【明報專訊】中央早前展開第四批預備航天員選拔工作，並首次在港澳地區選拔載荷專家（payload specialist）一職。香港小朋友以後寫「我的志願」是當太空人，似乎不再是遙不可及的夢想。不過載荷專家究竟要做什麼？怎樣才可以成為載荷專家上太空？太空上正在進行什麼科學實驗，能夠改變人類命運？
什麼是載荷？
首先，究竟什麼是「載荷」（payload）？香港科技大學機械及航空航天工程學系榮譽退休教授邱惠和解釋，「需要在航天器上面，佔上了一個空間、一個重量的東西就叫載荷」，例如火箭運送的貨物、科學儀器、太空艙等都是載荷。載荷也不一定只是死物，搭乘火箭的乘客也是載荷。「但載荷專家就有小小不同，這一般是指專家，不過他可以在太空做一些特殊的任務、工作，例如用儀器做一些科學實驗。」載荷專家通常是科學家或工程師，他們接受航天訓練後，到太空進行特別的科學研究。
唔使識揸太空船
仔細看這次載荷專家對於專業和學歷的選拔要求，候選人要擁有博士學位，從事相關專業不少於3年。那麼如果想上太空做科學研究，須要是什麼範疇的博士？一定要與太空科技相關、懂得駕駛太空船嗎？選拔條件列出候選人應具備什麼專業：生物學、醫學、心理學、材料學、物理學、化學、生物醫學工程、機械工程、電子工程、天文學等。專業林林總總，幾乎包羅萬有，因為在太空上的科學研究是跨學科、跨範疇，不同學科的專家都對太空環境充滿好奇。不過邱惠和建議，如果有年輕人希望成為載荷專家，最好選擇進修跟重力相關的學科，「如果重力對這門學科影響比較大，可能有比較多機會上去」。
載荷專家喺太空搞緊乜？
1. 深入研究流體力學
多數太空科學研究，都是想知道在無重力環境下，實驗結果與地球有什麼不同。邱惠和是研究流體力學的專家，流體力學在地球和太空有明顯差異。「例如水在地面，我們說水向低處流，但在太空就沒什麼高處、低處，因為無重力，水的表現在太空上面就跟地球上的非常不同。」在地球上，因為有重力影響，水會向下流，但在太空的無重力狀態，水會變成懸浮的水球，由於受表面張力牽引，如果往水球擠水增加水量，水球亦不會破裂。邱惠和解釋：「一般在太空中，如果沒有重力，張力就變成最主要的力去影響流體，當然還有其他慣性力等。」加拿大太空人哈德菲爾德（Chris Hadfield）曾在太空站扭濕毛巾，水會纏繞毛巾；中國航天員王亞平在「天宮課堂」示範將水變成一條橋。邱惠和期望能有機會進行更專門、深入的流體力學研究。
2. 幹細胞培植
美國太空總署（NASA）在太空進行幹細胞有關的科學研究，發現在太空環境，幹細胞能夠生長得更快。幹細胞是原始未被特化的細胞，可以被培養成不同特定功能的細胞，培植成不同器官。NASA正嘗試在太空站3D打印器官。因為在地球上，細胞被重力拉向下，人造組織會崩塌，要依靠支架支撐，但在太空，細胞能夠不受重力影響，以立體方式正常成長。醫學界對太空還有很多好奇，「例如癌細胞生長，有重力和無重力下，生長是否一樣，這仍是未知，如果有另外一種表現，（是）變好還是變差？」邱惠和又舉例，「如果將一個心臟病人送上太空，是否會變好？還是會更差？這都是醫生想知道的。」
3. 研製太空種子
「有些種子拿到太空之後，在無重力下，它發芽、生長，再帶回地球，其實會有變化，可能、會不會變成一種新的植物？在地球上面，例如會提高產量？」太空除了無重，輻射也比地球更強，有可能導致生物變異，有基因突變。中國曾將地球植物種子送上太空，放在特定空間，接受太空射線照射，誘發植物種子的DNA產生變化，例如名為「魯原502」的小麥種子，送上太空後變得更耐旱和更能抗病蟲害。但基因突變不能控制，可以變好，也可以變差。細胞、種子的研發可以在太空作新嘗試，亦有材料學專家希望在太空中研發新材料，「材料不受無重力約束，可能生產就完全不同，或會產生一種新物料」。更優良的成品可以帶回地球，應用在日常生活中。
4. 研發新產品
除了科學家，太空的極端環境也是工程人員研發新產品的搖籃。「太空船面向太陽的方向會非常熱，但如果背向太陽的方向就很冷，這個溫差很大，如果有興趣做這些研究的人，也很希望可以在太空嘗試。」火星的大氣密度比地球低，空氣十分稀薄，通常直升機難以在稀薄的空氣中飛行。NASA研發出能夠在火星飛行的無人機，有助將來在火星運輸。這些都是載荷專家的工作。
■非載人航天工程
人造衛星改寫人類生活
我們說起太空科學，總想像是太空人參與的載人航天項目，但非載人航天工程對人類生活也十分重要，除了在太空進行實驗的載荷專家，留在地球的科學家們也能利用人造衛星進行科學研究。香港大學物理學系首席講師潘振聲博士是港大太空科學碩士課程的課程總監，「有些好細的衛星，可能細到鞋盒大小，對好多方面都有幫助，如氣象、農業等」。
衛星遙測土壞含水量 助耕作
氣象衛星除了可以監察和預測天氣，還能追蹤全球氣候變化。「以前多數是大型的科學衛星，用好長時間在軌道上運行。」潘振聲說以前可能一天只能更新一兩次數據，「但現在有些比較小的衛星，它可能看到的範圍比較小，但因為數量多，我們可以做到好多實時報道」。衛星數據可以監察溫室氣體濃度、海平面高度、冰川融化、珊瑚白化等。例如NASA曾透過衛星數據發現，從2003年到2019年，因為南極和格陵蘭的冰川融化，海平面上升了14毫米。
衛星實時數據也有助農業發展，能更針對性地灌溉、施肥、除草，「以前可能3日噴一次營養劑、殺蟲藥，現在多了使用衛星方式，直接實時看種植數據，掌握如何施肥」。如NASA的糧食安全及農業計劃運用衛星遙測與雷達回波的方式，監測土壤的含水量。
大多數人造衛星會發射到離地球較近的低軌道，「低軌即是大約200、300、400公里，絕大部分衛星都在那裏，因為不同原因，如那裏的大氣密度相對低，軌道比較穩定，不需要射去遠程軌道，遠程軌道需要的燃料多、成本又高」。通訊衛星是例外，通訊衛星會發射到離地球更遠的同步軌道，同步軌道是一個以地球為中心的軌道，離地球超過35,000多公里。衛星每24小時圍繞地球一圈，與地球同步，所以位置猶如固定不變，「譬如你向着天空的某一個位置，就會接收到衛星的信號」。
亮晶晶的不是星？
隨太空科技愈趨成熟，愈來愈多衛星被送上太空，單是由馬斯克擁有的Space X公司就發射了近3000枚衛星上太空，更揚言第二代星鏈計劃將再發射近3萬枚衛星。地球軌道上的衛星會不會太多、太擁擠？「這是很多人的擔心，你說會不會多到會撞呢？我暫時不太擔心，等於將二三千人分散在香港，你不會這麼輕易撞到一個人，如果是這麼大的太空範圍，撞到的可能不是沒有，但不是想像中這麼高。」
潘振聲則認為，太空垃圾的問題更值得關心，太空垃圾是指廢棄的衛星殘骸和沒有焚燒殆盡的金屬碎片，小如指甲大小，也有可能對太空中的衛星、太空船、太空站帶來危險，或墜落地球時帶來破壞。衛星發射到軌道後，因為軌道尚有少許大氣阻力，隨時間過去，衛星會愈跌愈近地球，隨着大氣密度愈來愈高，這個過程會加速，最後衛星會墜落地球，穿過大氣層時衛星會燃燒，多數會燃燒殆盡，但如果未燒盡的殘骸砸中建築物，後果不堪設想。「如果是好大型的衛星，一般科學家可以控制它，令它用適當角度、方向進入大氣層，以比較安全的方法，經過比較厚的大氣層，跌到地面時就不會有大型衛星碎片。」但如果將來愈來愈多衛星墜落地球，地球又能否負荷呢？
天文學家亦十分擔心另一個問題。我們現在抬頭望向夜空，如果萬里無雲、無光污染，我們能觀測到星星、月亮等天體。「但如果衛星真的太多，太陽光射到它，光會反射出來，就好像一顆星星。這些在太空閃令令的東西，會影響我們的天文觀測，影響理解宇宙、太陽系和黑洞。」世界上最大的衛星是國際太空站，大小如同一個足球場。下次你看星星時，看到的是星體還是人造衛星呢？
