太空船靠重力漫遊太空

BillYeung

太空船靠重力漫遊太空 2008年2月29日


【明報專訊】去年11月，中國的「嫦娥一號」太空船成功奔月。可能大家會問﹕是什麼動力把太空船從地球送往月球？在電影片段中，我們經常看見燃點推進器的太空船在駕駛員的操縱下在太空中高速飛行。但事實上，太空船跟不斷開動引擎的飛機大不相同。在前往月球的38萬公里旅程中，太空船大部分時間是在地球、月球、太陽和其他行星的重力支配下，無動力飛行。也就是說，太空船是處於自由下墜狀態，情跟一個從高樓下落的物體，或一個投出棒球墜地的情形，並無不同。

太空船跟飛機，或把太空船送離地球的火箭不同的是，太空船只攜帶小量燃料。這些燃料只會間歇而短暫地使用；主要是用來調整或改變太空船的飛行方向，或把太空船送入正確軌道，讓大自然的重力繼續完成往後的旅程。

經濟上的考慮是科學家和工程師借助重力作為太空船推動力的主要原因。由於燃料本身也有相當的重量，故要把燃料帶到太空，便必須先燃燒大量其他燃料才可以辦到。事實上，在把太空船推離地球的巨型火箭內，燃料佔據了其中大部分的體積。而當火箭內的燃料消耗殆盡後，它便會被投棄，只剩下太空船獨自在已達到的軌道上前進。

攜小量燃料 僅為調整飛行方向

大家所熟知貌似飛機的太空穿梭機，絕大部分時間也是在無動力狀態下飛行。藉各行星位置的不斷改變而創造的重力條件，令沒有內部推進系統的太空船也能穿越太陽系，到達遙遠的外行星。

換言之，太空船不會依循直線軌從甲點飛到乙點，而是採用一條非常複雜的路徑(附圖)。而要設計出一條最適當的軌——最省時又最省燃料的路徑，我們就必須熟悉天體力學，亦要利用高速電腦作計算。

操作太空船跟駕駛汽車或飛機很不一樣，不單要依賴周詳的計劃，同時又不容許些微出錯。太空飛行主要是由地面控制中心作出決定，和電影給我們駕駛員指揮一切的印象大不相同。單憑機械的知識和靈敏的操縱技巧，實在遠不足以應付複雜的太空旅程。

雖然真實的太空飛行缺乏了英雄控制太空船的浪漫場面，但穿越太陽系的宇宙航行反映了人類的集體智慧及我們作為一個高等生物的輝煌成就。

詞彙

重力(gravity)﹕又稱萬有引力，是存在於有質量物體之間的吸引力。我們日常感受到的重力主要來自地球

軌道(orbit)﹕物體在其他物體的重力場中追隨的自然路徑

天體力學(celestial mechanics)﹕在多物體的重力場中計算一物體的自然飛行軌

香港大學理學院院長 郭新教授