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維珍、SpaceX相繼突破大氣層 太空旅遊正式起飛

隨著維珍銀河(Virgin Galactic)創辦人Richard Branson爵士(Sir Richard Branson)、亞馬遜(Amazon)創辦人Jeff Bezos相繼成功完成太空旅遊,加上後續Elon Musk旗下SpaceX也成功將全平民宇航員送上太空軌道3天,不僅創下民間航太史上重要里程碑,也為太空旅遊產業正式揭開序幕。

不過,甫於年前接下維珍銀河執行長的Michael Colglazier儘管設下了每天載客,年均往返太空旅遊400趟的目標,但就推進商用時程來說卻相對保守,並坦承短期內擴展業務仍有不少挑戰待克服,因此未來幾年發展仍相當有限。

為達上述目標,Michael Colglazier表示該公司計劃2022年改採全新設計、便於維護的新太空船,以縮減維護時間來增加飛行次數;另外也不排除開發便於生產製造的太空船設計,以求短期內快速增加航班。

而在維珍銀河完成首航僅僅9天後,Jeff Bezos也搭乘自家藍色起源(Blue Origin)的New Shepard太空載具進入次軌道並短暫停留4分鐘後重返地面。不同於維珍銀河太空船VSS Unity型似飛機可在次軌道進行滑翔,再如飛機般降落地面,New Shepard則是由火箭發射送入次軌道,在短暫停留後下降,輔以降落傘降落地面。

編按:次軌道太空飛行指飛行器成功進入太空,但未繞行地球軌道一圈的飛行方式。

Elon Musk旗下SpaceX則是於台北時間9月16日在佛羅里達州美國太空總署(NASA)的甘迺迪太空中心(Kennedy Space Center)成功發射Falcon 9火箭,將載有全平民宇航員的Crew Dragon太空船送上太空軌道。此項名為Inspiration4的航太任務是由企業家Jared Isaacman贊助並擔任指揮官,由SpaceX負責執行。

次軌道?太空軌道?

相較於Richard Branson在次軌道太空停留約40分鐘、Jeff Bezos短暫體驗4分鐘無重力狀態,Inspiration4任務團隊四名宇航員則在太空軌道上停留3天之久。同時,Inspiration4任務達到350英里(約560公里)高度的太空軌道,為人類宇航員達到的最高高度;相較之下,維珍銀河最高達53.5英里(約86公里)高度,甚至還未突破NASA定義外太空分界卡門線(Karman Line)的100公里高度;而Jeff Bezos則是達到65英里(約105公里),雖突破卡門線,但仍低於進入太空軌道所需的高度。但無論如何Richard Branson搶先競爭對手上太空已為公司新業務做了最佳行銷。

編按:卡門線:試圖定義大氣層與太空的分界線。國際航空聯合會目前認為卡門線位於海拔100公里處,美國空軍和NASA則定為80公里。

就上述三家公司所進行的任務來看,差別在於維珍銀河與藍色起源的太空行僅來到次軌道太空,可在大氣層上觀看太空與地球,並讓乘客體驗無重力,但其飛行軌跡與大氣層或地球表面相交而無法完成1週軌道飛行,因此這2次太空旅遊都是當天往返。

這樣的次軌道太空飛行所需的推動力和速度較低,意謂著火箭燃燒的時間更少、太空船外部溫度更低、對太空船造成的壓力更小,因此出現問題的可能性也較小。

相較之下,SpaceX的太空軌道之旅就需要更大的推動力,讓太空船有足夠的能量來擺脫地心引力;為此,推進火箭需要具備高達每小時27,360公里的動能、即俗稱的「軌道速率」(orbital speed),讓太空船有足夠的能量繞著地球轉,也因此,Crew Dragon太空船得以達到560公里高度,並以每90分鐘繞行地球一周的速度在太空軌道上停留3天時間。

不過,次軌道太空飛行也並非沒有優點,至少在成本上會比太空軌道旅遊要低得多,同時也僅需要數天的訓練即可,不似太空軌道旅遊需要數月的培訓時間。

一般大眾能否體驗太空觀光?

當然,在如今全球面臨包括氣候變遷、COVID-19(新冠肺炎)疫情等諸多挑戰和危機之際,上述這些億萬富豪大肆揮霍上太空「玩樂」對許多人來說相當「刺眼」、或認為並不恰當;但退幾步來看,這對全人類而言並非毫無意義。

一如過去火車或飛機旅行,最初發明這些運輸工具並正式商業化時,無一不是售價不斐,但隨著技術成熟、市場規模擴大、市場競爭加劇,整體成本會一路下跌,在某種程度上達到市場均衡狀態。當然,或許未來太空觀光仍不會是大眾市場,但仍可望普及更多人。

此外,就維珍銀河VSS Unity此前僅完成過3次完整飛行、且還曾發生過重大事故而言,Richard Branson為證實其太空旅遊服務安全性仍賭上性命搭乘首航,就應該為其勇氣鼓掌。更不要忘了,Richard Branson投入了17年的時間與金錢來完成其夢想,這些成本遠比那些太空船座位費用來得高很多,收費提供太空觀光服務似乎也不為過?

同樣的情況也適用於Jeff Bezos身上。過去20年來在藍色起源事業上投入數十億美元,懷抱的就是人類能夠上太空的夢想,且不僅是太空旅遊,還希望能夠實現例行往返月球、建造太空工廠、小行星採礦等。

相較於維珍銀河目前完成4次飛行,藍色起源的New Shepard自2017年底以來已完成10次飛行,不過仍遠少於SpaceX Falcon 9火箭超過20多次的飛行紀錄。無論New Shepard或是Falcon 9火箭都為複次飛行設計,可大大降低飛行成本,且據各家業者透露,後續研發推進火箭也都將採複次使用設計。

除上述選擇外,美國新創公司Space Perspective於6月宣布一項太空觀光計畫,以氫氣球帶上一個逆水滴型的太空艙Neptune升上約30公里高度讓乘客有2個小時左右觀賞地球與太空景觀。據悉,這整趟旅程約6小時,每名乘客費用約12.5萬美元左右,預計在2024年進行首次商業飛行。

儘管目前太空旅遊仍是小眾市場,但仍有不少金字塔頂端客層搶搭,如藍色起源在2021年底前已規劃2趟飛行;另維珍銀河則已有至少600人支付25萬美元預約旅程。雖然藍色起源以及SpaceX並未公布太空旅遊費用金額,但預期都是百萬美元起跳,不過各家業者均強調未來幾年成本將會降低。

衛星和太空市場研究和諮詢機構Northern Sky Research(NSR)預測到2030年時,全球太空觀光市場累積營收規模可達79億美元,其中太空軌道旅遊將是未來頭幾年太空觀光營收的主要動能,但次軌道太空部分將呈現快速成長,並到2030年時基本與太空軌道領域並駕齊驅。

NSR預估自2021~2030年太空軌道旅遊累積營收將來到48億美元,另拋物線飛行(parabolic flight)旅遊累積營收預期將為1.7億美元;依此推估,次軌道太空旅遊將在短短幾年內由2020年的基本為零,增至2030年的29億美元規模。

編按:拋物線飛行:讓失重飛機做連續的克卜勒拋物線飛行,可讓乘客體驗猶如太空旅遊的失重感受。

若觀察太空軌道、次軌道太空以及拋物線飛行這3個垂直領域,很明顯次軌道太空旅遊將是未來十年推動太空觀光市場營收的重要領域。NSR指出,太空軌道旅遊將是獨特細分市場,其每個座位費用將在上百萬至上千萬美元水準,因此預期每年僅不到百人有能力並願意支付如此高價格;而拋物線飛行則是最「親民」領域,座位費用約在7,000美元以下,因此可望吸引大量遊客,每年飛行頻率可望到2030年時增至350趟以上;而次軌道太空旅遊則是介於上述兩個領域之間,費用約如維珍銀河數萬到數十萬美元不等。

從體驗無重力到國際太空站觀光

即使那些富翁富豪並不在意那幾百萬美元,但也會評估花得值不值得、能獲得那些體驗。首先,當然就是從太空看地球以及廣闊太空的獨特景觀視野,或許一輩子就這麼一次。據上過太空的人普遍看法就是,從太空看地球會改變你對許多事物的看法、改變與他人間的聯繫方式,並會更珍惜所有地球上天然資源。

此外,則是體驗微重力或無重力漂浮。不過目前維珍銀河和藍色起源到達次軌道太空僅能體驗數分鐘到數十分鐘的飄浮,相較之下SpaceX執行的Inspiration4任務則在太空軌道上停留3天之久,許多活動都得習慣在無重力環境中進行,例如飲食、運動等。據悉SpaceX已與NASA達成協議,未來將載旅客往返國際太空站(ISS)觀光,這對從小夢想成為太空人的民眾將有相當吸引力。

另一方面,先不計維珍銀河和藍色起源僅數十分鐘的「太空行」,SpaceX執行的太空軌道任務在3天時間內還可同步進行某些科學研究或實驗,例如動植物在無重力環境變化、太空通訊技術、甚至太空船設計改良等等,對未來人類太空發展亦有所貢獻。

還需要注意的是旅客身體能否負荷太空旅遊。在飛行中,乘客將體驗到強烈的高度和重力、即所謂的G力(G-Force),身體將有20秒到30秒需承受同一方向超過6 G、即體重6倍的壓力。這也是為何宇航員都需要經過長時間的訓練課程,以適應這樣的重力。

同時,遊客在太空暴露於輻射照射的機率也遠高於地面、太空軌道又大於次軌道太空。這都是太空旅客需要注意的事項。

太空旅遊觀光誰來監管?

目前,美國聯邦航空總署(FAA)被賦予監督商業航空工業的任務,但對太空空間的監管仍相對薄弱。

其中最被質疑的部分是火箭或太空船的發射授權許可該由哪些機構單位來審核,以及太空飛行如何避免撞擊其他人造飛行物的相關規範,如客機、無人機、衛星等。這些問題都有待立法和監督機關儘快找到解決方法,特別是太空飛行預期將在未來以倍數成長,必須儘快擬定適用於全球的相關產業法規規範。

此外,FAA目前也沒有太空觀光環境保護的相關管轄權,因此這些太空旅遊可能對環境造成的衝擊,將需要政府加緊立法涉入監管。例如火箭推進器的排放便遠高於一般飛機,何況運載的人數遠遠低於客機,以人均排放量來看是相當不環保的,且隨著未來太空飛行盛行,整體排放將只增不減。

還須注意的是,目前並沒有任何政府機關針對這些業者在保障乘客人身安全方面進行審查。FAA不願具名官員便坦承,儘管該機關向業者頒發載客太空旅遊許可證,但並無法保障這些旅遊是否安全。預期到2023年前美國國會都不會授予FAA相關管轄權,這也意謂著目前在這方面存有監管缺口。

更糟的是,目前應該還沒有保險公司提供太空旅遊險之類的保單,太空觀光業者也會讓你(妳)簽署了解相關風險並放棄所有權利的同意書。也就是說,一切後果自負。

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