返回列表 發帖

火箭-一群瘋狂科學家 讓台灣在太空留名

本帖最後由 正人 於 2015-2-8 23:29 編輯

資料來源:http://www.msn.com/zh-tw/news/ot ... E5%90%8D/ar-AA8ZHn8





下午三點,一輛採蚵農人的柴油台車「噗、噗、噗」的,從堤防開向看不見邊的新竹香山濕地。一旁香腸攤的烤煙正旺,還有彈珠台、賣風箏。圍觀的大人小孩都很興奮,因為,車上載的是一具火箭。

這是「前瞻火箭研究中心」(Advanced Rocket Research Center,以下簡稱ARRC)的火箭試射(flight test),發射台就架在一片蚵仔殼上。在彈塗魚、螃蟹、寄居蟹、當地群眾圍觀的驚呼聲中,火箭沖向天際。




整支幾乎全是台灣製
握關鍵技術,國際專家說讚

去年三月的屏東,三百公斤重、兩層樓高、直徑四十公分的火箭同樣順利發射、劃破太平洋上空。除了加裝的感應器之外,其他全部由台灣研發製造,核心技術全握在團隊手上。他們用極低的成本、全部自製的精神,讓全球太空專家驚豔。

團隊成員來自全台六所大學,跨工程、機械、資訊等領域的六位教授,率碩博士生共四十幾人。雖是「大叔與宅男」的雜牌軍組合,卻敢與許多國家機構競爭;他們與Google、維京集團創辦人布蘭森(Richard Branson)、特斯拉創辦人馬斯克(Elon Musk)一樣,做著太空夢。

曾服務於美國太空總署(NASA),現任美國航空與航太協會委員、國家太空中心資深研究員的陳彥升指出,在各國同類型混合式火箭引擎的團隊中,ARRC「是國際上(學術界及工業界)最好的成果,」甚至已超越維京集團SpaceShipTwo的技術!「ARRC的技術突破已是該領域高度領先的地位,是混合式火箭推進科技發展很重要的一步。」現任維京銀河號技術顧問、美國太空總署與美國空軍合作專家卡拉貝佑古(Arif Karabeyoglu)說,他每年關注這支驚人隊伍,「他們去年三月的成功發射,證明了在如此貧乏的資源下,他們竟能操作複雜、困難的發射工作!」對此他大嘆不可思議。

太空夢始於二十年前
他們棄美國機會,回台搞火箭

這群「瘋狂科學家」是怎麼辦到的?

答案,要從二十多年,四位台灣留學生的故事說起。

「我們那時候離開美國回來,就是想為國家做些什麼,」ARRC主任、交通大學機械工程系教授吳宗信說,「大家對台灣都有熱情,『雙引號』的熱情!」

吳宗信與ARRC成員,北科大電子工程系教授林信標、成大工程科學系副教授何明字,二十多年前在美國修讀博士時就認識,加上屏科大車輛工程學系教授胡惠文,在台灣正值解嚴時期,他們常討論美國科技發展、台灣的前途該往哪走,畢業後,都放棄在美國三、四倍薪水的機會,回台深耕。

「前十年,都在為了升等做一些模擬,」吳宗信說,在台灣當教授,為了拿研究補助,成本高、風險高的實驗並不普遍,他只能埋頭寫程式;儘管他是「世界唯三」具有彗星噴流平行太空物質探測模擬技術(利用電腦模擬軟體,了解彗星物質成分的技術)能力的學者,但離實作總有距離。

台灣不是沒能力發展太空科技,但政府偏好透過購買、組裝,接著再委由美國發射火箭、為我國投射衛星,關鍵技術大多握在別人手中,就連地面測試的設備也都用買的。

本來,政府試圖扭轉技術劣勢,原定二○一二年發射探空火箭,展開太空科技應用布局,但計畫卻因不明因素在二○○八年突然終止。

吳宗信等四位好友,原先都參與上述國家計畫,在計畫暫停,太空中心許多合作學者都返回校園後,他們卻選擇繼續奮戰,加上銘傳大學資訊管理系助理教授余仁朋、海洋大學商船學系副教授黃俊誠也留下,共同奮戰。

這個被政府放棄的計畫,卻是他們的希望。

「那時候人家在笑啊,你們這些教授都只會紙上理論,你們也想要做火箭,還射上去?」胡惠文回憶。要做出一枚探空火箭需要航電系統、感測系統、通訊系統、火箭結構、火箭構型、回收系統間的相互搭配,加上推進系統萬無一失的運作。飛出去後,還要考量火箭重心、材質、飛行姿態、儀器通訊、何時開傘、降落,考量各環節的互相影響,要檢查的手續跟零件超過一千項。

對他們來說,這是一場台灣不能落後的競賽。去年,南韓已躋身全球十大具備發射火箭能力並讓衛星入軌能力的國家,「韓國可以(自製火箭、發射)、日本可以,台灣應該沒那麼差吧?」何明字自問。

透過太空中的衛星,光是通訊、資訊偵測就能影響所有產業,更別提對國土安全的影響。「私人企業如果能射自己的衛星群上去,他就可以擺脫地面上所有通訊系統,而且抓到更多他自己才有的資訊,」陳彥升說,也因此Google 才會以五億美元收購衛星公司Skybox,並加緊投資馬斯克的太空計畫。

但民間要做政府規格的事,處處都是挑戰。

首先,要自己栽培人才。吳宗信開出了交大史上第一個火箭專題研究課,不同系所甚至清大的學生都跑來修,當時還是個大學生的交通大學機械工程學系博士研究生周子豪說,「本來以為是高科技,但其實根本是來當黑手啊!」

原來,他們要用裁縫機縫出十幾頂回收火箭用的降落傘,要成天拿鋸子、鑽子試驗不同外殼。沒有錢訂製鋼管,只能用現成的切割。因為太空科技高度敏感,各國都不分享相關數據,他們只能土法煉鋼,一點一點摸,靠網路搜尋、YouTube影片、文獻,將理論化成實作。

奔波鐵工廠找零件
厚臉皮砍價,還被當詐騙

接著,他們試著找到工廠製造火箭需要的零件。

「他們都覺得我是詐騙集團,」胡惠文說,一個教授跑到工廠來拜託說要做火箭裡的零件,還說沒有錢,可不可以算便宜一點,他們就這麼「厚臉皮」的,在屏東、台中、桃園的鐵皮工廠間穿梭。

好消息是,他們發現台灣廠商的技術水準可比擬美國航太工業,做馬桶的廠商能做火箭隔熱層、屏東的鐵工廠能打造炮管。但台灣廠商創造的產值,卻與國外天差地別。

主因是,台灣長年自我定位做代工,儘管技術精進,但只能配合客戶需求開發,而後複製,缺乏設計及整合系統的思維與能力,導致特斯拉、iPhone的關鍵零組件,多半來自台灣廠商,但台灣廠商卻無法做出完整的電動車、電腦作業系統甚至機器人。價值鏈中最豐厚的財富從來不屬於我們。

ARRC打造自有火箭系統,讓台灣廠商驚覺原來自己能做火箭,幾家廠商甚至自掏腰包相挺,十萬元零件也分文不取。

「現在有多少教授敢接受這種考驗?」精密機械廠、瑞領科技總經理李芳壽看見ARRC發射火箭的消息,主動上門拜訪,確認對方是玩真的之後,決定支持,不收任何費用。

李芳壽不只看到火箭,還看見這群人的膽識,「明知不可為而為之,台灣現在最缺的就是這個膽識,不幫他們還要幫誰?」三十年的產學合作經驗,他看見高等教育政策下,學校研究離業界越來越遠;否則就只是接受企業訂單、跑數據,「這些教授願意這樣,一批人、一批人的帶,台灣都沒有一家企業願意這樣做了。」

在ARRC努力下,竟與台灣廠商共同打造專門製作火箭、飛彈外殼,被列為美國國家管制出口品的碳纖維五軸纏繞機,這台國際上報價四、五千萬元的設備也是豐田(Toyota)氫汽車中的關鍵設備。

「航太科技真的是科技發展的火車頭,」吳宗信說,3D列印、燃料電池、太陽能板、遙控系統等,都是一九六○年代阿波羅計畫以來,太空科技不斷發展的副產品。發展自製火箭系統、整合產業鏈,等於是讓台灣產業鏈從機械代工端,走向航太產業,甚至培養出打造系統的人才。

二○一○年,ARRC首次大型試射成功,跌破眾人眼鏡,「我們開始相信We can do something!(我們也可以做些什麼!)」吳宗信看見學生的眼淚,「你發現真的做得到,只是沒有人給他們這個機會。」

此時,發射火箭不只是自己的事,而是讓學生、廠商相信能做大夢的社會使命。

錢是四處奔走來的
最難時刻,笑說要搶銀行

但即使有廠商義氣相挺,未來還有重重難關。錢,是最大的問題。

過去幾年來,教授們四處拉贊助。七年約七千多萬的花費,除了教授各自寫計畫申請政府與學校補助,還有一千六百萬元來自民間友人捐款,「我就看新聞,哎?那好像是我同學的公司要上市了欸,我就去跟他pitch(提案)啊!」吳宗信開玩笑的形容自己籌錢的模樣。不這麼做,團隊可能已經解散。

沒錢,曾讓計畫走到最谷底。二○一三年在屏東的大型試射,大隊人馬從台北一路集合到屏東,好不容易申請來的發射許可,卻遇上颱風。

大夥兒不管水淹大腿,顫抖中顧著設備,兩天後終於進入發射倒數,火箭卻毫無反應。

原來,其中一個關鍵零件買得太便宜了,兩天就失去彈性,無法運作,大型試射就敗在一個細節,兩年多籌備瞬間泡湯。

設備要錢,人也要活。成員周子豪說:「常常問自己,台灣是不是真的太小?」已破全球學術圈紀錄的他們,讀到博士還靠工讀金過活,計畫還未定,繳不起學貸該怎麼交代?

陳彥升說,ARRC中的學生,個個有實作經驗,能設計系統、解決問題,在美國都是三、四百萬年薪起跳的人才。

而他們留在這裡,為了火箭賠上青春,就像一群只有石頭跟木棍的野球隊,卻能打出大聯盟般的水準,若不是民間單位去年捐了一千萬元,錢早就空了,人才也等不下去。

「我常常想說,不然襪子戴在頭上去搶銀行好了啦,」學生透露,這句話已成了吳宗信口頭禪。七年來有太多冷言冷語,「連我老婆都說我有問題啊,」胡惠文說。

親友的擔心不是沒有理由。教授們已在各領域有穩定發展,例如吳宗信在世界知名的歐盟羅賽塔計畫(歐洲太空總署難度最高、近二十年的太空探測計畫)中扮演關鍵角色;台積電、東京電子、應用材料、科林等世界著名的半導體製程設備公司,都曾經或正在與他合作;國際期刊上發表文章近百篇。他們年近半百,國外邀約以好幾倍薪水招手,為什麼還要留在台灣,四處籌錢做火箭?

不只因為當年的承諾,更因為學生的堅持。「很多人會說台灣沒有希望,但那些年輕人臉上的表情是不會騙人的,」胡惠文說,「他們放出來的能量你沒辦法想像。」

「我要想到這些孩子的出路,學到這樣了,還去台積電按button(按鈕),很可惜啊!」吳宗信坦言。

資源少也要繼續做
盼台灣囝仔,永不停止做夢

長年待在美國航太界的陳彥升觀察,ARRC走到今天,不只證明台灣科技的能量,更要讓台灣人跟美國的孩子一樣,永遠不停止想像,「只要眼光放遠,能做的事可以有很多,只要下功夫就可以達成。」

今年暑假,他們將挑戰飛行一百公里的目標。為此,他們透過募資顧問公司「貝殼放大」對外公開募資。

這場發射可能成功也可能失敗,但團隊會全力以赴,「我們只是想告訴大家,台灣不要忘記自己有做夢的權利,」吳宗信說。

●小檔案_前瞻火箭研究中心(Advanced Rocket Research Center)
■ 成立:2012年

■ 成員:交大、成大、北科大、屏科大、海洋、銘傳,6校師生共40餘人

■ 紀錄:
.造出第一個「台製火箭」
.花費是南韓的40分之1,7年只用7千萬元
.混合式燃料推進專利比衝值250~290秒,世界最好
.21次試射,今年挑戰飛行100公里

舊聞
資料來源:http://pansci.tw/archives/58159
跨校團隊自製探空火箭試飛成功

由行政院科技部、國家實驗研究院國家太空中心與國立交通大學經費支持及國家實驗研究院台灣颱風洪水研究中心提供氣象資料協助下,國內大學跨校團隊所研製具高度安全性的混合式探空火箭HTTP-3S於3月24日早上8點在屏東海岸順利發射升空。火箭於離架後呼嘯飛向天際,最後落於太平洋海面。但由於海象惡劣以致無法進行回收,殊為可惜。

此次進行飛試的HTTP-3S探空火箭總長度6.35公尺、直徑0.4公尺,乃是目前國內學界研發至今最大型的混合式探空火箭。本次發射的主要目的除了測試各項重要次系統在高速飛行時的各項功能以外,同時作為年底雙節式大型探空火箭之第二節主體性能的詳細驗證以及發射場安全操作程序演練。

與先前發射的HTTP-2火箭相較,HTTP-3S火箭同樣採用N2O為氧化劑注入具多叢集式渦流混合增強器的混合式引擎(已取得台灣與美國專利),唯推力已提昇至1000公斤級推力(比衝值達250秒)並可長時燃燒,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)等等。結果顯示於火箭全程飛行過程中所有飛行電腦與導航感測資料均可順利且完全無誤下傳至分散式連網地面接收系統。

其中分散式航電系統以CAN Bus為通訊骨幹匯流排,大幅減低航電系統之配線複雜度並縮小體積,使維護更容易,並具高度之可擴充性與容錯性。IMU感測器系統則採低成本、多軸、多元件之傾斜構型,並利用數據融合技術,可量測高達每秒5轉之轉速。同時,利用流量伺服控制技術,達到可變推力之控制,提昇火箭推進系統效能與彈性。本次火箭飛試同時搭載太空中心研發之高動態型GPS導航接收機,火箭發射與飛行過程中,GPS導航接收機全程鎖定並提供10Hz導航資料。遙測通訊收發系統則研製2.4GHz與434MHz的雙頻段收發系統,並自製在火箭端的兩頻段PA與天線,可達數百公里的傳輸距離。在分散式連網地面接收系統方面,則設計多組低成本地面雙頻接收系統,透過軟硬體的整合設計可更精準接收火箭下載的資料;同時整合3G網路,可將重要資訊即時後送遠端控制中心。火箭結構大量採用複合材料與輕合金,並成功研發大尺寸碳纖維纏繞技術,製作火箭大型壓力容器與發動機外殼,結合玻璃纖維與輕合金桁架製作航電段與鼻錐罩結構。另外,研發成功之減滾機構 (Yo-yo Despin),可以在1秒內將每秒滾轉3.5轉的火箭減滾到0轉,為國內太空科技首次重大突破。

此次HTTP-3S火箭飛試成功完成測試第二節火箭性能,除了技術全面提升,代表大學探空火箭技術進入一個新的里程碑,同時也讓整個團隊對預計於年底發射的雙節式大型探空火箭至100公里高空進行電離層科學實驗更具信心。

HTTP探空火箭團隊包含來自新竹(Hsinchu)、台北(Taipei)、台南(Tainan)與屏東(Pingtung)四個地方地區的教授、研究人員與超過30名的碩博士生所共同組成,藉由私人與企業捐款於2012年在交通大學成立「前瞻火箭研究中心」(Advanced Rocket Research Center, ARRC),並由吳宗信教授擔任中心主任;其他主要成員包括交通大學機械工程學系陳宗麟教授、台北科技大學電子工程學系林信標教授、成功大學工程科學系何明字教授、屏東科技大學車輛工程學系胡惠文教授與太空中心陳彥升資深研究員;另外,銘傳大學余仁朋教授、海洋大學黃俊誠教授與中央大學張起維教授在研發團隊中亦扮演著相當重要的角色。

(ARRC新聞稿,圖片來自ARRC facebook專頁

TOP

返回列表
Flag Counter