重返月球：農神五號、星艦與軌道加油的賭注

✍️ 整理：蔡依橙

阿波羅當年怎麼上去？堆一支巨大的拋棄式火箭

答案很直接：當年就是用一支超巨大、用完即丟、分節脫落的火箭，一次把去月球需要的燃料全部堆上去。這支火箭叫農神五號（Saturn V，又譯土星五號），到今天仍是人類飛過運力最強、實際使用過最高最重的火箭。

它的設計是三節，燒完一節就丟一節：

• 第一節：負責把整支火箭推離地面、穿過最厚的大氣，燒完就脫落墜入海中。
• 第二節：接力把火箭繼續往上加速。
• 第三節：先把太空船送進地球軌道，繞一兩圈確認一切正常後，再次點火，做那關鍵的「飛離地球軌道、衝向月球」的加速。

所以阿波羅完全沒有在軌道上加油。它的解法就是純粹的蠻力：把火箭蓋到極致的大，一發就把去月球的燃料全部帶足。代價是每飛一次就整支丟掉，造價以今天的幣值算，一支超過十億美元。

省力的訣竅：月球軌道會合

光靠蠻力還不夠，當年還有一個聰明的設計，是能用一支火箭搞定的關鍵：月球軌道會合。

他們沒有讓整艘大船降落月球，而是：母船留在月球軌道上，只放一艘輕巧的登月小艇下去；小艇的上半部完成任務後，再從月球表面起飛、回到母船會合，下半部則丟棄在月球上。

這個設計的精髓在於：需要從月球表面再次起飛的質量，被壓到最小。如果要讓整艘大船降落又起飛，需要的燃料會暴增；只讓一艘小艇上下，省下的燃料極為可觀。「分艙、會合」這個思路，讓阿波羅在當年的技術條件下，用一支火箭就完成了任務。

星艦明明更大，為什麼反而要在軌道上加油？

很多人會直覺以為，現在的火箭一定比 1960 年代強很多，登月應該更輕鬆。星艦確實更大，下面這張等比例對照圖可以看到，它比農神五號還高、還重、送進地球軌道的運力也更大。

關鍵差異藏在最後兩列。農神五號是一座「巨大的拋棄式油塔，只丟出一顆小石頭」：近 3,000 噸裡幾乎全是燃料和會被丟掉的結構，真正送去月球的，只有頂端那約 44 噸的小太空船，其餘全部燒完即丟。所以它把燃料比例拉到極致，自然能把那顆小石頭推得很遠。

而星艦想做的是「把整棟房子送去月球，還要開回來」。它有兩個農神五號完全不必背的累贅：

• 可重複使用的硬體很重：隔熱罩、襟翼、著陸結構、要能回收的強壯引擎，這些都是農神五號反正用一次就丟、完全不需要背的死重。
• 它要送上月球的不是小艙，而是上百噸的整艘船本身。把這麼大一艘船推去月球，需要的燃料遠遠超過它油箱裝得下的量。

所以正因為星艦不想當「用一次就丟的油塔」，而想當「能來回的大卡車」，它在單次發射裡塞不下去月球所需的全部燃料。解法就是先空車上軌道、在軌道上加滿油、再開去月球。

軌道加油卡在哪？一個從沒做過的步驟

星艦的登月版本叫 Starship HLS（人類著陸系統），是 NASA 重返月球的 Artemis 計畫指定的登月載具之一。它的整套流程是這樣（見 HLS 加油架構）：

為什麼第三步這麼難？因為超低溫燃料（液態氧、液態甲烷）在無重力下不會乖乖待在桶底，會飄成一團、貼在桶壁、到處亂晃，沒有重力把它「沉」下去抽取。怎麼讓它穩定地從一艘船流到另一艘船，是全新的工程題。

更麻煩的是蒸發損失：超低溫燃料在太空會持續被曬熱蒸發掉。你分十幾趟運上去，等灌滿時，第一趟運的可能已經蒸發掉一部分，等於在一個會漏的桶裡裝水。而且要在燃料蒸發前，短時間內密集發射、對接成功這麼多艘加油船，這個發射頻率本身也是沒人達成過的挑戰。

NASA 的航太安全顧問小組對這件事的評估很直白。他們把在軌低溫燃料轉移列為 Artemis 登月的關鍵風險，並指出這項技術尚未驗證：

「在微重力下轉移低溫推進劑，從未被做到過。」
而且「填滿補給站所需的加油船數量是未知的」，原因正是燃料的蒸發損失。
— 引自 SpacePolicyOnline 對 NASA 安全顧問小組的報導

正因為這道關卡還沒人跨過，NASA 安全小組警告 Starship HLS 可能比原訂時程「晚好幾年」，連帶讓載人登月一再往後延。

結語：兩種登月哲學的對決

把半世紀前後擺在一起看，其實是兩種思路：農神五號用「夠大、夠浪費、用一次就丟」解決問題；星艦用「重複使用、軌道加油、把成本壓到十分之一」解決問題。前者已經被證明可行，後者押的是一道從沒人跨過的技術門檻。

而在 SpaceX 卡在軌道加油的同時，另一家公司正悄悄追上來，甚至從 NASA 手上接走了登月任務的一部分。那就是貝佐斯的 Blue Origin。下一篇〈太空雙雄〉，我們就來看這場 Blue Origin 如何追上 SpaceX 的競賽。