Transcript 上課講義

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
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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
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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
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頂尖研發機構
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亞洲太空科技強國

世界太空領域重要成員
目標
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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
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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)
1. Payload Fairing
•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
•人馬座或IUS太空船
•載重21.7噸至LEO；5.7噸至
GTO
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
前蘇聯的太空載具
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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
• 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
49 m
Diameter
3.8 m
3.8 m
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
Height, m
58.72
Diameter*, m
3.8
Liftoff mass, tons
Payload, tons
240
2
42P
44P
42L
44LP
44L
5G
58.72
58.72
58.72
58.72
58.72
52
3.8
3.8
3.8
3.8
3.8
5.4
320
350
360
420
470
746
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
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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
NASDA 之 H-ⅡB
其他國家發展中的載具
印度
以色列
巴西
南韓
太空載具的推進原理
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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
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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
14000
12000
10000
Ab(mm2)

8000
6000
4000
2000
0
0
1
2
3
4
Web(mm)
5
6
7
8
太空載具的推進原理
液體火箭
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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
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
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
電弧加熱離子火箭
太陽帆
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。
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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
1.
2.
3.
4.
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
: 110.6 m (363 ft)
： 10.1 m (33 ft)
： 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)
直徑： 10 m (33 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)
高
直徑
重量