吳大猷科普獎》直擊ARRC「前瞻火箭研究中心」,夢想與熱血當燃料,一起離開地球吧!

(前瞻火箭研究中心提供)

華文世界最重要的科普獎項「吳大猷科學普及著作獎」,今年舉行第9屆。評選結果揭曉之際,Openbook閱讀誌特與吳大猷基金會合作推出科普專題。專題中除向讀者介紹近年不可錯過的得獎好書,我們還訪問了兩位青少年科普特別推薦獎的得主,從熱血的火箭發射到深邃的人體課,展現科學奇幻的抱負與人文思考。此外更有兩位重量級學者撰文,從數學普及的出版到美國社會學的開端,省思國內外科普的發展,精彩可期,將陸續推出,請勿錯過。

 

「5、4、3、2、1,發射!」

眾人緊張仰望,倒數聲中點燃引擎,夾著火光的濃煙四起,火箭離開發射架,自團團白煙中射出,往天際飛去……

這是許多太空電影中常見的畫面,火箭彷彿是大家再熟悉不過的東西,但因為製作的難度太高,又顯得遙不可及,更別說發展火箭技術,根本是歐美強國的專利。

你可能不知道,在台灣就有一個研發火箭製造的團隊,他們不僅成功試射了小火箭,同時正積極投入更遠大的計劃——發射混合式火箭至超過100公里的高空。

《科學築夢大現場1:一起離開地球上太空!ARRC自製火箭》記錄了這個太空夢背後的故事,於今(2018)年榮獲第九屆吳大猷青少年科普著作特別推薦獎。Openbook邀請到本書作者之一,「前瞻火箭研究中心」研究生魏世昕,帶領讀者直擊台灣自製火箭的重要基地。

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吳大猷青少年科普著作特別推薦獎作品《科學築夢大現場1:一起離開地球上太空!ARRC自製火箭》以漫畫、插圖與照片的方式,介紹天文的科學知識,並帶讀者認識台灣自製火箭團隊ARRC(親子天下提供)

ARRC:集結6所學校的火箭研發團隊

2012年6月,前瞻火箭研究中心ARRC(Advanced Rocket Research Center)由交大教授吳宗信創立,成員包括交通大學、屏東科技大學、成功大學、台北科技大學、海洋大學及銘傳大學的教授及他們帶領的學生。

這個由台灣6所大學、不同科系師生組成的團隊,是台灣第一個自製火箭的學術單位。他們各司其職,從無到有,從研發、設計、系統整合,親自做出一枚枚made in Taiwan的火箭,歷年來已成功試射十餘次。

可稱得上是團隊元老的魏世昕,大學時期選修了吳宗信開設的火箭實作課程。他坦言,當初師生對火箭都還不甚了解,只是藉由課程互相學習,怎麼也沒想到,這條航太路一踏上就走了10年。

募資計畫無期限 太空夢永不止息

自成立以來,ARRC藉由火箭飛行測試活動、航太展、臉書粉絲專頁等管道進行推廣,如今透過群眾募資計畫,一方面籌措經費,一方面也是為了讓更多人知道:台灣,擁有自製火箭的專業能力,太空夢不會只是一場夢。

ARRC的前進宇宙募資計畫影片,目前集資進度已達到79%

ARRC的終極目標是研發衛星載具,募資計劃是一個重要的里程碑:發射超過100公里的混合式火箭。

以燃料種類區分,可將火箭分為三類:固態燃料火箭、液態燃料火箭、混合式火箭。目前固態及液態式火箭發展已相當成熟,混合式火箭則是近期熱門的研發方向,雖有相當潛力可降低火箭發射成本,但仍有許多技術上的困難有待克服,現階段國際尚無團隊能夠發射超過100公里的火箭。

ARRC主要發展兩種火箭,分別是APPL火箭及HTTP火箭。APPL火箭是小型的固態燃料火箭;HTTP火箭則是混合式燃料火箭,也是團隊主力發展的火箭類型。

這是一個無限期的募資計畫,如果ARRC成功發射超過100公里的火箭,也代表這將是台灣追上世界的重要一步,才有機會讓過去台灣以代工為主的產業形態轉變,用自製火箭證明,我們夠格擁有自己的品牌與未來。

直擊!ARRC前瞻火箭研究中心

這樣一個擁有高端技術的團隊,孕育他們夢想的基地會是什麼樣子?

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(前瞻火箭研究中心提供)

前往前瞻火箭研究中心的路上,魏世昕聊起最感動他的電影《十月的天空》。故事講述一群懷有太空夢的少年,在資源匱乏的環境下一次又一次地努力,最終成功製造出火箭。

我不斷想像待會將進入一座氣派大樓,需通過森嚴門禁才能進入核心研發處,由高科技儀器組裝火箭各部零件,團隊成員正埋首於整列電腦進行精密計算,氣氛緊張且肅穆……

意外的是,眼前出現的是一棟相當平凡的建築,入口牆上貼滿ARRC歷代火箭的照片,無需門禁卡或指紋辨識,我們便隨著魏世昕進入火箭研究中心。

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ARRC歷代火箭發射前紀錄照(前瞻火箭研究中心提供)

類似教室的空間裡,一枚細長的火箭矗立眼前,我們非常幸運,碰巧遇上團隊正在組裝APPL火箭。過程並沒有如電影那般浮誇,而是由幾位同學徒手一步步組裝,完成瞬間還發出一陣小小的歡呼。

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團隊成員正徒手組裝APPL 10火箭

團隊成員陳俊霖說,以往的火箭製造方式為一體成型,若內部零件出現問題便非常麻煩。如今的APPL 10經過改良設計,先製作好各部位再進行組裝,模組化能夠讓置換部位零件更加方便。此外,這支預計9月發射的火箭,是由團隊成員帶領大學部同學共同完成,別具技術傳承的意義。

從生活裡孵出火箭!這就是maker!

前瞻火箭研究中心的一處,擺著烤盤、鍋鏟和幾個碗,這可不是大夥挑燈夜戰煮宵夜的器具,而是製作火箭燃料的好幫手。

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火箭燃料就從這堆鍋碗瓢盆中「炒」出來

固態火箭的燃料相當特別,是由蔗糖粉末、硝酸鉀和氧化鐵製成,經過加熱融熔之後,再倒入容器中成為固態燃料。

魏世昕說,當初為了融化燃料,一開始使用隔油加熱法,清理起來卻相當麻煩。後來終於發現,直接用烤盤加熱,方便又快速。他現場直接示範「炒糖」,鍋鏟烤爐並用,讓人很難想像這竟然是製造火箭的一環。魏世昕笑說起初添購這些「廚房用具」時,還讓研究助理十分困惑。

研究火箭需要耗費高額經費,ARRC是學術單位,比起官方單位,經驗和資源都十分有限,更別說有許多東西都得自己「生」出來,例如火箭的回收系統所需的降落傘。

肩負火箭回收大任的降落傘,材料竟然不是由什麼高科技大廠製造,傘布是來自永樂市場,傘繩則是在釣具行挖到的寶。

「這就是maker啊~!」魏世昕說,「maker」的意義在於從生活中的常見材料組出可用的東西,因為對學生而言,能想得到的材料,都是十分生活化的物品,「我們都是手工,沒辦法太精美。」

一開始,團隊到手工藝品店找尋適合製作傘布及傘繩的材料,但都不夠強韌,最後輾轉到永樂市場,才發現材質輕、強度好的尼龍布;在釣具行找到專釣大魚的魚線,才成功做出適合的降落傘。

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《科學築夢大現場1:一起離開地球上太空!ARRC自製火箭》作者之一的魏世昕展示自製的降落傘

事情還沒完。魏世昕說,起初是交給外頭的裁縫店縫製,但因後來改良設計,覺得與裁縫店一來一往溝通太耗時間,團隊乾脆買台裁縫機自己縫,「這就是maker啊!」他再次強調。

大家家裡急救箱可能都有一罐雙氧水,受傷時有消毒之效。前瞻火箭研究中心門口也擺著好幾桶雙氧水,但這可是重要的燃料成分。

作為燃料的雙氧水,濃度須達90%以上,但市售雙氧水的濃度最高僅有70%,怎麼辦呢?陳俊霖說,買回市售雙氧水後,團隊再自行提煉至90%以上。高濃度的雙氧水在能量釋放過程中會創造蒸汽和氧氣,形成巨大的推力。

「火箭沒那麼遙不可及,其中有很多東西都很生活化。」陳俊霖說。

有時候,一個夢想就足以劃亮整片天空

從規劃、設計,直到完成一枚火箭,準備時間至少耗費4到5個月。還沒有3D列印機的年代,加工製作更是繁瑣。更別說一旦發射失敗,還得找出失敗原因、重新測試、確認修改方案、重新組裝火箭,再一次發射,過程中的勞心勞力,絕非外人能想像。

「有一顆不放棄的心很重要。」魏世昕說得簡單,但除了對於火箭的熱情之外,他們究竟希望藉由升空的火箭告訴大家什麼?

ARRC的努力不懈,已逐漸證實自己擁有製造火箭的能力,陳俊霖說,大力推廣團隊故事,無非是希望大眾對於台灣的科技有信心,並且吸引更多人投入研究,進而改變社會氛圍。

「多數人對於沒做過的東西,連想都不敢想,就像火箭。」團隊成員之一賴冠融說,「希望讓自己有信心的存在,更多人敢去想、敢去玩。」

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團隊自製的祈福牌

最後我問,火箭發射之前會拜拜嗎?在場所有人瞬間愣住,彷彿從沒想過這問題,接著才說,會自製「發射御守」掛在火箭上,祈求順利升空。

他們拿出一大串「重量級」御守,這下換我們愣住了,厚鐵片上頭用簽字筆寫著「發射御守」,maker精神貫徹始終。突然很能明白,火箭電影不計其數,為何魏世昕特別鍾愛《十月的天空》,那好像也是ARRC的故事,不被看好、資源不豐,但他們仍用自己的專業與熱血劃亮整片天空,讓更多人敢作更大的夢。

同場加映:科學家的實驗室實況

難得有與科學家聊天的機會,我們一一細數看過的太空相關電影,請教魏世昕其中真實成分有多少。他說,電影都經過美化,「《關鍵少數》裡有個常常被叫去計算軌道的研究員,其實我們比較像那樣。」

電影的壯觀場面雖能震撼許多人,但對科學家來說,創造歷史背後的辛苦,才是更真實的日常。

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凱薩琳.強森(左,取自wiki),電影《關鍵少數》中由Taraji P. Henson飾演(擷自YouTube

參觀前瞻火箭研究中心之前,我們與魏世昕約在交大工程五館的309實驗室,openbook也沒有放過這個機會,同場加映科學家的實驗室,就像一場熱血電影後的彩蛋。

打開309實驗室的門,幾位同學正埋首於電腦前,入口雖放了些物品,最引人注目的仍是一枚紅白相間的火箭。

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置於實驗室入口的火箭

火箭筒身上用LED排列出型號「APPL 8」,這也是ARRC成功發射的一次紀念。

魏世昕說,火箭發射日的前一周,是成員挑燈夜戰的高峰期。實驗室一角放著衣物及泡麵,或許就是能安心熬夜(?)的備品之一,也在艱深的專業書籍中,營造出強烈的生活感。

309實驗室與一般研究室並無太大不同,但仔細一看,火箭無所不在。

無論是桌前或櫃子上,幾乎隨時可見各色小型火箭模型,還有自製的火箭存錢筒,這都是用實驗室窗邊的3D列印機製作的成品,十分可愛,如果能作為紀念品販售,想來也會大受歡迎。

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實驗室中無所不在的小火箭(到臉書分享本文,可以抽這個火箭模型喔!)

由於火箭的外殻是玻璃纖維,加工、製作都相當困難,有了3D列印機後,便簡化了許多程序。

在電腦與許多材料(如銅線)之間,我們意外發現有位同學的座位擺著卡娜赫拉的兔兔(Usagi)及P助(Pisuke)布偶,成為最少女心的一角。或許這也不奇怪,倘若沒有一點點幻想的浪漫,又怎麼扛得起遠大的航太夢?

▇3D列印小火箭模型抽獎活動

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即日起(8/10)至下週三(8/15)中午12:00前,於臉書本篇報導貼文上按讚及分享文章(前往該貼文:按我),可抽3D列印的小火箭模型哦!我們會抽出三名幸運的讀者,並於週四下午17:00前公布得獎名單。


shu_feng__15.jpg科學築夢大現場1:一起離開地球上太空!ARRC自製火箭
作者:劉珈均、魏世昕、ARRC前瞻火箭研究中心  
繪者: 好面(漫畫)、RE-Lab(資訊圖表)、陳宛昀(繪圖)
出版:親子天下
定價:420元【內容簡介➤

作者簡介:劉珈均
畢業於政治大學傳播學程,嚮往上山下海跑新聞。因緣際會跟訪ARRC團隊後,就不想離開科學新聞了。生活總是在熬夜,不是趕稿就是在屋頂看星星,一邊想像是否有外星人也朝著地球方向看過來。

魏世昕
沒日沒夜小瘋狂,前瞻火箭研究中心研究生—魏世昕。從小喜歡動手做,可惜沒環境,對飛機、火箭從小就有很大的興趣。因為沒考上成大航太,陰錯陽差來到了交大土木,後來轉系,運氣又很好地搭上了吳宗信教授想製作火箭的順風車,從此踏上了不歸路。至今研發火箭已將近9 年,人生的1/3 都在做火箭,看過無數次的失敗和少數的成功。雖然很累,但是他仍認為,「能夠做自己有興趣的事真的很幸運」。

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