【太空科技】最大動壓 MAX-Q

林彥興

在星艦升空後如海嘯般湧來的各類討論中，有個詞大家想必時常看到，那就是「最大動壓」，簡稱「MAX-Q」。一般來說，這是火箭在升空過程中承受最大氣動應力的時候。因此能否通過 MAX-Q，常被視為對火箭結構設計是否成功的重要門檻。

但問題是，為甚麼會有「最大動壓」這個點，又為什麼 MAX-Q 總是發生在飛行過程中段，而不是起點或終點呢？答案跟大氣的結構和火箭飛行時的速度變化有關。

動壓（dynamic pressure）是物體在流體（比如氣體或液體）中前進時所感受到的壓力，其量值與流體的密度，以及兩者相對速度的平方呈正比 $(q\propto \rho v^2)$。而我們在高中地科學過，大氣層的密度基本上隨高度指數下降，高度越高空氣越稀薄；相對的，火箭在升空的過程中則會不斷加速，飛得越高速度越快。

因此火箭剛剛升空時，雖然空氣密度大，但是速度為零，所以動壓為零。而隨著火箭逐漸加速前往太空，動壓在隨著速度升高的同時，周圍的大氣密度也在不斷降低。直到某個點，密度的影響蓋過速度，動壓也就漸漸開始下降。最後火箭進入軌道速度時，基本上大氣的密度也已經低到可以忽略不計。而動壓的轉折點，就是 MAX-Q。