用以模擬再入末段的氣動操作及利用升力體進行滑翔減速。HL-10在當時數個研究中的升力體構形相比,算是最為接近日後的HL-20,(圖片來自維基百科)

逐夢者本身是來自美國太空總署1970年代以來一系列只有再入升力體結構而沒有明顯機翼的滑翔機,而且這些項目也多和穿梭機早期氣動研究有關。而其真正祖宗,其實是1980年代中期開始作為地面與規劃中的自由太空站往返及緊急設離機的測試的HL-20試驗機系統,也作為更便宜太空站的小規模貨運補給系統(因為穿梭機當時每次發射的費用太貴了)。事實上,更小型的有人穿梭機(如同期出現的MAKS)在1980年代被認為可以有更密的發射頻率,而且任務靈活性及緊急出勤能力其實也更好,回程著陸也有更強的滑翔與控制能力,增加安全性。

HL 20 Header作為負責運送人員與補給品於太空站與地面之間的HL-20,右上方是自由號太空站的想像圖。HL-20的構形在氣動上被認為來自70年代很多穿梭機研究計劃時的無主翼升力體方案,但讓人意外的是,其設計其實十分像60年代米高楊設計局的機場起飛空天子母飛機SPIRAL 50/50的子機非常相似。(圖片來自連結1)

 

不過這計劃在1993年就取消了,稍後計劃再「縮水」成當時已規劃中的國際太空站(和平二號和自由號太空站的合體)的機組緊急撤離系統,並試製出原計劃80%大小的工程模型X-38,再以高空投放形式驗證其在大氣層的滑翔著陸能力。然而本計劃又因九一一事件所導致的經濟萎縮及財政困難而被布殊政府於2002年又取消了。

HL ASWB負責投放X-38、由B-52B轟炸機改成的NASA投放母機。X-38的計劃只是一種人員逃生機,除可能用於穿梭機和國際太空站人員的逃生外,也可以用於把患重病與嚴重受傷的太空站人員緊急送回地球。(圖片來自連結1連結2)

 

原本這些計劃和其他一大堆冷戰結束後停步的計劃一樣,很可能只成為參考資料,但2006年開始由NASA推廣的「商業軌道運輸服務」計畫(Commercial Orbital Transportation Services / COTS)把這個計劃「起死回生」。此後本計劃即轉由一個太空科技初創公司SpaceDev負責。2008年該公司被內華達山脈航太公司(Sierra Nevada Corporation)收購成子公司,但計劃繼續。

HL 20 AA2穿梭機與逐萬者的前輩比較。其中Bor4是蘇聯於1983年實驗的小型跨大氣層飛行器。HL-42是以HL-20設計放大而成,預計全重30噸的跨大氣層載人及運貨兩用的工作穿梭機。及後基於資源不足及太空總署想一步到位搞出單級入軌太空船,故計劃最後被放棄。然而事實護明單級入軌的技術要求太高,最快可能還要到2050年代才能達到。(圖片來自“From HL-20 to Dream Chaser”-The Long story of a little spaceplane

 

建基於由太空總署提供的HL-20詳細技術資料及其他技術,SpaceDev把計劃改名為逐夢者並繼續研發,不過可能由於該公司規模與研發能力不夠,計劃一直困難重重,甚至到2014年時驗證機只進行過高空投落測試,以至2014年商業載人航天計劃的第一階段評估入選(CCtCap)逐夢者根本沒有入選,不過因為逐夢者還參與了商業補給計劃並獲得NASA撥款,才有繼續研發載人版的機會。

HL ASW左為2010年時客運型的逐夢者,右為現時運載5噸左右貨物,並在尾部附有與國際太空站對接口的貨運型。脫離太空站前,需丟棄的廢物會塞在對接器中,逐夢者重返大氣層前會丟棄及任其在大氣層中銷毀,不過本機也有搭載需要運回地球的貨物的能力,有指最大為500公斤。(圖片來自“From HL-20 to Dream Chaser”-The Long story of a little spaceplaneYOUTUBE擷圖)

雖然發射計劃推遲了兩年,現時該機至少會獲得次期商業貨運系統的發射合約,並計劃於2024年6月作為新型火神運載火箭第二次試射的測試載荷,並進行國際太空站運補工作;另一方面,其又和藍色起源合作,載人版大概率會成為他們的商業太空站的「載客駁艇」,但更值得留意的是,該公司還有一個逐夢者的軍用化計劃,詳細情況並未有公開,不過就載台性能看來,其可以載人,且載重能力遠強於現時的X-37B(只有800多公斤),軍用太空任務能力可以更為優越。

 QQ12.jpg (1293×422)透過以AN-225作為發射母機及配備的整形燃料箱,MAKS穿梭機可以成為半單級入軌的航天器。發射MAKS時,為了避免MAKS軌道飛行器空中發射時火箭尾焰灼傷AN-225載機,安-225需要馱著MAKS系統爬升到高空然後進行動力俯衝,加速到0.8馬赫之後然後快速拉起,MAKS系統在安-225拉起過程中分離然後點火發射,這樣就不會燒到AN-225了。(網絡圖片)

不過平心而言,三十多年前小型作業用太空穿梭機的確有其需求,就當時而然任務彈性也是相當可以的,不過三十多年後這種小型太空穿梭機又是否適合當前(尤其是美國)國家與商業太空任務?若單純作為地面與空間站載人與載貨任務,已有更成熟更簡單的載人飛船可完成(尤其載人龍飛船II號或新發展的中國可重覆使用太空船返回艙)、作為緊急逃生系統也很可靠,逐夢者不見得有很大優勢;載貨方面除非有貨要送回地球的需求,不然丟在南太平洋似乎更合成本效益。單就這兩點而言其實未能反映逐夢者的優勢;另一方面暫時來說逐夢者還是需要由大型運輸火箭打上天,發射成本及繁複性(需要起豎至火箭頂部裝上)還是擺在那裏。而且現時可回收火箭已成發展潮流,當年以可重覆搭載載荷上天然後返回的優勢,似乎也不再明顯了。

X 37B render Adrian Mann 2X-37B被算作軍用太空工作穿梭機的驗證機,但重量不到5噸且載荷艙太小。相對而言,現時在規劃中的逐夢者不單內置空間和重量更大、也能選擇有人或無人操作,且除有自己的載荷艙,還有接口可連接不同外掛工作載荷,例如小型的製造工廠(中圖)、衛星修理單元(右圖)等。至於SpaceDev聲稱的可執行國防任務型號的詳細內容,暫時來說還是詳細不明。(YOUTUBE擷圖)

 

不過若果作為工作母機,至少可能還可彰顯其價值:1. 將來可作為修理工作母機,修理太空中可能壞提的衛星或太空站建築;2. 軍用航天器:雖然現時無人機大行其道,但在太空的實時通訊、監控與複雜控制仍有一定困難,有人工作母機無論由軍事人員直接控制或機上人員對無人器直接下達命令,其安全性及可控性都有一定保障;3. 更有甚者,將來載荷發射母機由火箭改成大型飛行器的話,這種具備飛機外形的的穿梭機其實更突易整備及發射,任務彈性上其實比現時以火箭發射更大。

WVWS Falcon Heavy Demo 2310商業航天計劃最大受善者,甚至成為火箭發射生態改變者的獵鷹9系列火箭,圖為現時最重型貨運火箭、並運用模組化概念搞成的重獵鷹可回收運載火箭(PS. SLS現時仍在發展中,不計算在內),基本上就是把三個同樣可回收的獵鷹9的主推進器綑綁一起,以換取更大運力。(圖片來自連結)

 

後記:

美國太空總署2000年代的商業航天計劃,理念主要是引入私人發展航天任務,包括研發與一般情況下的發射(例如對國際太空站或未來登月計劃的載貨、載人任務),以分擔太空總署在太空研發方面的任務,並更經濟地提高經費運用與研發效率。在計劃之下,很多航太公司的子公司或初創公司都獲得資金及技術支援,並以研發及投標競爭的方式去為項目取得進一步資助。眾所周知並已獲取每年全地球近35%發射任務的SpaceX,就是計劃的受益者。由這十多年的美國航天歷史可見,雖然很多撥出去的資源都「打水漂」,但取得的成果仍然不少。

php5引力一號長寬比低,肥肥矮矮的身型不像正常火箭,反而更像卡巴拉計劃中經常給設計出來的「卡通火箭」。不過事實上它是截至現時為止運力最大的固燃火箭。(圖片來自連結1連結2)

 

順道一提,中國近年的航天事業亦發生類似情況,即一批初創公司或大型航天研發部門轄下出資的子公司,在獲得技術支援與資金下,同樣競爭航天技術合約。不過這些競爭多圍繞中小型至中型航天運載火箭,例如中國以至世界首支甲烷液氧火箭朱雀一號,最大型固體燃料火箭中最大的引力一號系列火箭,以及各類火箭回收技術等。

發佈於 博評
By 2024-02-15

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