天文太空

在太空中濺起水花

液體的搖晃對太空飛行可能造成不小的影響

撰文/希林(Govert Schilling)
翻譯/曾玠郡
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天文太空

在太空中濺起水花

液體的搖晃對太空飛行可能造成不小的影響

撰文/希林(Govert Schilling)
翻譯/曾玠郡
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Sloshsat FLEVO為每邊長80公分的立方體狀人造衛星,將用來協助模擬水、燃料和其他液體的運動如何影響太空船的飛行。

你認為荷蘭今秋將要送上太空的會是什麼呢?鬱金香?木鞋?還是梵谷的畫作呢?都不是,答案是「水」。這個用堤防來阻絕海洋的歐洲小國,正打算將水送上地球軌道。荷蘭的超小型人造衛星Sloshsat FLEVO(在軌道中驗證液體的實驗裝置)將於2004年9月,以做為亞莉安五號火箭(Ariane 5)的次要酬載發射升空,它將用來研究在無重力狀態下,水受到激盪而潑濺的行為,預計為期兩週。


花800萬歐元(相當於新台幣3億2800萬元)將一大缸水送上太空似乎稍嫌揮霍了些。然而荷蘭國家航太實驗室(NLR)的計畫主持人普林斯(Koos Prins)卻表示,這是項深具國際重要性的計畫。舉例來說,美國航太總署的小行星探測器,會合–修梅克號(NEAR Shoemaker),在1998年12月時無預警地自行將機具切換至安全模式,使得實驗延宕了13個月之久,有可能就是推進時產生的衝激所導致的。根據調查委員會的報告:「對於往後的任務,我們需要一個更好的潑濺模型。」受到激盪而潑濺的液體,無論是推進劑或是飲用水,均有可能妨礙到無人的貨運載具停靠於國際太空站時的操控。


Sloshsat FLEVO是一架構造單純的人造衛星。它基本上是個邊長80公分的立方體,外表覆以太陽能電池面板並加裝了小型推進器。內部是個容積87公升的水槽,其中注入了33.5公升的超純水,並以加熱器使純水不至於結凍。運用機上的推進器,能讓Sloshsat FLEVO產生震盪、搖晃或是翻轉。當靈敏的加速度計測得飛行器的運動狀態,內部槽壁上的精密感測器即可量測槽內水花四濺的情形。


Sloshsat的首席研究員瑞堡格(Jan Vreeburg)指出:「雖然流體是在內部而不是在外面,但裝載著震盪液體的人造衛星其實就像衝浪板一樣。而最要緊的,是弄要清楚液體的活動如何影響飛行器的運行與移動方向。直到現在,太空飛航工程師還是將他們的飛行器看成趴在衝浪板上的衝浪選手,只期望不會有任何事情發生。」瑞堡格強調:「或許Sloshsat這個實驗會教導我們如何在衝浪板上站起來。」


或許真有那麼一天,推測、預期甚而利用飛行器內液體受激盪所導致的運動將會是套標準程序。荷蘭葛羅寧根大學的計算流體動力學家維得曼(Arthur Veldman)希望藉由Sloshsat FLEVO驗證他的計算模型,此模型或可增加操控人造衛星的精確度。他斷言:「最後我們終將要建立能夠抵抗流體激盪影響的太空系統。」


此時的荷蘭也在祈求幸運之神的降臨。他們希望Sloshsat FLEVO能搭亞莉安五號重型火箭(Ariane 5 ECA)的順風車順利升空。然而這種進階型的歐洲火箭,在2002年12月的首次任務,因為爆炸而失敗。計畫的主持人普林斯提到:「我們幾乎環顧檢視了所有的問題,就是冀望一切都能正常運作。」


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2004年第31期9月號】