台灣太空夢:從《下町火箭》與前瞻火箭研究中心談起

台灣太空夢:從《下町火箭》與前瞻火箭研究中心談起
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ARRC聯合了國內廠商,打造出國際上動輒報價數千萬的大型五軸碳纖維自動纏繞機(專門製造火箭、飛彈外殼),已經跨出成功的整合步伐。

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導言:從下町火箭到台灣太空夢

近年來,台灣似乎被鎖入一種「悶」的環境中——經濟轉型停滯,產業升級遭到忽視,薪水倒退十幾年前水準,房價在內的物價更是漲到天怒人怨;年輕人似乎無法擁有夢想。人們開始滿足於「小確幸」。

3月15日,總統當選人蔡英文拜訪中山科學研究院,進行其國防產業之旅。她除強調其五大創新研發計畫的重要性外,再次表示以軍民合作模式,投資國防產業,帶動產業升級之決心。蔡英文致詞時特別提到去年爆紅日劇《下町火箭》(下町ロケット),劇情描述日本中小型製造工廠,利用航太和醫療產品開發機會,不斷精進技術,度過一次又一次的經營危機;由阿部寬飾演的主角歷經失敗,卻始終堅持夢想追求。連日本首相安倍晉三都曾公開推薦該劇所揭示之精神。

其實,副總統當選人,2007年擔任國家科學委員會主委陳建仁在立法院備詢時就曾經表示,希望在2010年能夠成功以自製的衛星發射載具發射衛星。但這幾年來,看著南韓與俄羅斯技術合作的羅老號(Naro-1)火箭,在歷經兩次失敗後,2013年終於成功升空,並將編號STSAT-2C的衛星送上軌道。台灣在衛星研究上,雖有諸多進展,但發射載具計劃卻仍然只聞樓梯響。

日本早在1970年便以Lambda-4S火箭成為全世界第四個發射衛星發射載具的國家,圖為其展示品|Photo Credit:  Momotarou2012 CC By SA 3.0
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日本早在1970年便以Lambda-4S火箭成為全世界第四個發射衛星發射載具的國家,圖為其展示品

看似遠在天邊的夢想,其實並非遙不可及。火箭研發的背後,牽涉範圍有多廣?在台灣太空夢(上)中,筆者將藉由國立交通大學前瞻火箭研究中心(ARRC),討論發展太空與產業轉型的關聯。

ARRC與台灣科技技術

台灣曾經擁有政府主導的發射載具計畫——隸屬於國科會(現科技部)之國家太空中心原本預定於2012年發射衛星發射載具,可惜該計畫卻在2008年宣告終止。

曾參與計畫的幾位教授在失望之餘,聯合國內多所大學腦力資源,於2012年在國立交通大學成立前瞻火箭研究中心。ARRC有享譽國際的研究學者,也有在學學生,他們懷著使用台灣研發製造的發射載具,將衛星送上軌道之願景,在有限資源下,一次又一次地達成許多階段性成果。ARRC相關成員按部就班地完成二十幾次階段實驗。他們預計在今年夏天進行代號HTTP-3火箭的試射,希望達到100公里的卡門線(Kármán line)飛行高度。

ARRC前瞻火箭旗幟|Photo Credit: ARRC CC By SA 2.0
Photo Credit: ARRC CC By SA 2.0
ARRC前瞻火箭旗幟

火箭共有三種主要推進器分類:固態燃料、液態燃料、混合燃料。HTTP-3為一混合式燃料火箭,在許多比較項目上具有折衷優勢(如下表所示),最重要的安全性是所有系統中最高者,也是現今諸多學術單位研發火箭之主要對象。另外,因為混合式燃料火箭研發起步得較晚,技術尚未完全成熟,也讓ARRC擁有研發上相對領先地位。

各式火箭推進系統比較

過去幾年,前瞻火箭研究中心憑藉著極為有限的研究經費,創造出許多傲人階段性成果。舉例而言,火箭推進系統是決定能否順利升空的一大重點,其中比衝(Specific impulse),是衡量推進系統效能的指標。ARRC目前火箭的比衝可達到280秒,已滿足混合式燃料火箭升空所需條件。這個成果和國際上許多民間太空公司的技術相去不遠,但ARRC成本只需要他們的二十分之一,甚至三十分之一。非常具有競爭力。

除此效能之外,包含酬載系統、航電、通訊、推進、火箭脫節系統等等,各式火箭發射需要的系統與料件,台灣廠商都擁有相關類似技術。問題在於馬桶工廠不知道耐熱陶瓷技術具有太空隔熱水準;鐵工廠不曉得自己可以作出足以上太空的高空砲管。由上述可知,國內缺乏具有領導性的政府單位來統合產學界資源,讓台灣空有人才與技術,卻一直停留在較低階的代工循環,無法更上一層樓。而ARRC就聯合了國內廠商,打造出國際上動輒報價數千萬的大型五軸碳纖維自動纏繞機(專門製造火箭、飛彈外殼),已經跨出成功的整合步伐。

太空工業與經濟轉型

太空科技是現代產業的火車頭。舉例而言,火箭的壓力容器即可帶領材料與能源工業,降落傘回收系統有助於應用物理與導航領域的發展,而發射架系統則和國防產業以及建築業有密切關連。航太科技影響的範圍非常廣泛,更別提對國家安全之助益,包含最近很夯的燃料電池、3D列印、太陽能板等等,其實都可追溯回美國1960年代的阿波羅計畫(Apollo Program)。近年來,許多國外民間企業紛紛投入航太產業,他們看重的即是該產業之附加價值。

人類首度登陸月球成功的阿波羅11號(Apollo 11)發射,由農神5號(Saturn V)火箭搭載|Photo Credit: NASA Public Domain
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人類首度登陸月球成功的阿波羅11號(Apollo 11)發射,由農神5號(Saturn V)火箭搭載

台灣向來以高科技聞名,但我們高中低層錯離過大——空有高階技術與人才,卻無法帶領產業開創更大格局。台灣主流的代工模式利潤微薄,導致業者專注於壓低生產成本。台灣有多家高科技公司是所謂「蘋果概念股」,每當蘋果公司(Apple Inc.)有新產品發表時,股市新聞便被大書特書。但追根究底才發現,蘋果每售出一項產品後,可獲得超過40%到70%不等的毛利,但台灣科技代工大廠僅能獲得5%以下的微利,肥肉都是別人在賺。

在代工模式下,台灣不僅沒有掌握到太多關鍵技術,更是缺乏整合上中下游的能力,訂單被掌握在國外廠商手裡。一但他們決定轉移代工基地,我國經濟便將受到直接重創。每到選舉,「產業轉型」便是各方陣營高舉的大旗。但幾十年來這個口號喊得震天響,成果卻極為有限。而今航太科技有潛力成為扭轉台灣「停滯」、「悶經濟」的關鍵。

整體來說,若台灣決心發展完整的太空科技,應調整現有組織與層級規畫,畢竟公部門仍較適合扮演主導角色。台灣應好好把握此次機會,團結台灣、推產業升級一把,不應再讓這次轉型大好機會功敗垂成。

責任編輯:翁世航
核稿編輯:林佳賢

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