火箭、人造衛星、微電腦……阿波羅登月計畫流芳百世,帶動5大創新全人類至今受惠!

2019年07月21日 11:35 風傳媒
1969年7月16日,阿波羅11號登月任務3位太空人準備升空(AP)

1969年7月16日,阿波羅11號登月任務3位太空人準備升空(AP)

1950年代啟動、1960年代成功的人類登月計畫,不僅締造史無前例的人類探險成就,而且為我們的日常生活帶來影響深遠的變化,激發科技業百花齊放。時至今日,從天氣預測、衛星定位到智慧型手機,都要感謝當年人類挑戰太空的雄心壯志。

時值阿波羅11號(Apollo 11)登月50周年,美國航空暨太空總署(NASA)天文學家、威斯康辛大學密爾沃基分校(UWM)教授克萊頓(Jean Creighton)特別撰文,歷數登月計畫帶動的5大創新。

一、火箭

1957年10月4日,蘇聯發射史上第一顆人造衛星「史潑尼克1號」(Sputnik 1),人類正式進入「太空時代」(Space Age),當時他們的發射載具技術,是來自二戰納粹德軍的「V-2」長程飛彈。

接下來就是一飛沖天:1959年1月4日,蘇聯「月球1號」(Luna 1)衝出地球重力場、飛越月球;1961年4月12日,蘇聯「東方1號」(Vostok 1)讓加加林(Yuri Gagarin)成為第一位太空人;1962年7月10日,美國第一枚通訊衛星「電星1號」(Telstar 1)對大西洋地區送出電視節目訊號。

1957年蘇聯發射了世界上的第一顆人造衛星「史潑尼克1號」(Sputnik 1)(Wikipedia / Public Domain)
1957年蘇聯發射了世界上的第一顆人造衛星「史潑尼克1號」(Sputnik 1)(Wikipedia / Public Domain)

美蘇兩國雖然在太空領域激烈競爭,但是對於利用納粹德軍技術倒是有志一同,而且美國手上有一張王牌:德國火箭科學天才馮布朗(Wernher von Braun),推升阿波羅任務的「農神5號」(Saturn V)火箭就是他的傑作。

農神5號的5具F-1發動機每1秒鐘要燒掉12.9噸燃料,至今仍是人類的「火箭王」,但是今日火箭的成本要比半世紀前低廉許多。農神5號今日的造價超過10億美元,相較之下,SpaceX的「獵鷹重型運載火箭」(Falcon Heavy)「只要」9000萬美元,讓人類的太空事業如虎添翼。

二、人造衛星

火箭不但可以將人類送上月球,更為人類開啟了衛星時代。最常見的衛星繞行地球同步軌道(geosynchronous orbit),距離地表3萬4100公里至3萬6440公里,為人類提供通訊、網際網路連結、電視節目播送等服務。

目前我們頭頂的天空中,約有4987顆衛星正在繞行地球;光是在2018年,各國就進行了382次衛星發射任務。目前仍在運作的衛星之中,40%用於通訊、36%用於觀測地球、11%用於技術實驗、7%用於導航、6%用於太空與地球科學研究。

三、微型化

太空任務使用的火箭必須力大無窮,但是在其他方面卻必須追求「輕薄短小」,以減少發射升空、抵達軌道所需的能量──就連阿波羅任務登月艙的艙壁,厚度也只有薄薄的兩張紙。

電腦的「微型化」(miniaturization)尤其成績斐然,1940年代的「電子數值積分計算機」(ENIAC)重30噸、耗電功率160瓦,到了1960年代,阿波羅導航電腦只有32公斤重、耗電功率70瓦。

1951年問世的第一部商用電子計算機「UNIVAC I」每秒鐘能執行1905個指令,但農神5號的導航電腦可以執行1萬2190個。太空任務促使電腦業者不斷追求更小、更快、更節能的電腦設計。時至今日,你我手中的智慧型手機,運算速度是阿波羅11號導航電腦的1億2000萬倍。

人類第一部商用電子計算機「UNIVAC I」1951年問世(Wikipedia / Public Domain)
人類第一部商用電子計算機「UNIVAC I」1951年問世(Wikipedia / Public Domain)

四、全球地面站網絡

將載具與人員送上太空是偌大工程,與它/他們保持聯絡同樣重要。1969年登月任務之所以成功,要感謝由遍布全球的地面站(ground station)組成的「深太空網絡」(Deep Space Network,DSN),讓地面控制員能夠與太空任務保持通訊。

由於太空船的能量動力有限,地面站必須建構大型天線,有如「順風耳」一般蒐集微弱的太空訊號;同時它還得扮演「大聲公」,將地面任務中心的指令傳送至浩瀚太空。登月之後,DSN持續為人類的太陽系探索任務效力。此外,高橢圓軌道(HEO)的繞極衛星也必須仰賴DSN。

五、反觀地球

人類在奔向太空的同時也反觀地球。1959年8月14日,美國「探索者6號」(Explorer VI)衛星首度從太空拍攝地球的身影。1968年12月24日耶誕節前夕,阿波羅8號(Apollo 8)拍下名留青史的「地球升起」(Earthrise),讓人類更能理解、珍惜地球在宇宙中的特殊地位。

從此太空人與衛星就不斷拍攝、觀測地球,「地球資源衛星」(Landsat)讓我們即時掌握農作物生長狀況、海洋藻類的繁殖、原油的蘊藏分布。「全球定位系統」(Global Positioning System,GPS)也因此誕生──它原本是美國海軍研發、用以追蹤彈道飛彈潛艦位置的系統。

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