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太空科技政策與載具發展

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

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太空科技政策與載具發展

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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

  3. 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…

  4. 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

  5. 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。

  6. 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

  7. 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

  8. Delta 4系列

  9. 美國 泰坦系列(空軍)

  10. 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

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. 歐盟亞利安1,2,3系列

  15. 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

  16. 歐盟亞利安系列

  17. 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

  18. 其他國家發展中的載具 印度 以色列 南韓 巴西

  19. 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%

  20. 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

  21. 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

  22. 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

  23. 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

  24. 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。

  25. 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。

  26. 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

  27. The End謝謝各位

  28. 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) 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)

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