2025年6月5日
入軌火箭研發之規劃與挑戰
張浩基 處長 (國家太空中心太空運輸系統研發處)
臺灣太空夢的躍進：國家太空中心擘劃未來
臺灣的太空發展之路，始於比韓國更早的啟程。當年，我們與韓國同赴TRW接受技術訓練，埋下太空種子的開端。然而，後來的發展道路卻截然不同。當韓國在法國的指導下，重新設計並快速推進其太空計畫時，臺灣也默默耕耘，逐步走出自己的道路。
國家太空中心，這個肩負著國家太空計畫重任的機構，不僅要執行、研發、技術轉移，更要推動產業技術的升級與輔導。為了實現太空夢，與國際接軌、培養頂尖人才，是我們持續努力的方向。在《太空發展法》的規範下，每一次的發射都經過嚴謹審查，確保太空活動的合規性與安全性。人才，正是這一切計畫能否成功的核心。
從NSPO到國家太空中心：新篇章的開啟
過去被稱為「NSPO」的國家太空組織，在2023年正式轉型為行政法人「國家太空中心」，並於同年1月1日啟動新的太空計畫。這不僅是名稱上的改變，更是臺灣太空發展邁向更專業、更具自主性新篇章的里程碑。
回顧過去的衛星計畫，從福衛一號使用TRW的衛星本體，到福衛二號實現完全自主製造，這中間法國提供了詳盡的技術文件與指導，為我們後續的衛星開發奠定了堅實基礎。福衛五號延續了二號的構型，證明了我們的自主製造能力。與美國NOAA合作的福衛三號和七號，拓展了國際合作的範疇，即使原計畫與七號一同發射的獵風者衛星，最終也因美方調整而單獨發射，但都體現了臺灣在太空領域的積極參與。近期，福衛八號已通過多項關鍵測試，即將赴美發射；福衛九號也正進行技術審查。
火箭計畫：入軌火箭研發重新啟動的契機與做法
除新的衛星計畫之外，攸關台灣太空計畫完整自主性的入軌火箭計畫也隨「國家太空中心」轉型為行政法人的同一時間啟動。台灣過去曾在1990年、2006年以及2016年三度嘗試啟動入軌火箭研發，但三度都在國外壓力之下嘎然而止，據悉計畫與國內軍事單位合作應是主因，也造成此項重大航太技術受挫30餘年。因此TASA此次重啟入軌火箭研發的這項太空計畫完整自主能力最後一塊拼圖，策略上就須降低計畫軍事色彩、避免重蹈覆轍，同時避免在國家局勢緊張之際佔用國防研發資源。
推進技術：入軌火箭推進技術的選擇
建立國家太空計畫完整自主能力的最終目標就是太空中心火箭要能將自製衛星送入軌道。考量固體推進燃時不長，會增加火箭節數與構型複雜度、也限制了火箭運載能力運送中心自製衛星的要求，因此入軌火箭計畫所使用的推進技術經評估後決定採用常見的液氧煤油引擎技術，除未來有空間在相同的技術下提升火箭運載能力外、液態引擎氧化劑Non-Storable的特性也降低了計畫與軍事相關性。另外，引擎的研發也必須有支援設備跟測試場地建置資源與成本，單純選用液態引擎而非其他複合推進構型也避免使用其他推進方式所需額外投資。
南北佈局：打造火箭研發與測試基地
在火箭研發方面，國家太空中心採取了明確的南北分工策略。北部的新竹主要專注於衛星相關的研發，並與工研院緊密合作。然而，未來的火箭重心將集中在南部，包括台南沙崙、永康及屏東九棚、旭海等地，這裡將匯聚所有火箭相關的設施、研發人員，甚至未來可能形成的產業鏈。
我們正在積極佈建所需的硬體設施：
- 台南實驗室：已設立在沙崙高鐵站旁的交通大學奇美樓。
- 永康臨時組裝廠：預計2025年完工，大部分設備已到位，將用於測試設備製造，特別是複合材料壓力設備和導航轉台。
- 彰濱測試場：同樣預計2025年啟用，將用於混合與液態引擎測試，其5公尺高、50公分厚的防護牆，彰顯了安全至上的原則。
- 台南火箭整合測試廠：預計2029年在台南辦公室附近8公頃的台糖租地上建成，將運用於日後次系統與火箭靜態整合測試、廠內並無規劃火工或引擎地面測試場域，目前整體公建計畫已經通過審查。
- 國家發射場：地點已選定，預計2029年至2031年將開始次軌道飛行測試，主要用於原型驗證。發射場預計在2031年分階段落成，初期不包含衛星整合測試場，預計要到2034年後才有機會進行入軌測試。
研發挑戰與突破：掌握核心技術
在推進火箭研發的過程中，我們面臨著諸多技術挑戰與機會：
- 液態引擎：液態引擎的推力尺寸與效率，直接影響火箭的整體構型。我們傾向於採取較為保守但穩健的開放循環式引擎設計，並期望透過再生式冷卻等先進製造技術，提升引擎性能。
- 引擎測試：小型液態引擎將先在旭海進行水平測試，但為了模擬真實發射狀態，最終仍需建立大型垂直測試場，其選址是當前一大挑戰。
- 輕量化結構：與國內廠商合作研發複合材料輕量化技術是關鍵。我們已購置相關製造設備，並與國家實驗研究院太空中心共享測試設備。未來，在沙崙整合測試場將建設高達30公尺的垂直測試高塔，以進行整箭的模態測試。
- 飛行控制導引導航：火箭長度極長、會帶來撓性體控制問題與燃料晃動（slosh）效應的挑戰。面對複雜的橫向風場與剪切風，我們必須透過飛行測試來驗證控制系統的穩健性。導航系統方面，如何精準掌握加速規在不同G值環境下的誤差，也是技術攻堅的重點。
- 國際合作與規範：火箭飛離臺灣需要與國際通告，協調飛行路徑與落區（包括臨空與臨海），處理涉及領空、專屬經濟海域等敏感的地緣政治問題。九鵬測試場的射界也有陸地距離的規範，類似美國交通部（NTSB）的標準，建議距離陸地15公里以上，以確保安全。
- 系統工程：在有限的經費與時程下，我們採用疊代設計方法，透過複雜的程式模擬液態引擎性能、燃燒效率等參數，以優化火箭構型。
- 產業與人才供應鏈：作為一個相對小型的單位，許多關鍵零組件的研發需要透過策略聯盟與國內廠商合作開發，並將技術在國內紮根。無論是國內還是國外學術界，充足且優質的人才供應鏈，都將是臺灣太空計畫成功的關鍵。
展望未來：南部扎根，太空夢想永續
儘管太空計畫充滿挑戰，時程與風險控管是執行任務的重要考量。國家太空中心將持續在臺灣南部扎根，尤其在火箭研發投入更多努力。臺灣太空夢想穩步前進，我們將持續耕耘，讓臺灣在國際太空舞台佔一席之地。
國內火箭推進技術盤點
郭正山 前所長 (國家中山科學研究院飛彈所)
臺灣化學火箭載具技術：現況、挑戰與未來展望
我再次看到國內在發射載具技術領域的重複性工作感到驚訝，也觀察到臺灣在液體火箭技術方面仍有發展上的空缺。雖然我曾研製過小型液體火箭，但對大型液體火箭研究領域上的經驗並不豐富，但我努力整合了學界前輩們的資料，希望能讓大家了解國內在火箭推進技術的現況與過往成果，提供相關單位作為未來發展的參考方向。
發射載具與探空火箭的本質差異
發射載具與探空火箭之間存在根本性的差異。發射載具的目標是將衛星酬載送入軌道並維持其速度，而探空火箭僅是將酬載送至最高點後自由墜落，無法入軌或保持速度。兩者在設計與性能要求上截然不同。
化學火箭種類與燃料趨勢
目前，發射載具仍以化學火箭為主，大致可分為固體、液體和混合式三類。燃料性能（比衝值 Isp）是關鍵指標，雙組元推進劑(bipropellant)比衝值通常優於單組元(monopropellant)，單組元又優於混合式。值得注意的是，液態氧與石蠟的混合式火箭展現出接近雙組元推進劑的潛力。
進一步介紹了全球發射載具的發展趨勢：
- 大型發射載具：酬載能力超過 50,000 公斤，多數採用液體火箭，如 SpaceX 的 Falcon 9。
- 中型發射載具：類型多元，部分以固體火箭輔助推進，但主要仍為液體火箭。燃料趨勢從液態氧/液態氫或煤油/液態氧，轉向甲烷/液氧 (CH4/LOX)，以實現可重複使用性。中國的朱雀二號便是採用甲烷/液氧燃料的成功案例。
- 小型發射載具：種類更為豐富，許多採用固體火箭作為主推進，上層則使用液體推進。Rocket Lab 的 Electron 火箭（使用煤油/液氧）被特別提及，其小巧高效、高成功率（46 次發射 41 次成功）使其在商業航太市場佔據一席之地。
此外，韓國的 Inno Space 公司積極投入混合式火箭發射載具的開發，並於 2023 年進行了液氧/石蠟燃料的發射測試。
火箭回收與燃料選擇
火箭回收是未來發展的重要趨勢，而甲烷與液氧組合因其具備性能高、更清潔的燃燒產物、更低的維護成本、易於取得且價格便宜等優勢，成為可重複使用火箭的理想燃料。SpaceX 甚至探索了在月球上自產甲烷燃料的可能性，這將是星際探索的一大突破。
臺灣化學火箭技術現況與中科院貢獻
臺灣在化學火箭技術領域並非毫無進展，中科院和學界都有顯著貢獻，尤其在固體火箭方面已相當成熟，並多次成功發射探空火箭。然而，大型液體火箭是國內技術的空缺所在，目前正積極彌補。
中科院在小型液體火箭引擎研發上的突破，包括：
- 克服了燃燒室和噴嘴在高溫下燒蝕的挑戰，透過創新設計和抗高溫氧化塗層製造技術實現了突破。
- 成功研製高空載具所需的姿態控制系統，展現了高反應速度和極小的推力控制精度的能力。
儘管中科院的小型液體火箭技術在數十年前已具備飛行測試水準，但受限於當時衛星酬載多為外購，導致技術應用受阻。
學術界合作與混合火箭發展
學術界在液體火箭領域已有顯著的貢獻，特別是成大袁曉峰老師團隊在綠色推進劑（無需點火器即可自燃）方面的突破，以及成大趙怡欽老師實為國內混合火箭的先驅，已展現豐碩的研究成果。
小型發射載具的潛力與建議
針對小型發射載具，文章提出臺灣應考慮加入其他選擇，如已技術成熟的固體火箭，而非僅侷限於全液體火箭。建議臺灣應借鑒 Rocket Lab Electron 火箭的成功經驗，該火箭避開了傳統渦輪泵的技術難點，轉而採用電動泵，使其在商業運轉上取得巨大成功。
臺灣發展發射載具的三階段規劃：
- 初期階段：採用全固體火箭搭配液體上層，訓練工程師掌握載具設計、測試與製造流程，並同步開發中型液體火箭。
- 中期階段：替換中間級為中型液體火箭。
- 最終階段：實現全液體火箭，滿足任務酬載需求。
在研發分工方面，建議由 TASA (國家太空中心) 主導整合發射載具與衛星系統，學術界和研究中心負責關鍵技術開發，中科院配合關鍵技術和次系統模組開發，而業界則負責零組件製造。
反思與展望
最後引用趙怡欽老師的觀點，強調國家政策的擺盪對航太科技發展、大學研究與人才培育的負面影響，導致臺灣航太產業發展遲緩，人才出現斷層。同時，也借用蘇玉本院士的「外界阻力，內聚群力」來點出成功發展的關鍵挑戰。
Space Propulsion: enabling the future of space exploration and transportation
楊威迦 院士 (美國喬治亞理工學院)
臺灣太空發展的挑戰與契機：一場會前會的深度思索
在火箭論壇前夕，張處長在分享了國家政策方向，讓人們感受到TASA（國家太空中心）在政策、戰略規劃乃至技術層面，都已穩步前行。這意味著，學術界和產業界面臨的首要任務，便是全力支持TASA的成功。至於政策層面是否需要檢討或改進，似乎已是當前的「題外話」。
而郭所長語重心長地引用了趙老師的建言，這些寶貴意見能否上達TASA更高的決策管理層級，將考驗計畫的成敗。然而，無論如何，身處其中，我們都有責任支持太空計畫的成功，這是大家共同的信念。
借鑑他山之石：臺灣與韓國的太空發展對比
提及太空發展，韓國的經驗總是被反覆提及。事實上，韓國的火箭推進計畫直到1993年才啟動，我也參與了當年將韓國介紹給俄羅斯專家的過程。韓國在1995年便積極與全球最大的液體火箭測試中心聯絡，一步步將計畫付諸實踐。短短30年間，韓國已遙遙領先。相較之下，趙老師所指出的「荒廢40年」的臺灣太空發展，確實值得我們深切檢討。
臺灣的「護國神山」與希望之光
那麼，臺灣是否還有希望走出太空發展的康莊大道？中山科學研究院所發展的一系列航太推進投射裝，無論是固體火箭還是吸氣式引擎，甚至小型液體火箭，臺灣在20年前就已達到世界第一流的水平，這證明了臺灣具備在科技上實現任何政策的潛力。
進一步以伊隆·馬斯克（Elon Musk）的SpaceX為例，在2002年成立時，團隊成員大多是30多歲的年輕人，運用1960年代阿波羅計畫的推進技術，卻能取得巨大成功。這說明，太空計畫的成功不僅依賴於技術，更關鍵在於領導力、創新思維和對成本的極致控制。SpaceX透過降低引擎成本，從國際市場千萬美元級的火箭引擎壓至20萬美元，成功建立其太空帝國。
人才、領導力與商業模式的鐵三角
我認為，臺灣太空發展的成功取決於三個核心要素：人才、領導力與商業模式。
- 人才：臺灣最厲害的地方在於其高素質的人力，這是推動火箭發展的重要動力。
- 領導力：我期待張處長能帶領團隊勇往直前。
- 商業模式：TASA必須建立清晰的商業模式，說明資金投入與回報機制。以SpaceX大幅降低火箭發射成本為例，指出將每公斤酬載送入近地軌道的價格從10,000美元降至2,000多美元，甚至更低，這對市場產生巨大影響。建議TASA在長期規劃中，特別是火箭研發，應納入商業模式的考量。
火箭引擎的選擇與創新挑戰
關於火箭引擎的選擇，目前 TASA 傾向選擇開放循環的氣體產生器循環和Pintle引擎。若決策已定，就應全力支持並思考如何確保成功。不過我也提醒大家，Pintle引擎的局限，例如性能相對較差，且放大（Scale up）困難。
若政策允許，應該考慮更有發展潛力的引擎作為開發基線。火箭開發需要嚴謹的時間規劃，如果2034年是臺灣太空計畫的里程碑，那麼火箭推進系統必須在短短四年內，即2029年完成開發。
基礎設施與未來展望
在基礎建設方面，建議將元件層級（如噴嘴）的研發及測試放到學校進行，避免資源分散，並促進人才培育。
總結而言，儘管臺灣太空推進發展有著趙怡欽教授「荒廢40年」的感慨，但憑藉臺灣的人力素質和現有優勢，未來10年仍有機會打一場「翻身仗」。支持TASA的成功， 也希望TASA 能集思廣益，吸收各方建議，精進並開放決策过程，並在領導力、商業模式、和技術創新上不斷突破。全球新創公司的成功案例證明，只要有決心，太空產業就一定能成功。
臺灣學術火箭與國家火箭發展之建言–政策、策略與路徑藍圖
趙怡欽 名譽講座教授
臺灣學術火箭的發展與未來展望：一位資深研究者的建言
葉院士多年前提出「十年白皮書」的構想，如今在擴大納入火箭領域後，終於得以實現。我自1983年從美國歸國便投身臺灣太空科技與火箭研究，分享自已對臺灣學術火箭發展的深刻見解，希望能為臺灣太空科技的未來留下歷史見證。
回顧臺灣火箭發展歷程
臺灣的火箭發展擁有超過50年的歷史，並非近十年、二十年的產物。早在1970年代，臺灣大學與中科院便曾合作進行固態火箭的研發與發射。然而，在1990年代國家太空計畫啟動時，火箭領域卻被排除在外，導致原本規劃於南部歸仁的火箭基地建設停擺。儘管如此，國家仍持續推動探空火箭計畫，由中科院提供火箭與發射，學術界則負責酬載，成功進行了十次發射任務，為臺灣培養了大量的太空科學與儀器人才。這項計畫在臺灣太空科技發展的空白期間扮演了關鍵角色，應設法恢復，以持續培育人才。
個人研究與建言
我主要從事衛星用單基推進器與混合式火箭研究，尤其在2000年後全力轉向太空推進領域，專注於衛星姿態控制與化學火箭。曾參與多項國家級大型計畫，其中包括太空中心的探空火箭與科技部太空產業專案計畫以及太空中心的七年期（實質進行十年）過氧化氫單基推進器計畫。
過去與中科院合作的「固態加力型混合火箭」計畫，原期望能將固態火箭作為第一節，混合式火箭作為第二節，將酬載發射至100公里以上的高空，並利用中科院的發射場地。然而，儘管火箭已完成製作，卻因政策變化未能如期發射。我認為，發射場地的法規限制是臺灣火箭發展的一大阻礙，建議政府應設法修改法規，推動軍民通用發射場地。
過氧化氫的應用與潛在風險
在研究過程中，我成功地將臺灣本土的50%濃度過氧化氫提煉至90%以上，並以此技術開發出衛星姿態控制推進器。過氧化氫在臺灣的應用有很多有趣的故事，特別是在探空八號任務裡面，已經有成功的應用案例了。
然而，提醒大家高濃度過氧化氫的潛在危險。NASA的報告明確顯示，過氧化氫在常壓提煉過程中達到28mol%濃度時就會爆炸，在高壓下更低濃度就容易爆炸，且在太空用過氧化氫是85%以上高濃度，其腐蝕性極強，可能對人體造成嚴重傷害。儘管我已將提煉技術與相關風險資訊告知太空中心，仍曾發生爆炸事故。我認為應深入瞭解高濃度過氧化氫的危險曲線，並採取嚴格的安全措施，並絕對避免使用過氧化氫火箭作為第一節火箭推進劑由地面發射。
未來火箭發展方向與人才培育
建議臺灣在火箭推進劑的選擇上，可以考慮能量釋放與腐蝕性較低的氧化亞氮（N2O），並可作為混合式火箭或液態火箭的推進劑，做為未來過渡到超低溫液態氧火箭發展的墊腳石，適合學術界進行訓練與初步研究。
在人才培育方面，探空火箭計畫是培養火箭與太空人才的最佳且最經濟的方式，應設法恢復。此外，學術界應在以下技術領域深耕：
- 液態氧的超低溫技術：臺灣在這方面的技術相對落後，但對於大型液態火箭的發展至關重要。
- 噴注器(injector)技術：液態火箭各種噴注器與噴注盤設計與製造，是液態火箭燃燒室的關鍵。
- 渦輪泵系統：包含渦輪與壓力泵以及相關氣體產生器與軸承軸封等技術，國內設計與製造仍相當落後。
- 燃燒不穩定性與冷卻技術：大型火箭燃燒室的設計與冷卻技術是關鍵。
- 正規固態火箭技術：學術界應建立正規的固態火箭技術，而非僅限於小型或簡易業餘的火箭。
- 新世代推進技術：例如綠色推進劑與奈米鋁燃料（奈米鋁與水反應）的應用，皆是值得發展的方向。
國家太空計畫的成功，需要領導者長期且堅定的決心，包括持續的經費投入、維持有經驗的團隊、良好的溝通以及精準的判斷力。這不僅僅是技術層面的挑戰，更是國家戰略層面的考量。
ARRC的過去、現在與未來
魏世昕 副主任|助理教授
(國立陽明交通大學前瞻火箭研究中心|機械工程學系太空系統工程研究所)
從學界視角看臺灣火箭發展：ARRC的承先啟後
現任國立陽明交通大學太空工程研究所助理教授，同時為前瞻火箭研究中心副主任，已經在臺灣火箭領域深耕十數載，以「新生代」視角，分享ARRC（前瞻火箭研究中心）從過去、現在到未來的發展歷程。不僅承擔著推動臺灣火箭技術的重任，更致力於人才培育與政策影響，期盼臺灣的太空產業能蓬勃發展。
過去的累積：從糖果火箭到探空試驗
ARRC 的故事始於 2008 年，當時中心尚未成立，研究團隊憑藉熱情，從簡陋的「硝糖火箭」（使用化工行的三梨糖作為燃料）開始。2010 年，我們在屏東旭海成功發射了首次混合式探空火箭，該計畫是跨校合作的典範，串聯了新竹、台北、台南、屏東四地的資源，稱為「HTTP 火箭」。
在超過 20 次的火箭發射經驗中，ARRC 不斷精進技術。2014 年，我們發射了當時全台最大大的混合式探空火箭 HTTP-3S，並為了提升推力控制技術，轉向研發雙氧水推進系統。雙氧水因其類水的性質，在流量控制上相對容易，團隊因此成功進行了懸浮飛行測試，讓火箭能浮在半空中。儘管混合式火箭在推力向量控制（TVC）上面臨材料的嚴峻考驗，燃燒時間難以超過 120 秒，但透過擺動引擎和小引擎集群的方式，我們仍成功進行了懸浮測試，並發展出單引擎懸浮飛行器 HTTP-4。此外，我們也成功試驗了 1300 公斤推力、燃燒 60 秒的液態笑氣混合式推進系統。
近期，ARRC 達成了一項重要的里程碑：成功垂直發射 HTTP-3A S2。這是國內首次透過學術界實現可自主導航及飛行姿態控制的可垂直起飛火箭，無需傳統探空火箭的發射架，具備如同無人機般的起飛能力，也是未來衛星運載火箭所需具備的重要技術。
現在的努力：突破困境與多方推廣
在火箭發展的過程中，ARRC 發現臺灣在發展環境與人才培育方面存在不足。因此，我們積極尋找發展資源、重視人才培育，並主動出擊影響政府政策，以推動產業朝理想方向發展。具體措施包括：
- 公關媒體宣傳： 透過社群媒體（粉絲人數超過 3 萬）、專題節目採訪（40 個以上）及媒體報導（超過 300 篇），提高大眾對臺灣火箭發展的認識。
- 群眾募資： 透過兩次群眾募資籌措經費，並進行發射直播，即便失敗也公開分享。
- 校外人才培育： 首次舉辦火箭競賽，並與 TSU 合作開設火箭設計實作線上課程。自 2021 年起，已招收超過 60 位實習生，其中不乏來自國外的學生。
- 科普教育： 出版兩本科普書籍，舉辦超過 180 場科普演講、25 場公開展覽及 30 場營隊活動。
- 校內課程與實作： 開設兩門火箭設計實作課程，並協助學生團隊發展火箭、車隊及無人機等專案。
這些努力旨在從小學生開始培養對太空的興趣，擴大臺灣在火箭領域的影響力，讓更多人認識到臺灣在火箭科技上的潛力。雖然臺灣在航太人才吸引力上仍不及美國，但 ARRC仍致力於創造更好的環境，例如積極經營社群平台，甚至曾獲時任總統蔡英文轉發發射影片，間接促成由國科會主導的衛星運載火箭計畫。
在科普推廣方面，ARRC除了出版書籍、舉辦營隊，更曾將航太展品搬進百貨公司，打破傳統展覽形式，讓更多民眾能近距離接觸火箭科技。我們也透過暑期實習計畫，吸引校外學生參與研究，建立人脈網絡，並鼓勵學生自行組隊參與競賽或發展火箭系統，形成正向循環。其中，由實習生組成的跨校火箭團隊，目前正積極參與美國的垂直起降火箭競賽。
今年 7 月底，ARRC將協助TASA舉辦首屆臺灣盃火箭競賽，吸引了超過 600 人報名，決賽將分為大專組與中學組。此次競賽借鑒賽車聯賽模式，特別設計了審查機制並開設線上課程與工作坊，旨在確保安全性的同時，鼓勵學生發揮創意，並希望透過企業認養計畫，建立從經費贊助到共享火箭的產業循環，讓臺灣的火箭產業更加蓬勃。去年 8 月，我們成功試射了競賽用火箭，飛行高度達 1 公里並成功回收，創下了首次在旭海發射並成功回收的紀錄。
未來的展望：液態推進與平台共創
ARRC的未來發展藍圖清晰可見，從固態混合式推進系統，逐步邁向液態推進。目前，我們正致力於研發高濃度過氧化氫（HTP）液態推進系統，該技術未來可應用於衛星推進與運載火箭的軌道操作。由於雙氧水系統相對簡單，我們已在去年 8 月成功進行首次點火測試，並持續推進液態推進系統的研發。
在平台火箭方面，ARRC將持續與 TASA 合作，共同發展探空火箭測試平台 SR-400，期許未來能成為一個讓其他學校也能參與的探空火箭計畫。透過與官方、企業及學界的緊密合作，ARRC希望官方能在發射地點與測試上提供協助，企業能推動效率化與規模化，而學界則能深耕技術與人才培育。ARRC的願景是透過多方合作，共同推動臺灣太空產業的發展，讓臺灣在國際太空舞台上佔有一席之地。
Reaching 30 Kilometers: A Student-Built Space Exploration Platform with Raspberry Pi
學生也能DIY的高空載台計畫
劉宗哲 助理教授 (國立屏東大學應用物理系)
臺灣高空科學氣球計畫：培育次軌道太空科學人才的里程碑
將於七月份在屏東大學舉辦的工作坊，該工作坊聚焦於高空科學氣球計畫，旨在培養學生在次軌道太空科學領域的實作能力。這項計畫不僅是大型衛星任務的先導實驗，更提供了一個經濟且靈活的平台，讓不同學科背景的學生都能參與太空科學研究。
高空氣球：次軌道太空科學的理想平台
由於臺灣發展大型衛星計畫面臨諸多挑戰，團隊轉而投入高空氣球的研發與應用。這種氣球主要在海拔20至40公里的近太空（Near Space, NeOS）區域飛行，這個高度介於飛機的飛行上限與衛星軌道之間，擁有獨特的環境優勢，例如：
- 低溫環境： 有助於測試電子元件在極端溫度下的性能。
- 稀薄大氣： 可驗證籌載或元件在中時稀薄大氣時的工作可靠度。
- 快速部署： 相較於衛星發射，氣球升空準備時間短，可靈活應用在各種狀況(例如作為緊急通訊中斷時的臨時基地台)。
- 成本效益： 製造與發射成本遠低於傳統衛星，能讓更多學生與研究團隊參與。
氣球計畫的目標是開發模組化的裝置，讓高中及大學生能依據自身創意，搭載不同模組，例如：
- 雷射通訊模組： 測試高空雷射通訊的可能性。
- 生物樣本模組： 研究生物在高空環境下的生長與分裂情況。
- 元件測試模組： 測試新開發元件在近太空環境下的性能。
高空氣球的多元應用潛力
高空氣球的應用潛力廣泛，除了作為大型衛星的前導實驗，例如驗證雷射通訊技術在稀薄大氣中的可行性，也能在以下領域發揮作用：
- 緊急通訊： 當地面通訊中斷時，氣球可作為空中基地台，提供臨時通訊服務。
- 科學研究： 進行高空大氣研究、宇宙射線觀測等。
- 高空通訊測試： 測試元件在高空極端環境下的通訊效能。
我以自身的南極大型天文氣球計畫(ANITA與PUEO)為例，該計畫總重超過800公斤，可在空中停留一個月，證明高空氣球在大型科學任務中的可行性。同時，Google過去的「Loon計畫」，即是利用高空氣球提供網路服務，顯示了這項技術的潛力。
七月工作坊：實作與理論兼備的學習體驗
屏東大學將於七月舉辦為期五天的高空科學氣球工作坊，課程內容涵蓋：
- 載台設計與組裝：學習太空載台的結構與組裝方式。
- 電源系統設計：瞭解太陽能板與電池的整合與電源管理。
- 衛星通訊原理：學習LoRa在高空傳輸中的應用。
- 地面控制站與天線設計：掌握地面接收站的建置與天線的架設。
- 氣球飛行原理：瞭解氣球升空與飛行中的氣壓、溫度等影響因素。
工作坊將以小組合作的方式進行，每三位學生一組，共同實作一台氣球裝置，並在最後一天進行繫留氣球測試，透過網路分析儀估算通訊距離，讓學生親身體驗高空通訊的挑戰與樂趣。課程也將介紹微控制器、STM32等基礎電子知識，讓非電機電子相關科系的學生也能輕鬆入門。
屏東大學的太空產業願景
這項計畫也與屏東縣政府發展衛星產業的目標緊密結合。未來，屏東大學將建置衛星地面站，與捷克及廣島形成地面站網路，加速衛星資料的接收與分析，為屏東的太空產業發展鋪路，同時也為當地學生提供更多投身太空領域的機會。
高空科學氣球計畫不僅提供了一個實用的科研平台，更重要的是它為臺灣培育了新一代的次軌道太空科學人才，為未來更大型的太空任務奠定基礎。
逢甲大學小型混合型科研火箭研發簡介
逢甲大學火箭團隊
逢甲大學科研火箭團隊：從小型到全尺寸的挑戰與突破
我們是一個由學生為主導的混合型火箭研究隊伍，在過去三年內，在老師們的指導下，成功執行了與太空中心合作的小型科研火箭計畫。
階段性目標與技術發展
計畫最初的目標是開發一枚能達到5至8公里高空的科研火箭。由於學校初期缺乏相關技術，團隊決定從縮小推力規格的火箭開始，進行技術研發。
團隊選擇了混合型火箭，利用氣態或液態氧化劑與固態燃料來產生推進力。在初步規劃中，火箭主要分為酬載、氧化劑、推進、氣動力外型等系統區。第一支縮小推力規格的火箭，其地面測試載台的最大推力達到70.74公斤力，並採用氣態混合器作為氧化劑。
在成功完成第一支火箭 (SHSR-Aero1)的初步技術驗證後，團隊進入了第二階段，目標是達到與計畫目標相符的 全尺寸規格。此階段最大的改變是將氧化劑從氣態混合器改為液態笑氣 (N2O)。最終，團隊成功達到預期的5至8公里飛行高度，符合計畫的最初規格。
全尺寸火箭的設計與測試
基於第一支縮小推力火箭的經驗，團隊設計了第二支放大的推力規格科研火箭，同樣分為四個主要系統區。放大後的氧化劑與燃料區域使火箭全長達到約3.5米。團隊展示了在旭海實際發射的照片。
在氧化劑供應系統方面，雖然基本原理與A1相似，但經過放大與搭配團隊自行加工製造的氧化劑槽，並進行了加固與分析，同時也安裝了更多的安全閥件與控制閥件，以確保測試安全。
控制系統與數據監測
團隊開發了兩套控制系統：
- 地面測試站控制系統：主要用於監測，包括壓力感測器、溫度感測器、閥件控制及安全閥件控制。操作介面採用 LabVIEW，具有簡易直觀的特點。
- 實際火箭發射自動控制介面：主要用於監控火箭上的酬載晶片模組、姿態擷取、陀螺儀等數據參數，以及電控系統模組的電量存量。
在全推力規格火箭引擎的地面測試中，團隊使用液態笑氣作為氧化劑，推力曲線顯示出比 A1 更持久的推力輸出。藍色的氧化劑槽壓力約為 23.3 bar。團隊也透過壓力與溫度感測器進行後續的測試結果分析。
地面測試影片展示了點火過程：先透過雷管點火，隨後開啟閥件，笑氣進入引擎進行混合燃燒，產生推力。
飛行酬載與結構設計
實際裝載在火箭上的飛行酬載由多個功能模組組成，分為四層：
- 電池模組
- MCU IMU模組：搭載GPS
- 控制系統 (Control System)
- 圖傳系統
系統功能關係圖顯示，數據擷取後透過MCU與晶片模組進行封包處理，以便後續分析。
飛行姿態與落點估算
在確保火箭飛行穩定性方面，團隊在發射活動期間會根據現場狀況調整階段參數。儘管因為電動空間需求增加，主管件長度與重量略微增加，導致穩定性略微下降至2.96 cal，但仍保持非常穩定。發射架角度設定為87度，推力數據則來自11月5日的地面測試。
發射當天，風速是一個關鍵變數，從下午四點的每秒5.5公尺北風，到五點增加至每秒9.3公尺。為了避免人員傷亡，發射方向設定為正東方。從四點與五點的計算結果來看，大多數重要參數的數值都相當接近，但火箭位置會受到風勢影響產生較大差異。
預估落點皆位於發射點的東北方。從後續影片觀察，火箭在離開發射架後明顯受風偏離，但最終仍確認落點位於規劃的限制範圍內。
發射活動與組裝過程
報告也展示了發射活動的相關照片，包括控制區域、追蹤天線的設置、撤離區（距離組裝區約100公尺），以及管制區在填充氧化劑後，氣體鋼瓶會撤回到組裝區。此外，還展示了火箭組裝、發射架組裝、控制方面模組組裝、發射前測試，以及成功發射的過程。
淡江大學小型科研火箭研製
淡江大學火箭團隊
淡江大學航太系火箭發射任務經驗分享：聚焦航電系統設計與問題應對
本次分享由淡江大學航太系暨科技實驗室代表，主要闡述了實驗室在與國家太空中心（原國家太空組織，NSPO）合作的三年期計畫中，所進行的火箭發射任務經驗。其中將著重於最後一次火箭發射任務的經驗，因為這集結了三年來所有學習與累積的經驗。
任務核心：解決航電系統挑戰
在長達三年的火箭計畫中，航電系統一直是大學端團隊難以克服的問題，失敗頻率高且遇到問題時不知所措。因此，本次分享的核心在於透過淡江大學航太系自身的經驗，分享其航電系統的設計理念，以及在面對問題時如何應對與解決。由於本次重點放在航電系統，其他系統將會快速帶過。
火箭結構設計與性能
首先介紹火箭的整體設計：
- 鼻錐（Nose Cone）：採用「O」型外觀設計，內部包含降落傘、航電系統及推進器，主要任務是進行被動分配。
- 尾翼（Tail Fin）：採用「T」型設計，經模擬證實，在高速流場下能保持穩定且損壞機率最低。
- 主要部件：由前端的鼻錐連接件（用於連接鼻錐與箭身）、緩震環、保護艙、航電艙以及發動機組成，發動機部分則有上下蓋和中間支架以維持結構穩定。
火箭總重57公斤，穩定度為1.6，重心位於距離底部200公分處。主要設計目標為：穩定度大於1、預計發射高度超過5000公尺、推力比大於3，這些目標皆已達成。
結構材料與製造工藝
在結構部分，各部件的製造細節如下：
- 鼻錐：採用「AD」形狀設計，與廠商合作，將設計圖攤平後由廠商使用碳纖維製作。經測試，鼻錐可承受高達58060公尺的拉伸應力，而實際飛行中最大應力僅為142公尺，極為安全。
- 箭身（Airframe）：與廠商合作，選用T778點碳纖維型號，搭配環氧樹脂，以三次纏繞工法製作，角度為軸向88.99度、周向50度，交疊四層，總厚度2.6奈米。拉伸測試顯示，單層線材可承受5380牛頓的應力，交疊四層後承重能力遠超5380牛頓。
- 尾翼：同樣使用碳纖維線材以三點一線的方式製作，並以1270膠黏於箭身。尾翼至少可承受140牛頓的應力，而模擬飛行時最大應力為82.97牛頓，且應變速度高於工程需求。
- 鼻錐連接件：由於鼻錐設計與製造方式特殊，需額外設計連接件來連接鼻錐與箭身。
- 航電支架（Avionics Mount）：主要目的是固定所有航電儀器，避免晃動。
- 發動機支架（Engine Mount）：包含上下蓋及中間支架，用以維持發動機在飛行中的結構穩定。
推進系統與測試
推進系統的理論參數為：總質量44公斤，填充24公斤的RX染料，最大推力超過3000牛頓，燃燒時間8.5秒，總脈衝達26000牛頓-秒。
實驗室採用垂直推力測試，並透過數據擷取系統（DAQ）進行實際測試。測試結果顯示，與理論值差距不大。
緩震設計與航電系統
- 緩震環（Deceleration Ring）：尺寸為內徑13.8公分、外徑15.8公分、長度16公分，使用AB膠黏於火箭前端。經過多次超級測試與模擬，發現在距離底部258公分處的A點放置，緩震效果可達44.16%，能大幅降低火箭振動幅度。
- 航電系統（Avionics System）：航電系統設計有三大目標：
- 收集姿態、加速度及高度數據：為未來發展火箭自動控制打下基礎。
- 收集磁場及大幅度數據：供教授研究使用。
- 收集火箭飛行時的震動頻率：瞭解火箭內部震動情況。
為實現這些目標，實驗室設計了一套名為「哈根大使」的硬體系統，包含四個模組：
- 傳感器模組（Sensor Module）：包含BNO087（內建磁力計、陀螺儀、加速度計及高度計）與應變規（收集火箭震動造成的應變）。
- 運算單元模組（Processing Unit Module）：採用STM32開發板進行韌體撰寫。
- 遙測模組（Telemetry Module）：採用外部廠商YF公司提供的設備。
- 電源分配模組（Power Distribution Module）。
航電系統可分為空中端與地面端。「哈根大使」為火箭內部的空中端系統，而地面端則負責接收訊號，由遙測模組與電腦組成。
航電系統架構與挑戰
航電系統的電源由電池供應給STM32及遙測模組，STM32連接BNO087、應變規及訊號擷取器。遙測模組採用刀板天線，是一種小型指向型天線，安裝於火箭外部，直向地面發送訊號。
硬體架構使用11.1伏特的直流電壓供應給STM32，再由其供應給其他模組。由於各模組通常使用5伏特或3.3伏特的電壓，因此需要穩壓器進行電壓分配。感測器通常配置兩組（兩個BNO087與兩個應變規）。
在硬體設計中，團隊曾遭遇挑戰，例如：並非所有廠商設計的模組都能直接連接同一條線路。經過摸索，團隊最終透過添加一個IC多工器解決了多個BNO087連接的問題。應變規為類比訊號，因此設計了電橋與放大器，將類比訊號轉換為數位訊號後，再透過I2C傳輸給STM32，最終由STM32傳輸給天線。
地面端功能與設計條件
地面端系統負責收集資料並進行數值化處理，將數據顯示於網頁介面，並以動畫形式呈現火箭的姿態，方便直觀觀察。
在設計感測器時，會針對其規格（例如加速度計需承受劇烈加速度）進行評估。
硬體安裝與測試
天線的硬體安裝被強調為關鍵步驟，因為天線若未妥善安裝就通電，可能導致遙測模組燒毀（成本高昂）。因此，實驗室制定了標準作業程序（SOP）以避免重大損失。
傳輸延遲與數據完整性測試也是重要的環節。
初期設計因經驗不足，常遇到訊號不穩、延遲或數據不完整的問題。因此，團隊會進行反覆測試，確保傳輸過程無延遲且數據完整。
風險評估與應變計畫
實驗室針對可能發生的風險進行評估，依照發生機率及影響情況製成表格，將高風險區標記為紅色。
由於火箭發射時常有意外發生（例如電路板燒壞、線材折斷、感測器失靈），實驗室也準備了備用零件和檢測儀器，以便在緊急情況下進行應急處理。
STEM 教育策略探討太空科學素養落實於臺灣108課綱之課程設計
傅瑋宗 組長 (國立屏東大學STEM教育國際碩士學位學程教學發展組)
從高中現場到大學端：一位教育者眼中的太空科學素養教育推廣
以曾是資深高中教師的角度，將過去在高中推廣太空科學教育的經驗，以及轉任屏東大學後對於未來太空科學素養教育的願景進行分享。
個人背景與教育理念轉變
我在中學有15年的教學資歷。雖然期間曾獲得地球科學學會的大道新人獎，但因一直從事教職而與學術界脫鉤。今年2月1日起，我選擇重新投入學術領域，轉任屏東大學，希望將其在教育現場累積的經驗與對太空科學的熱情，推廣至更廣泛的教育層面。
高中多元選修的創新嘗試：航行的物理學與立方衛星課程
我在高中任教期間，積極嘗試將太空科學主題融入高一多元選修課程。我深知高中多元選修需具備趣味性且難度不宜過高，以吸引學生並達到性向試探的目的。
- 「航行的物理學」：這門課程涵蓋所有會移動的物體，包括船、飛機、衛星等。由於任教女校場地限制，無法進行大型火箭實驗，我創新開發了「真空火箭」教具，利用滴管排出空氣後，利用大氣壓力發射，若加入少量水，還能產生水錘效應，射得更遠。同時，我也鼓勵學生設計發射架，將科技與物理結合，並透過學生在 Instagram 限動上傳實作作品的方式給予成績，意外地受到學生歡迎。
- 「立方衛星」課程：這是一個與國家太空中心陳朝焱博士合作的計畫，始於2019年，旨在為高中生設計「立方衛星」（CubeSat）課程。我開出課程內容需求與尋求經費支援，設計與協調廠商則由陳博士一手包辦。2021年起便由這套以 ESP32 微控制器為核心的立方衛星模型，進行2~3週的課程。該模型具備溫濕度計、GPS及照相機鏡頭等功能，可透過手機藍牙連接讀取資料與拍照。學生作業分為兩部分：組裝電路並確認數據接收，以及組裝外殼並拍照，以作品照片作為成績。這門課程也深受歡迎，學生作品照片從初期較為「正常」的風格逐漸演變為「Y2K」風格，充滿趣味。
課程與課綱的結合：跨領域與素養導向
這兩門課程都與108課綱緊密結合，涵蓋自然、科技、數學等領域，並融入SDGs（永續發展目標）概念，展現了其課程設計的前瞻性。我認為這些課程是跨領域、跨科的混合式課程，對應到課綱中不同領域的許多學習表現與學習內容。
進一步比較其他國家在太空科學教育上的做法，發現雖然許多國家也有類似概念，但美國在NGSS（下一代科學標準）架構下明確將太空科學議題作為教學模組。其他國家受到如2030 OECD(聯合國「經濟合作與發展組織」) 教育指標與的影響，也會透過額外教材（如日本JAXA、歐洲太空總署ESA）進行連結。
從「課程」到「素養」：屏東大學的太空科學教育願景
當前太空科學教育面臨的挑戰是，若僅著重於「課程」，只有有興趣的學生才會接觸，且學生與老師不一定願意投入額外時間。我發現，過去許多學生懷抱太空夢，但高中後多轉向追求進入台積電工作。
我建議，太空科學教育應從課綱的角度，以「素養」為核心，而非僅限於課程。我認同108課綱中將素養定義為「知識、技能、態度最後形成行動」的概念，並進一步將108課綱的「三面九項」延伸為27項太空科學教育素養指標。
我認為太空科學本身就是跨學科的領域，可以從物理、地理、地球科學、數學、資訊、生活等領域拉取學習內容與表現，再設計課程。教學重點在於學生學習後能展現屬於太空科學的某種素養，如此才能讓學生從國小到高中，在12年國教期間有機會接觸太空科學。
屏東大學的未來策略與實踐
我與郭俊呈博士後研究員共同設計了太空科學教育的學術架構，並諮詢中央大學太空科技研究所楊雅惠教授。我們的願景是培養 「新世代人才」，核心策略有三：
- 實體場域：屏東縣已設有發射場，科學園區也以太空科技為重點發展項目；車城國小設有南十字天文台，可進行觀測與學術研究與天文教育。
- 跨科課程：持續將太空科學議題融入現有的正式課程，不增加教學端與學習端的學習負擔。
- 三師共學回歸教學計畫：屏東大學USR的朱雀計畫可提供大學教授、業界講師與在地中小學教師、師資生共同備課與創造課程的機會。
在實踐方面，屏東大學將透過素養導向的課程設計，推動屏東地區的STEM教育並融入太空科學議題。計畫在今年暑假開始與屏東縣多間國小合作，並在未來與國立屏科實驗高級中等學校合作，開設與太空科技相關的多元選修與微課程。
呼籲與展望
最後在這邊呼籲大家，太空科學的推展與國家發展息息相關，期盼能凝聚各界人才、前輩、老師與學生的努力。相信科研可以影響科教，鼓勵科研人員若有可應用於科教的素材，能積極與我們聯繫，可以合作進行教材研發、測試與推廣，以期從下扎根，培養具備全球視野與未來的人才。
(編輯:黃馨潔/臺灣太空科學聯盟)
