臺灣火箭隊

看著福衛七號隨著美國火箭升空,不禁要想,如果臺灣的衛星能夠自己來運送,那該有多棒!

撰文/陳雅茜

咻!火箭升空!這麼令人熱血沸騰的場面,是在美國還是歐洲? 都不是,是在臺灣!

沒錯!臺灣也有火箭研究。新竹交通大學的「前瞻火箭研究中心」已經在新竹濕地、屏東海邊,試射過幾十次。從一開始課堂上用蔗糖做燃料的小型實驗火箭,到幾十公斤的小型火箭系統,再到幾百公斤的混合式火箭推進器,他們的火箭愈做愈大、愈飛愈高,目標是讓臺灣能在興起的太空經濟中占有一席之地。

想想看,福衛七號登上太空,是由美國SpaceX的火箭來運送,如果有一天,臺灣的衛星能夠用臺灣自己的火箭來運送,那該有多棒!

這個目標看似遙遠,但前瞻火箭研究中心正一步一腳印逐漸接近中。臺灣的火箭究竟長什麼樣子?目前研究進展到什麼程度?許多的問題,就請「臺灣火箭隊」的隊長―交通大學機械系的吳宗信老師來幫我們解惑。

ARRC 的靈魂人物吳宗信教授

科學少年:「前瞻火箭研究中心」在哪裡?是誰在做火箭呢?
吳宗信:前瞻火箭研究中心的簡稱是ARRC,2012 年在新竹的國立交通大學正式成立,是一個跨校的研究中心,現在主要由交通大學機械系的我與陳宗麟老師、成功大學工程科學系的何明字老師、臺北科技大學電子系的林信標老師,帶著學生一起做火箭,還有十幾個全職的工程師,總共大概有三四十個人。

臺灣的火箭長什麼樣子?
火箭基本上都有一個外殼,裡面有引擎、飛行電腦、通訊系統、噴嘴等,一定是長長的,長度和直徑的比例一般超過10,重量就不一定了,像SpaceX 的火箭有六七百公噸,阿波羅計畫的農神五號更重。這些大型的火箭可以把衛星送入軌道,叫太空載具。臺灣火箭至今則是「探空火箭」,比較小,飛行高度50~300 公里,不會進入軌道,而是飛上去、可能打開鼻錐頭,讓火箭裡的科學儀器進行即時實驗,像是氣象、電離層等,再掉下來。我們目前做的火箭仍是探空火箭等級。

研究火箭對臺灣有什麼好處?
現在全世界大概有1500 顆衛星在天空繞,其中60%跟通訊有關,我們每天用的手機就需要衛星;有的衛星則對國防、外交、民生、氣象等等很重要。沒有火箭,衛星就上不了太空,靠別的國家不一定行得通,臺灣應該要培養自己的發射能力。另外,火箭研究的技術很複雜、很尖端,需要各種領域最尖端的知識和專長,如果做得出來,能運用在許多地方。例如現在的燃料電池、太陽能板,都是當初的阿波羅計畫發展出來的。再想想看,如果臺灣人能夠靠自己的火箭把自己的衛星送上太空,所有人,包括我們自己,一定都會覺得臺灣很棒!

研究火箭對臺灣有什麼好處?
現在全世界大概有1500 顆衛星在天空繞,其中60%跟通訊有關,我們每天用的手機就需要衛星;有的衛星則對國防、外交、民生、氣象等等很重要。沒有火箭,衛星就上不了太空,靠別的國家不一定行得通,臺灣應該要培養自己的發射能力。另外,火箭研究的技術很複雜、很尖端,需要各種領域最尖端的知識和專長,如果做得出來,能運用在許多地方。例如現在的燃料電池、太陽能板,都是當初的阿波羅計畫發展出來的。再想想看,如果臺灣人能夠靠自己的火箭把自己的衛星送上太空,所有人,包括我們自己,一定都會覺得臺灣很棒!

覺得最困難的地方是什麼?
火箭研究的技術門檻很高,需要很多資金,從2008 年起,包括募款和研究經費,我們大概已經花了兩億臺幣,一路走來資源一直很不足。但我有一群不錯的朋友,還有一群熱情的學生,不離不棄,而且我畢生希望替臺灣做一件「需要一堆人一起完成,而且需要很高技術」的事,「火箭」就是這樣的事。

ARRC 的下一步是什麼?
我們現在研發的火箭叫HTTP-3A,預計在2021 年發射到100 公里以外的太空,上面還會搭載控制技術。過去我們研發的火箭都無法控制姿態與軌跡,而是利用高加速度發射出去,利用尾翼產生旋轉,讓火箭能夠穩定飛行,像幾年前成功試射的HTTP-3S 就是有尾翼的單節火箭。不過火箭飛行有所謂的「姿態」,像是旋轉、方向、高度等等,如果未來想把東西送入軌道,就必須發展「推力向量控制」技術。歐美日那些可運送衛星的大型火箭,就都沒有尾翼,而是透過控制引擎的推力大小及方向,來控制火箭的飛行。HTTP-3A 將是可控制飛行姿態的探空火箭,這和過去的探空火箭不一樣。它沒有翼、可控制姿態,技術比過去要困難很多,因為要控制一個高速飛行東西的姿態和路徑,當然沒那麼簡單,等級完全不同!

所以臺灣真的有可能上太空!?
臺灣是很強的!工業水準在全世界200多個國家中大約排名第6~8,上太空所需要的基礎工業幾乎都有。而且上太空是看你怎麼定義,飛到100 公里以外的高空進行探測已經是上太空,若更嚴肅看待,則是要發展太空載具,把東西送入軌道運行。HTTP-3A 將具備太空載具的種種技術,將來若資源充足,發展得更成熟,能具備更大的動能、速度更快,就有機會從探空火箭升級為太空載具。

如果小朋友長大也想做火箭,該怎麼做?
數學要好,物理、化學也很重要,而且要關心太空基本知識,至於未來進大學要讀什麼科系,只要理工學院都可以。因為火箭是很複雜的系統,不同科系的人都能找到不同的戰鬥位置。只要有心,遇到合適的機會、環境,就可以做。


頁首為ARRC 在 2014 年成功試射的 HTTP-3S 火箭

圖文摘自:科學少年2019年11月號

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