【圖解】太平洋邊上的太空夢

上午6時12分，海岸旁的控制中心傳出歡呼聲，從螢幕上確認火箭成功發射後，身著橘紅工作裝的ARRC成員總算鬆了口氣。5月初曾因天候不佳、系統故障而取消飛試的他們，成功把握住7月第二波的發射機會。

ARRC原預定在今年5月3日至4日就要進行飛試，但因天候不佳、系統故障而取消；團隊7月9日至12日重新申請第二波飛試，原計畫第一天即可發射，不過到最後發射準備階段，因「氮氣分離接頭」故障而取消，只能隔日再戰。

揮別前一日沮喪，團隊成功完成測試。最終的飛行高度並沒有達到預期的10公里高、490秒（約8分10秒），實際約到3公里高、約2分鐘。ARRC副主任魏世昕說明，只要前面30秒飛行導航控制，有按照規劃進行，就算九成九的成功，儘管後面火箭確實出現狀況，但所有過程、緊急程序的作動都在規劃範圍內。

看過ARRC走過10個年頭，這次飛行測試計畫也花了快3年，國家太空中心主任、也是前ARRC主任的吳宗信感動說：「如果你站在那個launch control center（控制中心），你一定會感覺到緊張的氣氛，這種很複雜的發射程序，只要稍微不小心，一個小小的一個東西，你都會想就是要把它解除掉，我想這些小孩子真的是轉大人，我自己也轉老人啦。」

從新竹跋涉至屏東、數日作息晝夜顛倒的辛勞，如今終於有了成果。

由於表定發射時間落在清晨6時至8時，ARRC成員們得把握前一天下午至晚間9時的休息時間。「大家想睡就自己睡，不過我猜應該大部分的人都睡不著，」ARRC副主任魏世昕說，在天亮前的數小時，成員就要頂著夜色做準備，進行流程演練。

這次最終飛行高度約3公里、飛行時長約2分鐘，雖然最終結果和預期有落差，但仍是一次寶貴經驗，可讓團隊規劃火箭升空到落海的過程。魏世昕說，30秒後火箭遇到哪些問題，還需要花時間釐清，未來團隊也會根據此次收集到的數據資料做討論和分析。

「雖然它可能沒有到達我們預計的飛行高度，但是對我們來說都一直不是重點，而是整個飛行過程都有達到我們的規劃，（數據）都有回傳回來，所以其實最後目標是火箭也回收回來，我們有更多的數據可以去做分析，如果漁船有找到，就100分，」魏世昕說。

為什麼「導控」重要？原來ARRC不把這支火箭當作是純粹的「探空火箭」，而是提升規格，以「類衛星載具」為目標做研發──有能力調整飛行姿態，才有後續搭載衛星入軌的門票。

傳統的探空火箭是進行太空科學研究的工具之一，可以搭載各項科學儀器，短暫飛到海拔50公里至300公里高空範圍內量測數據，拓展人類對該區間的理解；台灣過去曾進行10次探空火箭發射。如果是50公里內高度，適合用探空氣球；300公里以上開始屬於「低地球軌道」範圍，適合用人造衛星。

也就是說，如果只是探空火箭用途、飛到100公里高度，其實不一定要具備「入軌」能力。如果要入軌，除了高度要夠（通常300公里以上）、避開空氣阻力外，水平方向還必須達到「第一宇宙速度」（約每秒7.9公里）。要做到這件事，火箭必須要具備推力向量、推力大小的控制系統，有能力進行導控，才能精準進入地球軌道。

做出具導控功能的火箭是為了更長遠的未來。「一般來說，做探空火箭只是想要飛高而已，不用設計到那麼複雜。但我們主要測試目的並不是飛高，而是要先把飛行導航控制系統，做初步的驗證，這在台灣是比較技術上比較缺乏，但又是做衛星載具絕對必要的技術，」魏世昕說。

這次ARRC飛試，是科技部今年1月啟用「短期科研探空火箭發射場域」後的首次飛試。

為了這一次的火箭飛試，團隊人員如何配置？

首先，距發射塔約150公尺處，是由貨櫃屋組成的行動發射控制中心（Launch Control Center, LCC），團隊為了飛試，將貨櫃從新竹載到旭海。

控制中心內有約15位人員，編組上除了指揮官外，還有4種地面支援系統（Groud Support System Equipment, GSE），涵蓋電器（E）、燃料（F） 、機械（M）、通訊（T），工作人員透過多個螢幕，即時監控火箭狀況。

另外，發射時為保持安全，北站是大部分工作人員的待命位置，一般民眾、媒體也多在此見證。

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儘管發射場域啟用，不過現場環境、設備仍較陽春。國家太空中心射場指揮官曾坤樟表示，場域未來會做道路改善，也計畫用移動裝置或安排場地，安全存放氧化劑及鋼瓶；另外可透過帳篷雙拼結構，做出夠大場地暫存火箭，如此一來不只不怕天候不佳，甚至可以在裡頭做組裝、維修、安裝酬載；這些仍會以環境衝擊最小的工法進行。

曾坤樟補充，用來評估發射與否的資源如今也更多了。相較於5月初狀況，現在已有中央氣象局協助做預報、太空中心現場也建置量測觀測站；未來，在中央氣象局高空風場分析技術的協助下，對發射團隊判斷也將有所助益。

魏世昕介紹，火箭按照推進系統差異，可分為固態、液態、混合式，型態特性也影響了應用可行性。

這次的火箭引擎就是屬於混合式設計，也就是讓液態的氧化劑（雙氧水）透過控制閥注入引擎，與引擎內部的固態燃料（聚丙烯）混合燃燒。

固態火箭則是推進劑（包含氧化劑和燃料）皆屬固態，事先混合製備好；液態火箭則分別儲存液態氧化劑、液態燃料，兩者透過管路系統、控制閥注入引擎燃燒。

魏世昕說，固態火箭如「沖天炮」，燒起來後很難停止，也很難做推力向量控制；液態火箭發展技術成熟，可調節流量、控制性好，送大型衛星入軌的火箭基本上都是液態，不過這類成本較高、設計相對複雜；混合式火箭低成本、安全、構造相對液態火箭簡單，也可媲美其性能表現。

這支火箭構造為何？如何在「混合式」火箭的體質下，去實現傳統液態火箭才能做到的推力控制？

混合式火箭技術仍有許多可開拓之處。截至目前，全球混合式火箭飛行最高高度僅100多公里，還沒有出現300公里以上、搭載衛星入軌的案例，技術創新與改良正持續進行。

不過由於太空科技的發展所費不貲，有能力降低成本即能提高競爭力；混合式火箭因為系統複雜性降低，結構相對液態火箭簡單，而具成本優勢。

「液態火箭要降低成本，重複使用是很重要的一點，不過混合式也有回收再使用的潛力，」魏世昕指出，如果混合式也能做到，成本也就會再更低。

既然混合式火箭具備低成本優點，為何在運載火箭上，相關技術發展仍相對有限？吳宗信表示，由於太空先進國家紛紛已採液態火箭作為研發方向，混合式火箭在其國內往往難以搶到資源，但對台灣來說，反而有很大開拓空間，有機會做到領先；此外，安全的混合式火箭也適合學校端研發。

過去20年來，國內成功大學、交通大學團隊都在混合式火箭研發上，累積若干成果。

不過，學術端的成果有沒有更多產業端支持，進而擴大應用可能性，也成了往後觀察重點。吳宗信坦言，火箭要賺大錢還是很難，但一旦掌握火箭技術後，衛星方面的應用就蘊藏更多商機。

美國衛星產業協會（SIA）今年6月最新公布的產業報告指出，2021年全球太空經濟營收約有3,860億美元（約新台幣11.5兆元），其中衛星產業就囊括72％的營收，如果細看產業結構，衛星服務約1,180億美元（占全部31％）、衛星地面設備1,420億美元（37％）、衛星製造137億美元（4％）、衛星發射產業57億美元（1％）。

「現在台灣太空經濟大概都講到衛星，沒有再往上游，你如果再擴大看SpaceX，Falcon 1（獵鷹1號運載火箭）讓它成功，後來變Falcon 9，它為什麼先做火箭？其實做火箭要賺大錢很難，但你沒有火箭，這個太空經濟的主體的衛星就上不去，」吳宗信表示。

他補充道，英印合資的OneWeb，原本是透過俄羅斯的聯盟號（Soyuz）火箭將衛星送入軌，不過今年受俄烏戰爭影響，俄國不滿英國制裁而不再幫OneWeb載運，該公司必須轉而改搭其對手SpaceX的火箭，「你若沒有，你要拜託別人、要去排班，現在時間就是金錢，這個效率就差很多。」

想做到自主發射，不只技術要到位，更要有場地。目前旭海發射場是屬於科研性質，其腹地小僅0.9公頃，較合適大學火箭團隊短期小規模發射探空火箭，不適合作為更大量級運載火箭發射場。

去年5月《太空發展法》立院三讀通過後，科技部也啟動「國家級發射場域」場址勘查。吳宗信表示，相關評估作業已經展開，選址可能位在台東或屏東；科技部5月也曾表示有4地點正在勘查中。國家太空中心副主任余憲政表示，未來國家發射場域的設置，會由一委員會來做審理，評估各候選地的條件，不過相關法規研擬須先完成，今年也已展開候選場址之資料收集。

「未來如果有公司、火箭公司要做衛星，在台灣可以發射，或者外國的也可以到台灣發射，」吳宗信表示，台灣在火箭發射上具備地理條件上的優勢，由於緯度低，可以借到地球的速度，入軌更加節省能量。

「全世界可以用火箭送衛星大概有12個到13個，但是為什麼韓國叫世界前7強，因為那些有些（酬載）是100、200公斤的；中型火箭、可以送1,000公斤以上的衛星有7個國家，韓國是第7個，所以它變成太空強國中的強國，甚至現在2024要啟動探險探月的計畫，」吳宗信觀察。

他進一步分析，韓國過去引擎技術仰賴俄羅斯而無法自主，後來12年前「很有guts」決定自己做，至今耗資約新台幣450億元，終於達成這項目標。

「自己在本土做出來的衛星載具火箭，可以帶自己的衛星（上太空），這件事情是足水的代誌，足羅曼蒂克的代誌，」吳宗信說。

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太空的世界裡，失敗是再常見不過的事情。5月初因天候不佳、系統故障等原因取消火箭飛試後，ARRC團隊重新將火箭載回新竹的陽明交大博愛校區拆卸，診斷系統故障原因。

《報導者》6月上旬前往新竹的達盛機械工程，記錄ARRC團隊演練過程。記取上次失敗教訓，團隊也趁梅雨鋒面來臨，將箭體移至戶外、做雨淋測試，最後也確認系統正常運作。

ARRC成員、清華大學動力機械工程學系碩士生陳佐任是發射任務的副指揮官，他回顧5月初時，團隊成員面對不佳天候，在現場其實並沒有太多情緒，都發揮專業，透過預報資料，評估天候狀況及檢測時程，最後決定取消發射。

「我們都了解，測試一定是很多次很多次，每次都學一點學一點這樣子；大家對於失敗是很樂觀地看待，就算是一個人犯了錯，也都不會有負面想法，都把這些經驗學起來下次就不會再犯，繼續再往下一步邁進，」陳佐任說。

除了熱忱外，學術機構要做火箭，仍有現實面壓力，所幸不少貴人都幫了ARRC一把。除了科技部研究經費支持外，ARRC團隊針對HTTP-3A火箭，透過群眾募資方式籌措資金，有超過7,000人響應、募得2,500多萬元。

此外，多家廠商技術支持，更是團隊重要後盾。作為長期支援ARRC的廠商之一，達盛除了出借廠房空間外，這次也協助發射塔的設計，並出動5名人力至現場，協助架台組裝及箭體吊掛。

達盛總經理何義爐分享，會如此力挺ARRC，便是希望支持台灣產業，「沒有這個（火箭技術），是缺一大塊，我們希望說能夠為國家做一點事情，我們也願意這樣配合。」

包含陳佐任在內，ARRC許多成員的火箭夢在國高中時期就開始萌芽，現階段也持續追夢。他分享，團隊做了很多測試、關鍵技術研發，在在希望證明可行性，期待往後台灣社會、政府、民間有更多力量，一起完成目標。

台灣的太空夢看似遙遠，但這群逐夢者不怕失敗的熱忱和決心，早已跨出最重要的那一小步。