Yuanchieh's Blog

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生命是長期而持續的累積

23 Apr 2021

一日參觀 ARRC 實驗室

還記得約在 2016 年第一次在募資平台上看到 ARRC 的募資活動,才知道交大有這麼一位熱血的教授 吳宗信教授,想要打造一隻純 MIT 的火箭,找了當時一起赴美唸書的朋友,串連多所大學的專業一起為了太空夢而努力

台灣本土火箭 要讓太空旅行夢想成真 | 吳宗信 Jong-Shinn Wu | TEDxTaipei

當時我還在馬祖當替代役,領著時薪 8元的薪水 XD 還是贊助了基本方案,最後收到贊助品是一本講太空與 ARRC 的發展史的書(繪本?!)

其實我對太空一竅不通,說真的也沒有特別的嚮往,但我很認可教授所描繪的太空時代,在 2021 年回來看,像 Starlink / Facebook 都在積極發射衛星,連教授所描繪的透過衛星查看商業模式也在我喜歡的影集《Billionares》真實上演;
另外還有太空科技是技術的火車頭,可以帶動基礎產業一起向上升級,這也是我覺得很熱血、很值得投資的事情

所以在 2020年推出第二波的贊助時就立馬贊助,拿到台灣太空隊的衣服跟隊員證! 最後也憑證有這次參觀的機會,以下將整理與分享參觀的過程與心得

*補個當初跟呱吉的對談,超熱血的 【呱吉直播】政治電台EP12:轟隆隆隆衝衝衝拉風引擎火箭發動

這次去的是交大 ARRC前瞻火箭研究中心

火箭的種類

火箭在高空因為外界空氣稀薄,所以需要自備燃料與助燃劑,基本種類可分成

  1. 固態火箭:
    燃料與助燃劑先混合好,並以固態儲存,一點火就會開始劇烈燃燒,最入門的是蔗糖火箭 sugar rocket,可以看 自製硝糖火箭!大雅一號能夠順利飛向宇宙嗎?【胡思亂搞】(Feat.@黃小潔Jerry​ , ARRC前瞻火箭研究中心)
  2. 液態火箭:
    燃料與助燃劑都是液態,但因為是液體所以混合後容易爆炸,危險度較高
  3. 混合式火箭:
    燃料是固態,助燃劑是液態,可以用閥門控制助燃劑來控制火力,甚至做到懸浮的功能,這是另外兩者所不行的

混合式火箭是太空科技的未來,具有可控制 / 安全的特性,也是 ARRC 接下來 HTTP 系列火箭的發展方向
交大「ARRC前瞻火箭研究中心」 完成全球首次混合式火箭空中懸浮飛試

過程中有問為什麼混合式很好其他國家沒有率先發展?
得到的答覆是美國當初二戰後綁架德國的飛彈專家,有優良的液態火箭技術 / 日本在糸川英夫的研究下發展固態火箭,因為火箭的研發成本非常高,所以既有的技術很好就會採用,又因為火箭是高機密科技,不會對外輸出,所以台灣自己只能從頭摸索,沒有過往的束縛是劣勢也是優勢

有個故事是日本的固態火箭發展太好美國會怕,反而輸出液態火箭給日本,透過另一種方式限制日本的發展 日本的宇宙政策(下):終結自主開發,美國向日本提供液體燃料火箭技術的兩點理由

火箭的噴嘴與燃料

左圖為火箭的燃料,據說就像是塑膠跟樹脂的材質,燃燒會產生大量氣體,中間有一個洞會讓氣體往外排放

右圖的上方是噴嘴,下方是機電組,噴嘴也是大有學問,在低太空會用小噴嘴,高太空則用大噴嘴,主要是為了讓燃料噴出的氣體得到最大的推進動力,氣體流動速度在小於音速時洞口越小則速度越快,但是到超音速之後反而是洞口越大速度越快,這也就是噴嘴設計是大到小在小到大;
另外噴嘴大小也是為了配合外界大氣壓力,同樣是流體的特性,當排出氣體的壓力與外界氣壓相同時可以獲得更大的動能,所以高太空因為氣壓低所以噴嘴要更大
以上據說是流體力學有教過的原理,我自己沒有修過如果有寫錯再麻煩糾正

這也是多節式火箭的設計原因之一,下次再看火箭發射的過程不妨注意看看噴嘴的部分

碳纖維

火箭要高速推進到非常遙遠的彼岸,需要很大的動力 / 堅固同時輕量化的重量,在這種情況下,通常是用很薄的金屬打造一層外殼 (圖片右上),在用碳纖維纏繞在外面增加強度 (左下),一組四根 (右下)

圖片中的是放燃料的地方,也就是火箭的引擎,也就是上面白色中空的棒棒加大版,圖片右上是金屬殼,實際長約 1.2 公尺,但他非常得清,所以才要用外面的金屬支架保護,避免變形
最後用碳纖纏繞技術,將金屬殼纏繞,這點在影片中有提到是一間熱心的廠商幫忙做的,在導覽過程中也提到他們這個纏繞技術很不錯,最近通過了驗證可以幫忙在太空相關的產品 【HTTP-3A 研發進度|火箭碳纖維纏繞外殼】,再次應證了台灣的產業實力真的很棒,只是沒有一個品牌跟整合的龍頭

但大多數的碳纖維都只能用人工去拼貼,像是碳纖維腳踏車都是純手工,很多時候複雜的部分還沒辦法用機器取代,在 ARRC 也有很多地方需要自己買碳纖維的布自己動手,這位幫忙導覽的同學就自己動手做了一台四維的碳纖維切割機(下圖),他說外面一台可能要上百萬,自己 DIY 只花了五、六萬而已,而且省下兩、三個人力非常棒,這位同學最後說他現在才大四,從大一就開始幫忙了,滿滿的 respect! 可惜忘了問同學的大名

圖片左上是火箭尖端的部分,因為要耐高溫所以用金屬的鼻頭,有提到火箭運用的是碳纖維與金屬的混合使用,在零件之間是透過特殊的膠水固定,螺絲基本上是不受力的

隨手拍拍

三張小圖是還在研發的 HTTP-3A 喔! 右下角是到時候搬運火箭的載具,因為火箭非常非常輕,所以路上搬運會有變形,需要有外層支架保護,記得在某隻影片有提到台灣在東部發射還不錯,穩度低有足夠的地球自轉速度,同時慣性會往太平洋射比較安全

祝發射順利以及無預警出現的吳宗信教授

結語

唱衰台灣的人很多,但肯出來改變的人很少,這次參觀的過程看到有一群踏實的人在努力做一件不可思議但逐步實現的過程,覺得滿滿的踏實與熱血,自己有這個機會可以用微薄的贊助支持覺得很開心,也期許自己的未來也可以踏實的走下去

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