火箭科學

火箭縮短了太空與我們的距離。

1957 年，蘇聯成功讓首顆人造衛星史普尼克1 號進入地球軌道；這顆金屬球體是太空競賽中的首座里程碑。

1961 年，尤里．加加林成為史上首位進入太空者； 四年後，NASA的水手4 號成功近距離飛掠火星；又四年後，兩名太空人登上月球。此領域的進展速度驚人；所有能飛離地球大氣層的裝置都以火箭為動力。

1971 年，禮炮1 號太空站發射；太空人進入地球軌道後便可待上數週。接下來，和平號等太空站陸續發射； 和平號隨後由國際太空站接替，自2000 年起，便持續有人進駐，此為全球頂尖太空機構的協作成果。

火箭引擎在1970 年代晚期成功讓兩艘航海家太空船進入太空；其所在位置目前都在冥王星之外。火箭引擎也成功地將探測車送上火星，並讓登陸載具前往某些小行星，還發射了逾2000 枚人造衛星到地球軌道。少了火箭科學家，我們就不可能會有上述成就。

提到火箭科學，一般人會聯想到太空科學，但其實所有以火箭引擎為動力的裝置都與此領域有關。飛彈、飛機、太空船，甚至是煙火都屬於火箭科學的範疇。

某些最早期的火箭只不過是填充了火藥的管子；早在1232 年，中國人就曾以此作為武器。火藥內含碳（燃料）、亞硝酸鉀（氧化劑）及作為還原劑的硫。火藥燃燒時所產生的氣體會從管子後方噴出，推動火箭前進。若在火藥中添加金屬氧化物，就可打造五顏六色的煙火秀。

現代的火箭技術基本上運用了相同的原理，但這門科學至20 世紀早期才開始真正發展。火箭內含燃料和氧化劑，透過將燃燒所產生的廢氣排出噴嘴，以產生推進力。噴嘴的設計會讓氣體在排出前先行膨脹、冷卻，好讓引擎汲取更多能量。早期的火箭使用固態燃料──這些火箭現仍被用於提供強大且穩定的推進力──其缺點是無法控制或中止功率輸出。新型液態燃料引擎則解決了上述問題，但其管路系統十分複雜，燃料也較重，因此成本高出了許多。

透過各種專門的科學知識，火箭科學家的任務主要在於取得平衡點。不論是找出火箭到底要有幾節才能成功發射衛星，或開發更輕量、耐高熱的新型噴嘴，火箭科學家都一手包辦；他們負責開發、測試並改良火箭引擎，好讓引擎變得較廉價、安全和輕巧，效能更強大且效率變高。

要順利完成任務，火箭科學家得具備推進劑的化學知識，也須瞭解工程學、空氣動力學及飛行物理學。此外，測試新科技所費不貲且相當危險，所以開發過程中常得用上縮小比例的模型與電腦模擬運算；研究員可藉此在實測前進行多種測試、調整設定，以找出最佳的解決方案。但這也讓火箭科學家的工作變得更繁雜。

火箭引擎的發展在未來將更形重要，因為太空探索計畫漸趨複雜、目標也更遠大；這一切都得仰賴火箭科學家才能成真。