2017年4月,亞馬遜創辦人貝佐斯表示,為了實現載人上太空的夢想,他計畫未來將一年出售約10億美元的亞馬遜個人持股,來資助他投資的藍源太空科技公司(Blue Origin)。人類上太空的夢想一直沒有停止!

1957年10月4日蘇聯發射世界上第一顆人造衛星史波尼克1號(Sputnik 1),震撼了全世界,也深深震撼了美國,促成了美國航空太空總署(NASA)於1958年10月成立,美國國會大幅提升科學研究經費,甚至改變了美國數學教學的方式,這些都是為了讓美國能夠在最短的時間內追上蘇聯、進而超越蘇聯,這也促成日後的水星計畫、雙子星計畫以及阿波羅計畫。史波尼克發射升空那一刻,也點燃了美國和蘇聯兩大強權之間的太空競賽。

史波尼克1號也影響了美國的一個小鎮,並在1999年拍成電影《十月的天空》,這部電影是從原著自傳小說改編,作者是侯默.海堪(Homer Hickam),他後來真的成為了NASA工程師。電影故事的場景設定在1950年代西維吉尼亞州的煤林小鎮,小鎮的人主要以開採煤礦維生,那裡的年輕學子,除非拿到大學提供的美式足球獎學金,否則就只能留在小鎮,一輩子當礦工挖煤礦。

《十月的天空》電影海報,左為主角侯默.海堪(傑克.葛倫霍飾演),右為他的老師萊蕾(蘿拉.鄧恩飾演)。

夢想起飛

以當時的角度來看,製造一顆史波尼克衛星應該不難,困難的是要把這顆衛星放到太空的火箭,這場太空競賽一開始比的就是火箭。侯默.海堪最感興趣的也是火箭,他找了另外三名同學一起打造火箭。他們從零開始摸索,火箭一次又一次以爆炸收場,他們受到萊蕾老師的鼓勵,不斷嘗試改進火箭,並以參加全美國科學競賽當作目標。煤林小鎮上的年輕學子,在缺乏技術和資源的情況下,如何打造火箭突破重圍,改變自己的人生呢?

電影中有一幕是侯默在寫信告訴一位火箭專家華納.馮.布朗(Wernher von Braun),自己正在製作火箭,還得到了馮.布朗的簽名照片。

圖二-Wernher_von_Braun
華納.馮.布朗 (1912-1977)於1964年5月在馬歇爾太空飛行中心辦公室內,身後為土星火箭模型。Photo by NASA

二次大戰結束時,火箭技術最強的國家並不是美國,也不是蘇聯,而是戰敗的德國,當時德國的V-2火箭能飛越英吉利海峽攻擊英國。當時的英國有雷達可以預警德國戰機的攻擊,但是對V-2火箭就無用武之地,因為V-2火箭是超音速的,即使雷達發現了也來不及反擊。研發V-2火箭的靈魂人物就是馮.布朗。

馮.布朗知道德國即將戰敗,就先向美軍投降,美軍在大戰後期沒收了許多的V-2火箭,也吸收了許多火箭工程師,他們一起跟馮.布朗到了美國,接下來就以這些火箭為基礎,替美國陸軍研發新的火箭。其實不管是發射史波尼克1號的R-7火箭,或是發射美國第一顆人造衛的火箭,它們都是以V-2火箭為原型改良而來的。

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美國海軍航空母艦中途島號正試射從德軍手中俘虜的V-2火箭。Photo by U.S. Navy

史波尼克一號1957年10月4日發射成功後,蘇聯的腳步並沒有停下來,1957年11月3日又發射了另一顆衛星史波尼克2號,這次衛星裡還有第一位的太空乘客,一隻叫做萊卡的狗。蘇聯一連串的成功讓美國非常的緊張,當時美國陸海空三軍都各自研發火箭,海軍在極大的壓力下,把火箭發射的時間大幅提前,1957年12月6日率先發射先鋒火箭(Vanguard rocket),結果火箭只上升了1.2公尺就墜毀爆炸,以悲劇收場。

1958年1月31日,陸軍的馮.布朗團隊成功的發射了朱諾一號(Juno I)運載火箭,並且把探險家1號(Explorer 1)衛星送上地球軌道,總算替美國扳回一城。馮.布朗團隊研發的朱諾一號是紅石火箭(redstone)中的一員,紅石系列的火箭在接下來在水星計畫中,還把美國第一位和第二位太空人送上太空。

火箭的原理

火箭的原理其實不難,簡單的說,火箭就像是把一個吹滿氣的氣球,當你把它放開後,氣球就會飛起來,氣球飛行的動力來自於噴出的氣體,噴出的氣體愈多,氣球就能飛得愈高。

火箭燃料劇烈的燃燒後,噴出的氣體可以讓火箭升空,但是要控制劇烈的燃燒不是件容易的事,因為劇烈的燃燒其實就是爆炸,如果燃燒的太劇烈,火箭就會整個炸開,但是如果燃燒得不夠劇烈,火箭就飛不起來。

火箭上另一個重要的零件是第拉瓦噴嘴(de Laval nozzle),也就是電影中侯默拿去參加全美國科學競賽的那塊加工金屬。現代火箭的引擎上幾乎都有第拉瓦噴嘴,它的外型像一個管子,管子的兩端粗,中間比較細,就像是沙漏一樣。當火箭劇烈燃燒的氣體通過第拉瓦噴嘴時,氣體的速度會被加速到超音速,噴嘴噴出的超音速氣體讓火箭升空起飛。

圖四
第拉瓦噴嘴的原理

煤礦小鎮的孩子,要用火箭飛上天,故事本身就很有戲劇性。最後,火箭男孩參加全美國科學競賽,擊敗其他的高中生獲得第一名,讓火箭男孩得到大學獎學金!電影最後一幕是火箭男孩即將離開煤林到大學念書,他們把最後的一支火箭獻給萊蕾老師,鎮上的居民擠滿了發射的地點。火箭升空後,飛得好高好遠,鎮上的人和萊蕾老師都看到了火箭,這支小小的火箭似乎承載著所有人的夢想和希望,離開抑鬱的小鎮,飛向廣闊的天空!

 

撰文:李昫岱(天文學博士,譯有《國家地理終極觀星指南》,部落格「屋頂上的天文學家」http://roofastro.blogspot.tw/