來談談火箭 和太空梭吧

[peter]

https://familystar.org.tw/index.php?option=com_smf&Itemid=33&topic=25499.0

「風行者」運輸機，美國新創公司「Radia」正在建造史上最大軍用運輸機「風行者」（WindRunner），可裝載4架戰機，獲最多12架直升機，貨艙空間是目前C-7運輸機的7倍，預計2030年首次交付。
https://def.ltn.com.tw/article/breakingnews/5187454

它專門用於運輸超大型貨物，尤其是在能源、國防、航空航太等領域，讓大型風力渦輪機葉片等貨物能順利運抵基礎設施受限的地區。 這款飛機預計於2027年投入服務，其內部體積是波音747的12倍，並能從較短、較不平坦的跑道起降

體積不僅比Boeing 747大上12倍，機身長度更是到106公尺，相比曾是全球最大運輸機Antonov An-225 Mriya的84公尺...

最大載重：: 約160,000 磅（約72.6 噸）
獨特優勢：: 著重於貨艙的巨大體積，而非單純的載重限制
貨物範例：: 一次可運載六架未拆解旋翼的CH-47 「契努克」直升機或六架F-16 戰鬥機

NGAL 計畫
美空軍推NGAL計畫擬以單一平台取代C-17、C-5運輸機

[peter]

https://www.facebook.com/photo/?fbid=1044683864746336&set=a.164363109445087

[peter]

速度與激情9》確實上演了極度誇張的「飛車上太空」橋段。在該片中，角色羅曼和泰吉駕駛一台裝有火箭引擎的龐蒂克（Pontiac Fiero）直衝大氣層，成功摧毀了軌道上的衛星。這個影史名場面引發了熱烈討論與迴響：最初設定：導演林詣彬透露，這個讓車子飆向太空的點子他醞釀了多年，最初只是一個玩笑，後來甚至得到了NASA（美國太空總署）的參與協助。官方態度：儘管成為了該系列最具標誌性與話題性的橋段之一，NBC環球影業主席唐娜·兰利（Donna Langley）後續坦言，讓主角們開飛車衝進太空站是一個錯誤的決定。劇情反響：這個誇張的情節在影迷間褒貶不一，但無疑將該系列的物理極限推向了全新高度。

[peter]

超人電影

[peter]

q:   東方運載火箭 為何旁邊 4 助推火箭  4 噴嘴外還 2 小噴嘴

a:  你觀察得非常仔細！你提到的「東方運載火箭」（Vostok，也就是大名鼎鼎的蘇聯 R-7 火箭家族成員，現今的「聯合號/聯盟號 Soyuz」也是它的後代）外觀非常獨特。

這 4 個助推火箭（Block B、V、G、D）除了中間 4 個大噴嘴之外，旁邊那 2 個小噴嘴（中央核心箭體上則有 4 個）有著極為關鍵的功能：控制火箭的飛行方向（轉向與姿態控制）。

在航太技術中，這兩個小噴嘴被稱為「游動發動機」（Vernier thrusters 或 Vernier engines）

1. 為什麼大噴嘴不能直接轉彎？

現代很多火箭（例如 SpaceX 的獵鷹九號、太空梭等）要轉彎時，是直接透過液壓系統去「擺動」整個巨大的主發動機噴嘴（稱為推力向量控制，Gimbaled engine）。

但在 1950 年代研發 R-7 火箭時，蘇聯的火箭之父科羅廖夫（Sergei Korolev）和發動機大師格魯什科（Valentin Glushko）
面臨了技術瓶頸：
    當時的材料和液壓技術，很難讓一整台幾十噸推力、承受極高溫高壓的大型發動機在飛行中靈活擺動。
    如果在噴嘴出口塞入「燃氣舵」（Jet vanes）來偏折氣流轉彎，那些舵面很快就會被高溫燒毀，且會平白損耗推力。

因此，他們想出了一個絕妙的折衷辦法：「大噴嘴負責出力，小噴嘴負責轉彎。」


2. 小噴嘴（游動發動機）如何運作？
    分工合作： 助推器上的主發動機（RD-107）擁有 4 個固定不動的大噴嘴，負責提供 90% 以上往前衝的巨大推力。
    靈活擺動： 旁邊那 2 個小噴嘴推力較小，但它們可以像關節一樣前後左右擺動（最大角度可達 45 度）。

    調整姿態： 當火箭在空中需要左轉、右轉、點頭或滾轉時，電腦就會命令這幾個小噴嘴開始擺動，利用它們噴出的細小推力，像「方向舵」一樣精準地調整火箭的飛行軌道。

3. 「4 大 + 2 小」的結構祕密

如果你仔細算一下，這款火箭在發射升空時，其實非常壯觀：

    4 個周邊助推器： 每個有 4 個大噴嘴 + 2 個小噴嘴。

    1 個中央核心箭體： 有 4 個大噴嘴 + 4 個小噴嘴（RD-108發動機）。

所以在剛離地升空的那一刻，火箭底部總共有 20 個大噴嘴 一起轟鳴，以及 10 個小噴嘴 在旁邊瘋狂擺動調整平衡！
總結

這 2 個小噴嘴就是東方號火箭的「方向盤」。這種將「動力」與「轉向」拆分開來的設計
，雖然讓火箭底部看起來管線密密麻麻，但在早期技術受限的年代，卻是最可靠、
最安全的解決方案，這也是為什麼這個設計能沿用超過 60 年，至今仍完美服役的原因。


它使用的燃料組合非常經典：

    燃料： 航空煤油（RP-1）
    氧化劑： 液態氧（LOX）

固態火箭有一個特性：一旦點燃就無法熄滅。 因為早期的技術沒辦法保證 4 個助推器和中央核心火箭能「同時完美點火」，如果其中一個固態助推器點火失敗或慢了幾秒，火箭就會直接在發射台上翻車爆炸。

為了安全，蘇聯工程師將它們全部設計成液體火箭：

    在發射前，火箭會先在發射台上把這 20 個大噴嘴和 10 個小噴嘴全部點燃。

    電腦會監控所有液體引擎的壓力和推力，確定全部都達到 100% 正常工作後，發射台的抱臂才會鬆開，讓火箭升空。

    如果點火時發現任何一個噴嘴有問題，工程師可以直接關閉閥門熄火，檢查完再來一次。這點固態火箭是絕對做不到的。

3. 為什麼要長得這麼「肥」？

既然是液體火箭，為什麼不做得像一根平整的鉛筆，而要做出底部大、頭部小的錐形（肥胖）外觀呢？

這是因為低溫的液態氧密度很高、又非常重，為了讓火箭的重心保持在下方、飛行時更穩定，
工程師故意把存放液態氧的槽體做成錐形擺在助推器的下半部。這種煙囪式的錐形設計，成了蘇聯/俄羅斯火箭最著名的暴力美學外觀。

[peter]

你問到了一個非常核心的現代航太工程問題！

美國 NASA 的 SLS 火箭旁邊綁了兩支巨大的固態助推器（SRB），能在發射初期提供超過 75% 的瘋狂推力；但為什麼 SpaceX 的星艦（Starship）卻堅持只用底部的「超重型推進器（Super Heavy）」液體火箭，而不考慮綁幾支 SRB 來增加推力呢？

這背後完全是 「重用性」、「成本」 與 「設計哲學」 的巨大差異。主要有以下 4 個關鍵原因：
1. 固態助推器（SRB）無法「回收重用」

SpaceX 核心的企業靈魂就是「100% 完全重複使用」。

    星艦的作法： 它的第一級「超重型推進器」在把上級送上天后，會自己飛回發射台，由發射塔的「筷子」（Mechazilla）在空中夾住回收。只要重新加滿燃料，短時間內就能再次發射。

    固態助推器（SRB）的硬傷： 固體火箭就像一個巨大的沖天炮，燒完之後內部結構會受到嚴重的熱應力破壞。雖然以前太空梭的 SRB 會掉進海裡撈回來，但那其實不算「重用」，而是要把海水的鹽分洗掉、拆解、重新檢查、再重新灌入固體燃料，翻修的成本甚至比直接做一根新的還要貴。這與馬斯克想把發射成本降到極低的目標完全背道而馳。

2. 星艦的液體引擎推力已經「強到不需要 SRB」

SLS 火箭之所以需要 SRB，是因為它的核心箭體使用的是 4 具從太空梭留下來的 RS-25 引擎。這款引擎雖然效率極高，但推力不夠大，如果沒有那兩根 SRB 幫忙，SLS 根本重到離不開發射台。

反觀星艦（Starship）：

    超重型推進器底部塞滿了 33 具「猛禽發動機」（Raptor）。

    這 33 具引擎同時點火時，能產生高達 7,500 噸（約 1700 萬磅） 的恐怖推力。

這已經是人類歷史上推力最強大的火箭（幾乎是 SLS 最大推力的兩倍）。星艦光靠液體燃料，推力就已經過剩了，完全不需要另外綁助推器。
3. 安全性問題：固體火箭「無法中途關機」

這也是載人航太非常看重的一點。

    液體火箭： 如果星艦在發射台上或升空初期發現引擎有異常，電腦可以立刻關閉燃料閥門熄火（就像上一題提到的 R-7 火箭一樣），或者啟動逃逸程序。

    固體火箭（SRB）： 固體燃料一旦點燃，就絕對無法中途熄火，必須一路燒到完。如果在升空前一秒發現星艦有系統故障，而旁邊的 SRB 已經點燃了，整支火箭就會被強行帶上天，會造成極大的安全隱患。

4. 供應鏈與發射場的簡化（成本控制）

如果星艦要加上 SRB，SpaceX 的營運會變得極度複雜：

    燃料不同： SpaceX 必須在發射場另外建造儲存固體火藥的設施（他們現在只需要專注於液態甲烷和液態氧）。

    製造困難： 固體助推器通常需要專門的國防承包商（如 Northrop Grumman）製造，價格非常昂貴。SpaceX 喜歡在自家的工廠用不鏽鋼「一條龍」自己焊火箭，這樣才能把成本壓到最低。

[peter]

中國的長征九號（CZ-9）是中國正在研發中的「超級重型運載火箭」（運力等級對標美國 NASA 的 SLS 和 SpaceX 的星艦），它的助推器經歷過非常巨大的設計轉變。

1. 早期原始設計（2011年～2020年）：液體助推器

在最早的規劃中，中國曾短暫討論過固體助推器的方案，但後來拍板決定使用「液體助推器」。

    配置： 核心箭體旁邊綑綁 4 個巨大的液體助推器（每個直徑達 5 公尺）。

    燃料： 與前幾題提到的俄羅斯 R-7、東方號類似，使用液氧煤油（LOX/Kerosene）作為燃料。

    引擎： 當時計劃在每個助推器上配置兩台推力高達 480 噸級的 YF-130 大推力液氧煤油引擎。

    定位： 這個時期的長征九號，整體構型和概念非常類似美國阿波羅計畫的「 Saturn V（土星五號）」或 NASA 的 SLS，屬於一次性使用、追求極致大推力的傳統怪獸火箭。

2. 重大變革：全新設計（2021年至今）—— 取消所有助推器！

隨著 SpaceX 的獵鷹九號和「星艦（Starship）」在可重複使用技術上取得巨大成功，中國的航太工程師在 2021 年做出了顛覆性的修改（內部稱為第 21 號版本）：

    徹底取消助推器： 為了實現「火箭第一級回收重複使用」，長征九號把旁邊那 4 個肥胖的液體助推器全部砍掉了。

    改為單芯級構型（光棍火箭）： 既然沒有了助推器，為了維持足夠的推力與燃料量，工程師把火箭中央的直徑直接從 10 公尺加粗到 10.6 公尺。

    全面更換燃料： 拋棄了原本的煤油，第一級改用與 SpaceX 星艦一模一樣的液態甲烷 / 液態氧（Methalox）組合。

    動力集火： 底部不再分給助推器，而是直接在第一級底部塞滿了 30 台 YF-215 甲烷引擎（類似星艦超重型推進器塞了 33 台猛禽引擎）