【成功專欄】特別邀請成大師生發表故事與觀點
 
文／趙怡欽　圖／成功大學航太中心衛星推進實驗室提供
 
國立成功大學航空太空工程學系講座教授趙怡欽率領的成大跨領域混合火箭團隊在 111 年 11 月 08 日於屏東牡丹鄉旭海部落科技部短期科研探空火箭發射場成功發射 1500 公斤級推力暨 300 公斤級推力之兩節式試驗型混合火箭。此次測試結果將做為明年預計發射之 3000 公斤等級全型火箭設計基礎與參考。此次試驗部分完成飛行任務與酬載試驗，並搭配箭上影像全程追蹤火箭高動態姿態軌跡。
 
成大 1500 公斤推力等級兩節式混合火箭，全長 6.2 公尺，最大直徑 34 公分，重約 270 公斤，是目前團隊成功通過飛行試驗的最大推力組合之多節式混合火箭；它是以 2019 年成功發射的 1500 公斤級推力混合火箭為基礎，經由 3 年來持續不間斷的研發，團隊在發動機研製、零組件設計製造、脫節機構與組裝以及空中點火等工程技術上都獲得主要進展。
 
趙怡欽教授表示，此次飛試火箭本體設計上具有多項特色，其中最主要為兩節式火箭氣動力脫節機構驗證與第二節 300 公斤級推力混合火箭空中點火測試，兩節式火箭設計主要的優點為第一節推進劑耗盡時，氧化劑儲存槽及發動機本身就不再具備功能性，只會徒增火箭的重量並拖慢後續加速過程。藉由脫節設計減輕自身重量，將可較單一大型火箭獲得更高的速度與高度。然而脫節機構的設計將使得整個火箭製造與操作變得更加複雜，這也是此次飛式任務測試的重點項目之一。
 
成大航太系趙怡欽講座教授領導的成大混合火箭研究團隊，整合校內包含電機系、物理系、航太系與航太中心等單位具各項專長的學者與工程師研究群，無論於學術研究能力或是工程實務經驗方面皆屬一時之選。各領域師生參與跨領域團隊合作，進行專業交流，也為國家儲備航太專業人才。
 
本次飛試即承載本校航太系詹劭勳教授之「INS/GNSS及時軌跡追蹤」科學酬載，全程追蹤火箭高動態姿態軌跡證實其功效與性能。另外，此火箭也搭載物理系楊毅副教授團隊所研發之科學酬載 『緊湊閃爍體陣列探測器（ComPact Scintillator Array Detector, ComSAD）』的簡化測試版，作為未來用於全型火箭之先期驗證。此酬載主要是利用閃爍體陣列與矽光電倍增器組成製作出適合搭載在探空火箭與立方衛星的科學酬載。 ComSAD 大小約為 10x10 立方公分、共有 64 個數據通道，可以量測宇宙射線的數量、方向以及粗略的能量。ComSAD 希望可以從低造價與製作簡單等方向出發來研究宇宙射線物理，而此次飛試亦驗證該工程系統並成功收取訊號資料供團隊後續分析與應用。
 
發射當天東北季風強勁，飛行資料顯示第一節 1500 公斤級推力火箭發動機點火離架與運作正常，但火箭達 1500 公尺高空時，突遇風速接近 20m/s東北轉西的變向高空氣流，造成火箭穩定尾翼受損，火箭姿態突然大幅改變，兩節火箭未依律訂時間即提前脫開，箭上電腦啟動安全機制停止後續一切指令與動作，包括第二節 300 公斤級推力火箭空中點火。成大物理系陳炳志教授領導的探空氣球團隊在火箭飛試實驗前後執行氣球施放，量測高空風場，證實在該高度的風場有強烈變化，風場量測結果也協助確認本次問題之所在。
 
此次成大兩節式混合火箭成功發射，並得到幾項主要結果，包括：
（1）成大自主發展混合式火箭系列，由單節火箭進展到雙節火箭，完成相關關鍵零組件與技術研發，並成功發射驗證。
（2）1500 公斤推力等級混合火箭符合設計規格正常運作，確實掌握推力放大原則。
（3）箭上兩項科學酬載「INS/GNSS及時軌跡追蹤」與「緊湊閃爍體陣列探測器」，全程收取訊號資料與追蹤火箭高動態姿態軌跡，成功驗證其功效與性能。
 
此次飛行試驗得到的結果、經驗與缺失都將做為下一支全型火箭改善與精進的基礎依據。此次兩節式火箭能夠發射成功亦要感謝國家實驗研究院國家太空中心提供之短期科研探空火箭發射場域與「前瞻混合火箭計畫」在經費上的支持。
 

成大混合火箭跨領域團隊。成功大學航太中心衛星推進實驗室提供
 

兩節式試驗型混合火箭成功發射。成功大學航太中心衛星推進實驗室提供
 
 
維護單位: 新聞中心
更新日期: 2022-11-14