太空科技政策與載具發展 中山科學研究院第二研究所 邢禹成 博士

大綱 太空科技的必要性與展望 我國的太空計畫 什麼是太空載具 太空載具的推進原理 太空載具的產業及社會發展 結論 參考資料

太空科技的必要性與展望 觀測地球 - 資源、氣象… 通訊與定位 - SNG、GPS… 微重力試驗 - 太空實驗室… 國防與軍事 – 間諜衛星、SAR 探索宇宙 - 哈伯望遠鏡、登月、登火星…

我國的太空計畫 願景 頂尖研發機構 亞洲太空科技強國 世界太空領域重要成員 目標 完成國家任務 建立完整衛星技術能力 進行尖端太空科學研究 推廣衛星應用 適時發展載具

什麼是太空載具 提供太空船(Spacecraft)、衛星動力至太空軌道的火箭，通常分為2~4節，或配有捆綁式助推火箭2~6具。 太空軌道：LEO(近地軌道) 160~2000公里， GEO(同步軌道) 36000公里。 * 地球與月球相距 384,403公里；與火星最近距離約78,000,000公里。

美國 太空梭 可重複使用！ 西元2000年之前，唯一接近SSTO的載具。 起飛重量：2000 噸；載重24噸至LEO，3.8噸至GTO。 美國 太空梭 可重複使用！ 西元2000年之前，唯一接近SSTO的載具。 起飛重量：2000 噸；載重24噸至LEO，3.8噸至GTO。 高56公尺，直徑8.7公尺。助推火箭直徑3.1公尺。 Apollo

美國 Delta家族 Delta 4 HLV 高71公尺，直徑4.85公尺 助推火箭與主火箭相同(液體火箭) 起飛重量約900噸 載重23噸至LEO，13.2噸至GTO

Delta 4系列

美國 泰坦系列(空軍) 4A: 高63.1公尺，直徑3公尺，助推火箭直徑3.0公尺 起飛重量 940噸 人馬座或IUS太空船 美國 泰坦系列(空軍) 4A: 高63.1公尺，直徑3公尺，助推火箭直徑3.0公尺 起飛重量 940噸 人馬座或IUS太空船 載重5噸至GTO 4B: 高62.2公尺，直徑3公尺，助推火箭直徑3.2公尺 起飛重量 925噸 載重21.7噸至LEO；5.7噸至GTO                 1. Payload Fairing 2a. Centaur Upper Stage: Config SS-ELV-401 2b. Inertial Upper Stage (IUS): Config SS-ELV-402 2c. No Upper Stage (NUS): Config SS-ELV-403/404/405 3. Core Vehicle 4. Liquid Rocket Engine 5. Solid Rocket Motor

美國 飛馬座系列(軍事用途) 由空中發射，重量23噸，長16.9公尺，直徑1.27公尺 美國 飛馬座系列(軍事用途) 由空中發射，重量23噸，長16.9公尺，直徑1.27公尺

美國 飛馬座系列(軍事用途) 由空中發射，重量23噸，長16.9公尺，直徑1.27公尺

前蘇聯的太空載具 ENERGIA係太空梭發射載具，1980年代末期除役。 聯盟號SOYUZ擁有每年發射45次的最高紀錄

中國 長征系列 最大型的長征3B 成功率 100% 起飛重量425公噸 能將5.1公噸的衛星送到GTO 具ㄧ箭雙星能力 中國 長征系列 最大型的長征3B 成功率 100% 起飛重量425公噸 能將5.1公噸的衛星送到GTO 具ㄧ箭雙星能力 神州七號的載具為LM-2F

歐盟亞利安1,2,3系列 Main Data Ariane 1 Ariane 2 Ariane 3 Height 47.4 m 49 m Diameter 3.8 m Liftoff mass 210 tonnes 219 tonnes 237 tonnes Max. payload mass* 1.83 tonnes 2.27 tonnes 2.65 tonnes

歐盟亞利安-4,5系列 Main Data 40 42P 44P 42L 44LP 44L 5G Height, m 58.72 58.72 58.72 58.72 58.72 58.72 52 Diameter*, m 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 5.4 Liftoff mass, tons 240 320 350 360 420 470 746 Payload, tons 2 2.7 3.1 3.3 3.8 4.3 6~9

歐盟亞利安系列

日本的太空載具 ISAS 發展之載具 NASDA 之 H-ⅡB 2003年宇航研究所JXAX整合ISAS、NAL、NASDA三個單位成為日本太空技術研發中心 H火箭技術源自美國Delta火箭，可能成為太空梭除役後的暫代品

其他國家發展中的載具 印度 以色列 南韓 巴西

太空載具的推進原理 推進劑含燃料及氧化劑 滿足能量守衡 化學能 → 機械功 滿足牛頓運動定律 噴嘴膨脹做功 排氣仍具高溫高速(loss) 整體熱效率40%~70%

太空載具的推進原理 固體火箭 HTPB/AP/Al推進劑 由藥柱瞬時的燃面乘上推進劑比重和燃燒焓，就可計算出推力 密度比衝(density specific impulse)最大 比衝 < 260 秒 結構簡單 推力大小無法調整 廉價 熄火後無法再啟動

太空載具的推進原理 液體火箭 液態的燃料與氧化劑分開儲存(仍具危險性) 可藉流量控制調整推力大小 管路複雜 比衝值~400 秒(氫/氧) 密度比衝最小(液態氫僅0.07，液態氧1.14) 可熄火再啟動

太空載具的推進原理 混合火箭 一般採用液態氧化劑和固態燃料 管路較液態火箭簡單 比衝高於固體火箭、密度比衝高於固體火箭 可熄火再啟動 安全性最高

太空載具的推進原理 其他 太陽帆 電弧加熱離子火箭 比衝值可達數萬但產生推力非常小 只適合用於星際旅行

太空載具的產業及社會發展 太空載具是人類進入太空的工具，具有重大的科技、國防、政治與經濟意義。 南韓於2002年起耗資1500億韓圜建力發射場，KSLV-1去年底發射，不幸失敗，但仍力爭太空俱樂部老九的席位。 我國的太空計畫五臟俱全，但規模太小，難以影響科技及經濟發展。

結論 太空工業為環球通訊、偵測地球資源與環境、探索宇宙的支柱。 太空載具為龐然大物，包括箭體、動力裝置、飛行控制系統和衛星艙，是多種高科技的結晶。 依太空俱樂部成員國的經驗，以載具作基礎的太空工業足可成為我國下一個兆元產業。

參考資料 Investigation of Space Launch Vehicle Catastrophic Failures, AIAA Paper 95-3218 NASA – National Space Science Data C enter- Spacecraft ESA - Launchers Home Rocket Propulsion Elements, G.P. Sutton & O.Biblarz, John Wiley & sons, 2000

The End 謝謝各位

Apollo 計畫登月載具 高 : 110.6 m (363 ft) 直徑 ： 10.1 m (33 ft) 重量 ： 3,038,500 kg (6,699,000 lb) 第一節 高 ： 42 m (138 ft) 直徑： 10 m (33 ft) 重量： 2,280,000 kg 第二節 高 ： 25 m (82 ft) 重量： 480,000 kg 第三節 高 ： 18 m (59 ft) 直徑： 6.6 m (22 ft) 重量： 119,000 kg 負載 ： LEO 118,000 kg (260,000 lb) Lunar 47,000 kg (100,000 lb)