火箭是如何飛行？

火箭是個複雜又精密的機器，以每秒11.2公里的速度飛向月球與火星，推動力足以供舉起好幾千噸。在20世紀初，人類根本不會飛；但20世紀之末，人類要飛向未及之處，靠著火箭，我們辦到了! 而火箭到底靠著什麼飛上天際？又是如何飛行的呢？


火箭就像發動機一樣，需要裝滿燃料，大多數的火箭將燃料轉換為熱氣，當火箭燃料燃燒之後會產生高溫高壓氣體，藉噴嘴加速排氣到外界。由於牛頓第三運動定律「作用力等於反作用力」，這些氣體便是推動火箭的原動力。簡單的來說，火箭就像是一顆洩氣的氣球，當氣體的噴力強且快速，就能使火箭高速飛行。

但是太空中沒有燃燒所需要的氧氣，火箭是如何燃燒呢？

事實上，火箭燃料中自備了氧化劑，為燃料提供大量的氧氣來助燃，這樣可以不受大氣的限制。通常火箭可分為液態燃料與固態燃料，液態燃料可自由調整燃料流量、動力及速度；固態燃料構造較簡單、燃料易儲存，在價格上也較便宜，因此許多火箭都使用固態燃料，但其效率相對較低，所以長途飛行的太空船大都使用液態燃料火箭。


火箭大致上可以分為酬載段、控制段及推進段。火箭飛行時會猶如金蟬脫殼般，其各節火箭點火、脫離、滾轉控制，以及鼻錐整流罩分離，都必須按時序準確執行，直到將「酬載」的衛星或科學儀氣送達正確的位置。


圖/邱顯洵
文/ 呂欣晏、劉辰岫

台灣人的火箭

「自己的火箭自己做！」很多人小時候都玩過水火箭，必須精確的測量、裁切與組合，當看到自己的水火箭升起時，有一種無比的感動。而現今有一群台灣科學家，致力於打造屬於台灣的火箭，掌握了火箭關鍵技術，讓台灣在太空留名！


這些在國家太空中心內工作且勇於突破的科學家們，自1998年起至2014年間共發射了14個100%由台灣自製的探空火箭，讓台灣火箭夢翱翔於天際。探空火箭比起大型火箭雖然是小巫見大巫，但在航太科學觀測上具相當重要的地位。然而，到底什麼是探空火箭呢？台灣有哪些高水準的航太科技讓國際驚豔？


在太空科學的研究主要有四種，分別為地面觀測、探空氣球、探空火箭及人造衛星。這四種探測工具各有其特色及限制，需要互相銜接配合。其中探空火箭是用來彌補探空氣球與衛星探測的不足，50公里以內有大氣層保護因此探空氣球及地面觀測可以蒐及詳細的資訊；300公里之外由人造衛星來執行資訊蒐集的任務，但在50公里到300公里位於中氣層到電離層，一般探空氣球無法這麼高的高度，因此需要利用探空火箭來擔任蒐集資訊的重要角色。


而台灣所研發的探空火箭，最厲害的在於使用混合式火箭推進，具備「高效能低成本」火箭引擎。同時，這火箭的高壓燃料筒，可利用於氫燃料儲存電廠多餘的電，未來將可實質展現產業應用的效益，因此非常具有國際競爭力。


圖/邱顯洵
文/ 呂欣晏、劉辰岫