登月50年:阿波羅的科技結晶

圖一、五十年前的電視畫面,阿姆斯壯正準備踏出最後一步 (來源: NASA[1])
撰文|蘇建翰

「這是我個人的一小步,卻是全人類的一大步。」1969年7月20日,完成一連串著陸的程序之後,阿姆斯壯首先走出登月艇的艙門,緩緩走下階梯,在最後一階稍作停留觀察月表,接著他伸出左腳踩出最後一步,成為第一個踏上月球表面的人 [1]。

●我們選擇去月球

接連在首個人造衛星升空以及載送首位人類進入太空這兩個榮譽的追逐中遭逢挫敗,備感壓力的美國大幅提升太空研究的優先地位,規劃了阿波羅計畫,內含各種測試任務,誓言要在下一輪登上月球的競爭中贏的勝利。

「我們選擇去月球,並不是因為他們容易實現,而是因為這個目標充滿挑戰」,為了向當時的美國公民說明為何要耗費巨額經費發展太空計畫,時任的美國總統約翰.甘迺迪在萊斯大學發表了一場著名的月球演說,以確保社會大眾的信心 [2] ——雖然甘迺迪無緣目睹,不過後來的故事許多人都很熟悉,美國成功在阿波羅十一號任務中完成登月的壯舉,接續的幾次阿波羅系列任務中也成功登上月球,不只在太空競賽中大大扳回一城,更標誌著人類足跡拓展到一個新世界。

成功登月的榮耀背後,是眾多人員為了克服工程難題付出的努力,在那個年代,征服月球的過程需要用到許多當時仍不存在的科技,來解決預計會遇到的挑戰。這些在登月任務的驅策下激盪出的解決方案在計畫完結之後並沒有被束之高閣,有許多技術後來被廣泛應用在日常生活的場景裡。因此,太空計畫雖然初期看似所費不貲又跟民生經濟沒有太大的交集,不過當把眼光放遠,許多投資都可以轉為新一波的工、商業的突破,為產業注入新的活水、改善我們的生活,其中,在航空業以及食品業都能看到這類的例子[3]。

●線傳飛控

飛機在飛行時的姿態改變和各種操縱翼面如方向舵、升降舵等等的控制有關。在早期,飛行員和這些操縱翼面間以及各種機械裝置是利用鋼纜連接起來的,飛行員操作操縱稈和踏板來控制飛機的同時,可以透過這些環環相聯的部件來感受到空氣施壓在各個翼面的作用。然而隨著飛機性能提升和尺寸的增加,飛機的操縱開始需要追求更穩定、更省力的方式。

圖二、小型飛機的拉線式控制 (來源: Nimbus227@wiki )

而這也是阿波羅計畫面對的重大挑戰,無論是在航向月球的途中或是最後的著陸階段,能否按照計畫穩定的飛行事關重大。為此,NASA打造了一台飛控電腦,將飛行員的操作轉換成電子訊號,搭配登月艇上各種感測器收集來的資訊,計算出符合需求的控制指令後通過電纜將訊號傳輸到需要操作的控制面上。線傳飛控的「線」,指的就是電纜線,電子化的加入提升控制的細膩度、降低誤差發生的風險,使得飛航能夠更為精準,日後的許多商用客機,如波音777型,在設計上也導入了這樣的概念。

●食品安全

在阿波羅計畫的那個時代,食品的管制多是採取對最終產品進行抽檢的方式,不過太空人的飲食安全可不能交給抽查的機率決定,需要更嚴謹的把關,畢竟在太空中如果因為不乾淨的食物而吃壞肚子,想要就近就醫,最近的醫院可是在千里之外。為了確保所有太空食品的安全,NASA當時的合作夥伴Pillsbury開發出一套「危害分析重要管制點」(Hazard Analysis and Critical Control Points, HACCP)系統。

在HACCP系統裡,所謂的「危害」,指的就是只可能導致食安問題產生的生物、化學或者物理因子,比如說如果生產流程中有環境如溫度、酸鹼值等性質適合某種致病病菌的繁殖,那麼該環境就是一個潛在的危害;「重要管制點」則是指那些在生產流程中多增加管制的作為就可以降低風險的步驟或程序[4]。HACCP運作的方針即是透過分析一道食品從原料出發到最終產品的製造流程的危害,找出重要管制點加以管理,從源頭開始就確保食品的安全。這套系統最後不只應用在太空食品的生產上,後來也成為國際間食品安全衛生的一個管理標準。

●重返月球

轉眼之間,距離阿姆斯壯的「一小步」已經過了五十年,或許是時候再踏出一大步了。取名自希臘神話中的阿波羅的孿生姐姐阿蒂蜜絲(Artemis),NASA宣布了新的載人登月計畫,預計在2024年重返月球,作為後續建立可以持續使用的工作站、2030年登陸火星的準備[5]。能否在短短幾年的時間之內達成這些宏大的任務還在未定之數,唯一可以確定的是,一如阿波羅計畫帶給人類的科技結晶,這一新計畫完成那天到來之時,隨之而生的新一輪科技發展也將再次改變我們日常生活的樣貌。

 

參考資料:

[1] Log of Apollo 11
[2] John F. Kennedy Moon Speech - Rice Stadium
[3] Going to the Moon Was Hard — But the Benefits Were Huge, for All of Us
[4] Hazard analysis and critical control points
[5] Explore Moon to Mars

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作者:蘇建翰,目前就讀於台灣大學電信所碩士班,期待能透過自己的一點心力, 將各領域的有趣發現分享給大家。

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