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5dfa2b5a25e384b6e16a8b1c451084d9 中學時老師要激勵迷途不知道方向的少年,往往會放電影《十月的天空》,希望讓學生從別人的太空追夢故事,得到人生啟發。或許我們看完電影感動仍迴盪心中,但同時也瞭解現實仍有很多難關要過,對未來仍舊有不確定性。但在台灣卻有一群學生與老師,真的踏上了太空追夢的旅程,動手合作研發火箭,最終在 2014 年 3 月 24 日於屏東外海試射成功。整個過程就如同《十月的天空》一樣令人熱血沸騰,美商國際儀器公司(National Instruments, NI)也趁技術支援時,以鏡頭將整個研發過程記錄下來。

台灣版的故事源起於一群早年到國外求學進而互相結識的學子,歸國後雖然在各自的領域奮鬥,卻不忘年輕時共同擁有的太空夢,因緣際會下,並藉由太空中心的幫忙與多家企業及私人捐助,成立前瞻火箭研究中心(Advanced Rocket Research Center, ARRC),希望能集結全臺各地的學校和研究單位,一同打造臺灣的自製火箭,並期待未來能更上一層樓,用在商業太空飛行、承載小型衛星,以及氣象數據觀測上。

其中 HTTP 火箭計畫是 ARRC 中最重要的一環,由新竹、台北、台南與屏東四個地方包括 30 位以上的教授、研究人員與碩博士生組成,2014 年試飛成功的火箭「HTTP-3S」,就是其第三代火箭,總長度 6.35 公尺、直徑 0.4 公尺,是目前臺灣學界所研發最大的混合式探空火箭。

HTTP 火箭製作大解密

混合式火箭的燃料和氧化劑具有不同的物質狀態,分別是固體和液體,等到火箭點火之後,兩者才慢慢混合產生推力,推進火箭,它的優點是穩定,操作上也較安全,不像固態火箭容易爆炸,此外結構上又比液態火箭簡單許多,成本也較低。

與前幾代火箭相比,HTTP-3S 採用 N2O 作為氧化劑,注入具多叢集式渦流混合增強器的混合式引擎,使推力提昇至 1,000 公斤級推力(比衝值達 250 秒),並可長時間燃燒,此技術居國際領先地位;同時各次系統技術也大幅提升,包括:分散式航電系統、兩段側開式降落傘系統、雙頻長距離遙傳系統、分散式連網地面接收與即時互動顯示系統、高階 GPS 接收機、數位式 IMU 感測器系統、流量伺服控系統、Yo-Yo 減滾機構、儲存 N2O 的碳纖維纏繞大型壓力容器、火箭複合材料結構體與大型探空火箭發射架系統(高達 13 公尺)等。

 廠商的協力與支援

火箭的製作是複雜且龐大的工程,升空後資料監控與傳輸更是一大挑戰,除了研究團隊本身的技術能力,更仰賴許多企業的軟硬體支援,NI 就扮演地面站系統和導航電腦的要角。

在雙航電架構下,NI 嵌入式系統成為火箭的導航電腦,將火箭高速升空時的加速度、姿態、高度判斷等資料截取,傳送到地面站給工作人員,同時需要量測火箭艙壓、確定燃料狀態,並依照資料判斷,提出降落傘開傘建議,讓火箭可以開傘成功降落。而地面站的系統,則透過 LabVIEW 加上 sbRIO,把所有資料做一次完整的呈現,並讓遠在新竹的交大工作站接收火箭所回報的資訊,同時工程師可藉由 LabVIEW 的 Data Dashboard,在人機界面上即時讀取所需資料,做資料分析及判斷。

火箭材料大多屬於管制品,不是那麼好取得,因此 HTTP 小組若無法從國內採購所需物件,就得自己動手製作,這也讓 HTTP 成為一個名符其實「Made in Taiwan」的火箭。在製作上,瑞領科技協助製作無法採購的特規品,宏昇營造則是協助大型探空火箭發射架系統的施工;其他廠商則有經緯資訊提供試射時的空拍影像,颱洪中心提供氣象觀測數據。

HTTP-3S 火箭雖然只是為了測式火箭發射技術而試射,但從中得到的寶貴經驗,無非是為了提供數據給 2015 年試射的雙節式大型探空火箭 HTTP-3,做為設計上改良的依據。

逐鹿太空,從國家到企業

若說二十世紀的太空任務是列強展示各國武力的競賽擂台,那二十一世紀的太空任務就是跨國企業的技術伸展台。從美國 NASA 與蘇聯太空中心的對抗,到全球航太科技的重心轉移至企業,每個時代的太空計畫都有各自的使命,也都承載著當代人的夢想。雖然台灣不是航太技術研發重鎮,但在學生、老師的積極投入,並結合 NI 與學校合作推廣的「Do Engineering」,目前 HTTP 所展現的技術已經超越國際學界,並朝下一個目標邁進,《十月的天空》的劇情將在台灣小鎮繼續感動人心。

▲ 預計明年初要發射的 HTTP-3 正在實作和測試,圖為火箭航空電腦系統測試情形。

(本文轉載自科技新報,文章由太空中心鄭竣吉先生協助完成。除另外標註,所有圖片來源為前瞻火箭研究中心臉書粉絲頁

 

 

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