国立阳明交通大学前瞻火箭研究中心

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国立阳明交通大学前瞻火箭研究中心
Advanced Rocket Research Center
机构概要
缩写ARRC
成立2012年6月，​11年前​（2012-06）
类型航太机构
管辖国立阳明交通大学工学院
国家太空中心
总部 中华民国（台湾）
 新竹市东区大学路1001号
国立阳明交通大学光复校区工程五馆
格言翻转今日的平凡，创造明日的非凡
Our dream Your future
创立者
吴宗信（借调国家太空中心主任）
主任陈宗麟
副主任魏世昕
主要发射场旭海科研火箭发射场
所有者国立阳明交通大学
网站arrc.tw

国立阳明交通大学前瞻火箭研究中心（英语：Advanced Rocket Research Center，缩写为ARRC）由私人与企业捐款，于2012年在国立交通大学成立的探空火箭研究学术机构，成立宗旨意在促进台湾太空科技的发展，由台湾自主研发、制造的运载火箭，并达成运送卫星或其他科学酬载的次轨道太空飞行目标以及未来航太的能力。

简介[编辑]

国立阳明交通大学“前瞻火箭研究中心”由台湾多所大学共同组织，于2012年6月在企业界与私人捐款赞助下设立于国立交通大学，开始主要参与成员包括阳明交通大学机械工程系吴宗信特聘教授、陈宗麟教授、国立成功大学工程科学系何明字教授、屏东科技大学车辆工程系胡惠文教授、台北科技大学电子系林信标教授，还有后来加入的铭传大学资讯管理系余仁朋教授与国立台湾海洋大学商船学系黄俊诚教授。

2021年8月1日起因吴宗信特聘教授借调至国家太空中心担任主任，现由陈宗麟教授担任前瞻火箭研究中心主任，魏世昕教授担任副主任。

实验项目[编辑]

HTTP-3A科研火箭第二节飞行测试

APPL系列[编辑]

APPL系列主要采用固态糖燃料火箭推进器，其火箭分类上英文称Sugar rocket或Rocket candy，是固态火箭的一种，其推进燃料为糖类及氧化剂的混和物。由于有安全与好制作的优点，且符合团队低污染的理念，遂成为ARRC成立前研发初期的第一支实验火箭。

APPL为国立阳明交通大学机械工程学系的“气动热与等离子实验室（Aerothermal & Plasma Physics Laboratory （页面存档备份，存于互联网档案馆））”，成立于2007年，其后在吴宗信教授的带领下开始研发制造小型火箭，并以实验室名称命名。ARRC于2012年正式成立后，APPL系列火箭遂用于测试大型火箭的各种次系统以便将该系统用于HTTP系列混合式探空火箭[1]。

  • APPL-0 alpha，2008年6月22日，于新竹香山湿地举行ARRC第一次火箭试射试验，火箭顺利升空，但由于飞行力道过大，火箭鼻锥于空中解体，导致降落伞意外被拉出，使箭体返回地面时降落伞有顺利开启[2]。
  • APPL-0 beta，2008年6月22日，于新竹香山湿地举行ARRC第二次火箭试射试验，点火后火箭于发射架上爆炸解体[3]。
  • APPL-1，又称“APPL-I”，2009年1月18日，于新竹香山湿地举行ARRC第三次火箭试射试验。火箭顺利升空，降落伞半开但仍顺利发挥作用，该次飞行高度约835米[4]。
  • APPL-2，又称“APPL-II”，2009年6月28日，于新竹香山湿地举行ARRC第四次火箭试射试验。APPL-2属双节固态燃料推进器火箭，第一节火箭燃料耗尽并脱节后，第二节火箭顺利点燃，但由于飞行距离过远无法得知最后飞行与回收状况[5]。
  • APPL-3，又称“APPL-III”，2009年9月7日，于彰滨工业区举行ARRC第五次火箭试射试验。由于推进器故障，火箭离开发射架后约1秒即爆炸解体，但爆炸后降落伞仍正常运作[6]。
  • APPL-4，又称“APPL-IV”，2011年1月24日，于新竹香山湿地举行ARRC第七次火箭试射试验。火箭顺利升空，最高飞行高度约为500米，但箭体于返回地面时降落伞未能顺利开启[7][8]。
  • APPL-5 1，又称“APPL-V 1”，2011年3月10日，于新竹香山湿地举行ARRC第八次火箭试射试验。由于推进器故障，火箭离开发射架后约1秒即因推进器烧穿而坠毁[9]。
  • APPL-5 2，又称“APPL-V 2”，2011年3月10日，于新竹香山湿地举行ARRC第九次火箭试射试验。火箭顺利升空，箭体返回地面时火箭顺利分节但降落伞没有完全拉出就降落地面[10]。
  • APPL-6，又称“APPL-VI”，2011年5月9日，于新竹香山湿地举行ARRC第十次火箭试射试验。因火箭与发射架连接的滑动螺丝故障，火箭点火后，未能顺利离开发射架，就在火箭燃料烧尽后于发射架上脱开落地[11][12]。
  • APPL-6 2，又称“APPL-VI 2”，2011年6月24日，于新竹香山湿地举行ARRC第十一次火箭试射试验。火箭顺利升空，但由于火箭的分离箍环(v-band)故障导致火箭无法分节，降落伞未能预期开启。此次试验之主要目的在于测试双节火箭的分离箍环(v-band)运作[13][14]。
  • APPL-mini 1，为协助国家实验研究院国家太空中心主办的2012全国高中职太空科技探索营[15]所研发的小型固态糖燃料火箭，为完全不需电力控制的小型火箭。并于活动的最后一天，2012年7月20日，新竹青青草原举行学生的实作火箭成果发表。该次活动含讲师组共发射了12支APPL-mini 1小火箭，为ARRC第十四次火箭试射试验。讲师组的火箭顺利升空，但由于飞行高度过高，打开降落伞后飘入树林中无法回收[16]。
  • APPL-mini 2，为协助国家实验研究院国家太空中心主办的2013全国高中职太空科技探索营[17]所研发的第二代小型固态糖燃料火箭，为完全不需电力控制的小型火箭。并于活动的最后一天，2013年7月18日，新竹青青草原举行学生的实作火箭成果发表。该次活动含讲师组共发射了11支APPL-mini 2小火箭，为ARRC第十五次火箭试射试验。讲师组的火箭顺利升空，且顺利打开降落伞回收，该火箭内部还放置了手机进行火箭的飞行资料纪录与传输[18]。
  • APPL-Banan 1，2013年9月1日，于新竹香山湿地举行ARRC第十六次火箭试射试验。火箭以3米直径氦气球携带升空，预计要于1公里的高空释放，但由于火箭与氦气球间的连接绳脱落，导致火箭于30米高半空中坠落。此次试验之主要目的在于测试HTTP-2ß的降落伞回收系统与航电通讯系统的即时资料传输显示技术[19]。
  • APPL-7，2013年11月9日，于新竹香山湿地举行ARRC第十七次火箭试射试验。火箭顺利升空后由于回收系统故障，最后直接落地坠毁[20]。
  • APPL-7 II，2013年12月28日，于新竹香山湿地举行ARRC第十八次火箭试射试验。此次火箭采用2小伞1大伞的回收系统设计。火箭顺利升空并于空中依序打开2小伞1大伞后降落回收[21]。
  • APPL-8，2014年1月26日，于新竹香山湿地举行ARRC第十九次火箭试射试验，箭体则沿用APPL-7 II的箭体。火箭顺利升空并安全降落，最高飞行高度接近1公里[22]。
  • APPL-9 α，原称“APPL-9”，为了与因爆炸而新计划发射的“APPL-9 ß”区别，故改名为“APPL-9 α”。2015年1月4日，于新竹香山湿地举行ARRC第二十一次火箭试射试验。APPL-9 α属双节火箭，第一节为固态火箭，燃料主要为糖类及氧化剂的混和物，第二节火箭则为混合式火箭，由一氧化二氮作为液态氧化剂。火箭外壳完全采用3D打印技术制作，并于火箭鼻锥内侧贴上玻璃纤维增加强度[23]。由于第一节火箭的固态推进器故障，火箭点火时即爆炸解体，爆炸后第二节火箭点火，并水平前进数米，三张降落伞均于第二节火箭推进期间弹出。此次试验之主要目的在于测试双节火箭与航空电脑设备的运作[24]。
  • APPL-9 ß，2015年4月18日，于新竹香山湿地举行ARRC第二十二次火箭试射试验[25]。由于2015年1月4日APPL-9 alpha双节火箭的爆炸，ARRC计划于2015年4月，在改进APPL-9 alpha的缺陷后，再次进行双节火箭的试验。本次火箭外壳主要沿袭APPL-9 α采用PLA塑胶之3D打印技术制作，亦使用研究中心自制的玻璃纤维外壳[24][26][27]。火箭顺利点火升空，但由于火箭分离箍环(v-band)故障导致第一节无法脱离，安全考量下第二节亦未点火。经查证为火箭的两颗爆炸螺栓未能正常运作所引起。火箭开始下坠后，降落伞均顺利弹射并开启，成功让火箭缓速落下[28]。
  • APPL-9 C，2016年1月31日，于新竹香山湿地举行ARRC第二十三次火箭试射试验。由于2015年1月4日APPL-9 alpha双节火箭的爆炸以及2015年4月18日APPL-9 beta的分节失败，ARRC再次以与先前相近的配置制作双节小火箭，以测试未来HTTP-3火箭的次系统，包括航电系统稳定性以及分节装置的运作。本次火箭外壳同样使用3D打印技术以及研究中心自制的玻璃纤维外壳制作，第一节为固态火箭，燃料主要为糖类及氧化剂的混和物；第二节则为混合式火箭，由一氧化二氮作为液态氧化剂，并以聚乙烯作为燃料，火箭总重约27公斤[29]。火箭上搭载数台摄影机，包括由赞助厂商提供的360度摄影机，并成功纪录飞行过程画面[30]。火箭顺利点火升空，第一节推进器在燃烧完毕后顺利分节，第二节推进器也成功点火，飞行高度达1100米。两节均搭载降落伞，第一节所配置的降落伞未发挥缓速作用，随后在发射地点不远处着陆；而第二节则依照设定先在高空弹射一张降落伞，抵达较低高度后再弹射另外两张降落伞，顺利达成缓速降落[31]。但因当天风势强劲，火箭着陆位置遥远，最后在当地民众的协助下成功回收[32]。
  • APPL 10，预定于2018年12月1日发射，火箭总长3.2米，直径0.156米，总重30公斤，飞行高度约1公里[33]。APPL 10因分节系统未能生效，分节失败，未能达预定飞行高度[34]。

HTTP系列[编辑]

HTTP系列为采用混合式火箭推进器的探空火箭。HTTP是由四所合作学校所在的县市命名，依次为新竹(Hsinchu)的国立交通大学、台北(Taipei)的台北科技大学、台南(Tainan)的国立成功大学及屏东(Pintung)的屏东科技大学。此外，ARRC主任吴宗信教授亦将HTTP系列探空火箭与网络的超文本传输协定HTTP加以联想，象征该系列火箭的想像空间如互联网一样无远弗届[9]。

  • 目前为三节（第二段结构）设计：
    尖端－酬载系统（立方卫星、科学酬载）。
    第二节－航空飞行系统（飞行电脑、姿态感测器－姿态控制）。
    第三节－推进系统（氮气高压储存槽、双氧水氧化剂储存槽、笑气高压储存槽、推进引擎）。
    （未来计划－第一段：推进系统：其推进力须达80至100公里高之推力能量，费用过高，目前尚无经费可推进）[35]。
  • HTTP-1，2010年9月16日，于屏东东部海岸举行ARRC第六次火箭试射试验也是ARRC第一次混合式火箭试射试验，台湾第一次混合式火箭试射试验。试验内容主要为测试借由氧化剂一氧化二氮气阀的控制以控制推力[36]。
  • HTTP-2 α，原称“HTTP-2”，气阀故障无法发射而新计划发射“HTTP-2 ß”，故改名为“HTTP-2 α”加以区别。2011年9月3日，于屏东东部海岸举行ARRC第十二次火箭试射试验。HTTP-2α属双节火箭，第一节火箭可提供推力，第二节火箭则装载航空电脑及相关设备。第一次发射时，火箭氧化剂气阀卡住，导致火箭无法正常运作，遂延后至隔日发射。翌日，在寻找与排除问题原因后，火箭再次上架准备点火发射。但火箭点火后气阀依旧无法开启，当时曾一度提议手动开启氧化剂气阀，但考虑到潜在风险，HTTP-2α火箭发射最后取消[37]。
  • HTTP-2ß，2013年9月7日，于屏东东部海岸举行ARRC第十六次火箭试射试验。HTTP-2ß属双节火箭，第一节火箭可提供推力，使用混和式火箭推进器；第二节火箭不具推力，仅装载航空电脑及相关设备。试验时出动UAV由空中进行拍摄与监控，并预期使用小艇回收第二节火箭设备。火箭顺利升空，但于2秒后因不明原因地面站即与火箭失去联系。最后借由火箭上独立的定位系统最后传回的定位资料帮助下，ARRC团队仅回收HTTP-2ß的氧化剂储存槽，其他可能皆已坠毁沉入海中[38][39]。
  • HTTP-3S，2014年3月24日于屏东东部海岸举行ARRC第二十次火箭试射试验，由行政院科技部、国家实验研究院国家太空中心与国立阳明交通大学经费支持及国家实验研究院台湾台风洪水研究中心提供气象资料协助下，研制高度安全性的混合式探空火箭，总长度6.35米、直径0.4米、飞行高度超过10公里，是台湾学界研发至今最大型的混合式探空火箭。主要目的除了测试各项重要次系统在高速飞行时的实际性能以外，同时作为原订2014年底双节大型探空火箭之第二节主体性能的详细验证以及发射场安全操作程序演练[40]。
  • HTTP-3A，为目前ARRC正在进行的探空火箭计划（2018年8月-），主要目标在于发展一全混合式燃料双节火箭。2020年4月，ARRC进行该火箭的系留悬浮飞行测试，借此验证系统整合与各开发项目的成熟度[41]。详细开发情形请参考ARRC脸书。2022年7月10日6时12分，于屏东旭海发射场进行HTTP-3A第二节火箭发射试验，该火箭长4.8米，重量365公斤，火箭上部直径50公分、下部直径70公分，预期飞行高度10公里高、490秒（约8分10秒），实际约3公里高、约2分钟[42][43][44]。火箭直径约50公分、长度约8.5米；采取双flare方式，由60公分，缩小至50公分再至40公分。将以垂直发射、双节均采取节流控制与推力向量控制，借此实现姿态控制，预计于2023将飞至80-100公里高空进行激光通讯相关科学实验。

地面测试[编辑]

由于制作完整的火箭需要大量经费及时间，因此在组装成火箭前须先将其中的各次系统分别进行测试，如此可以大幅节省成本，并获得可靠的数据。

引擎地面测试，用以测试推进器各种参数、试验新的构想或验证设计。目前ARRC对于引擎推力的地面测试场地有两处，分别位于新竹县和屏东县。[45] 新竹县的地面测试场地用于小型推进器的试验，这些推进器通常用于APPL系列探空火箭，或是为了更大型的推进器试验做准备。屏东县的地面测试场地则用于测试大型推进器，一些构想在初步模拟或试验后，ARRC会制作大型推进器于屏东县地面测试场地试验，这些推进器往往用于HTTP系列探空火箭。

  • 引擎燃烧测试，测试HTTP系列及APPL系列火箭所使用的火箭推进器运作情形，测试项目包括使用不同引擎设计、燃料或氧化剂时，引擎最大推力、燃烧时间及推进器稳定性等[46]。
  • 引擎推力控制测试，测试混合式火箭推进器的推力控制系统，是从制造探空火箭到制造运载火箭的关键。测试项目还包括如测量液态氧化剂的流量与推进器推力的关系[47]。

于2017年底，ARRC完成混合式火箭引擎推力控制的初步地面测试，证明此类引擎拥有优异的可操控性能[48]，可以用于卫星入轨前的姿态控制及轨道校正，以及ARRC正在开发的四轴混和式火箭引擎滞空升降平台(英语: Quad Hybrid Engine Levitating Platform，缩写为4-HELP)[49]。

航空电脑地面测试，航电系统的测试项目以讯号处理及稳定性为主，借由振动测试机台模拟火箭飞行时可能的环境[50]，以及使用真空舱模拟高空与太空中的低气压环境[51]，确保航电系统能够在恶劣环境下正常运作。

通讯系统地面测试，主要测试项目包括系统稳定度及通讯距离等，因为实验室中较不易模拟远距通讯的情况，所以需进行长距离地面通讯测试；为避免建筑物或地形遮蔽，通常要将测试站点设置于山上和地面。ARRC曾经将航电及通讯系统和相关设备载到台南市关子岭及附近的平地，甚至将通讯设备分别架设于澎湖县及台湾本岛的山上，以测试有效的通讯范围[52]。

其他设备地面测试，火箭上有许多设备，为确保各设备均能达到预期效果，ARRC会模拟火箭飞行过程中可能遭遇的情况，针对个别设备的不同动作进行试验。例如:降落伞弹射[53]、降落伞开启[54]、点火器[55]等。

合作计划[编辑]

募资计划，2014年，ARRC与贝壳放大团队合作，建立募资平台，并于2015年2月正式开始募款。[56]

其他合作，2016年8月，乐团五月天歌曲《顽固》的MV即以此计划为蓝本拍摄[57]。

晋升太空科技公司与退出，ARRC团队的吴宗信教授于2016年从交通大学办理借调，创办了晋升太空科技股份有限公司，同时担任CEO。负责技术团队、公司英文名、Logo，并规划设计与执行所有基础建设。2019年底晋升太空科技公司爆出违法使用原住民保留地争议，对此吴宗信透过ARRC在脸书粉丝专页澄清，表示他在2018年中便因坚持“诚信务实”等理念不同以致离开公司回到交大而毫无关系，同时还指出ARRC与晋升更无关联，希望各方勿有所混淆。[58]

相关条目[编辑]

参考[编辑]

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  2. ^ 20080622 APPL-0 alpha （页面存档备份，存于互联网档案馆） 2015-02-23
  3. ^ 20080622 APPL-0 beta （页面存档备份，存于互联网档案馆） 2015-02-23
  4. ^ 20090118 APPL-I Rocket test 2015-02-23
  5. ^ 20090628 APPL-II Rocket test 2015-02-23
  6. ^ 20090907 APPL-III Rocket test (降落伞很成功~) （页面存档备份，存于互联网档案馆） 2015-02-23
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  8. ^ 蔗糖当燃料 飞行500米 降落伞却没开 交大机械所 火箭试射半成功 （页面存档备份，存于互联网档案馆） 2015-02-23
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  17. ^ 2013年全国高中职太空科技探索营 （页面存档备份，存于互联网档案馆） 2015-03-01
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  23. ^ 这次APPL-9将采用全3D打印外壳 Archive.is的存档，存档日期2015-02-23 2015-02-23
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外部链接[编辑]

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