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征服夢想的火箭隊

今天要與大家聊的,既不是林書豪所屬的火箭隊,也不是神奇寶貝裡神奇的三流反派,是真的做出可以飛天火箭的團隊。而這篇Q&A,就是我對於來自新竹的建功高中的同學們所好奇的疑惑,或許今年在華山文創舉辦的Maker Faire Taipei可以看到他們的身影,不過或許很少人知道,火箭對於這些高中生的科學意義。

建功高中的火箭隊參加了今年五月於華山文創舉辦的Maker TaipeI,其中參與研究者包括陳柏翰(左一)、吳嘉薇(右二)與邱筠庭(右三)。

建功高中的火箭隊參加了今年五月於華山文創舉辦的Maker TaipeI,其中參與研究者包括陳柏翰(左一)、吳嘉薇(右二)與邱筠庭(右三)。

以下關於我的提問縮寫成”P”(但和P編無關,是因為我的姓氏),火箭隊的回答縮寫成「火」(因為是多位同學一起回答的,故簡略之)。

P:為什麼想要做火箭?

火:最初,是從一本小說《十月的天空》開啟的火箭夢想(在1999年有拍成電影上映),小說中的高中生抱持的夢想自己研究製造火箭,而男主角也進入了NASA研究,令人十分感動震撼。其實最初的想法,就是想用有限的資源製造出火箭,如果可以的話,還想探測高空。

P:怎麼開始做這項研究?

火:當然是有拜過google大神,從網路上、圖書館搜尋資料,就如同科展一般進行,而這個研究也是我們「研究方法課程」(註1)的專題,最後我們決定從火箭的「燃料」來著手,畢竟要完成火箭所用到的科學太多太廣,而綜觀大多的高中生自製火箭的研究變因多為機身或尾翼等物理條件,或許從化學切入燃料的研究,能提供不同的觀點。

P:火箭的燃料是什麼?

火:火箭的燃料其實有分固態和液態,兩者皆有使用,液態的優點就是可以透過調整流量來改變出力,甚至在必要時可以切斷來緊急煞車。而使用固態燃料的火箭結構比較簡單,而且產生的推力較大。以我們做的這種小尺寸的火箭,如果用液體燃料,勢必要做出一堆精密的儀器來控制,如果採用固態燃料就可以用一個火藥柱加上燃燒室與噴嘴就可以達成。

有模有樣的點火測試。資料來自建功高中火箭隊粉絲團。

有模有樣的點火測試。資料來自建功高中火箭隊粉絲團。

P:那用什麼東西來做燃料?

火:「糖」和「硝酸鉀」

P:那不是做煙霧彈用的?

火:不過會產生的大量的氣體,只要提高反應的速率,是有機會提升的。

P:那會有把實驗室燒掉的風險嗎?

火:所以製作時要小心,也在老師的指導下進行。一開始我們用實驗室的酒精燈當熱源,來嘗試熔化糖,讓糖和硝酸鉀慢慢的混合,不過一燒就直接冒煙毀了,後來改用溫控的加熱板,像在煮鐵板燒那樣,用低於150度的溫度來「炒」糖,最後再將混合的燃料放入紙捲,然後加入電熱絲(後端點火用)就完成了。

「炒」燃料!?

「炒」燃料!?

P:所以關於燃料做了哪些實驗測試?

火:有很多,從材料開始,像醣類就用了最常見的葡萄糖、蔗糖和麵粉等不同分子大小,甚至連「代糖」都來拿試了,不過嘗試的結果還是前兩者的小分子比較佳。另外還試了催化劑(鐵粉、氧化鐵粉)和管柱的截面積,不過測量的方式純粹用燃料的重量除以時間得到的燃燒速率來計算。

(P表示:其實這是蠻令我佩服的算法,燒的越快也意味著瞬間產生的氣體量會比較多)

P:剛剛提到的電熱絲是要幹嘛用的?

火:點火用的。

P:但我看實驗影片嚇死人,要用燒的?

火:用無線搖控啦!這樣才能確保安全(可以躲遠一點)。

P:無線?是用WIFI還是3G?(明顯是來亂的)

火:才沒那麼先進,是拆裝無線電鈴改裝重新接過,裝在保鮮盒裡,再加上電瓶,並且用紅色與藍色LED確認是否收到訊號。接收端的電源再接上燃料中的電熱絲就完成了。

(P表示:這個太威了,為什麼我會覺得很像電視上的炸彈客用的東西啊?)

超酷的電子點火系統

P:為什麼會想參加 Maker Faire Taipei?

火:這個理由簡單不過,就是想「開眼界」,不想龜在實驗室裡。

(由於我沒有參加到,所以著墨不多)

P:那麼經由製作火箭的過程帶給你們什麼感動?

火:其實在動作做實驗的過程覺得十分有趣,而且也認知道實驗與分析對於科學本身的重要性。當然也知道要完成一個火箭,背後有極其複雜的科學,需要許多人的通力合作,就如同在這次研究中缺乏的物理與機械等知識,或許有更多的知識,就會讓結果更加接近完美。也期待未來的學弟妹,能在研究方法課程中延續這樣的科學實驗過程。

其實在與火箭隊訪問過程中,旁邊一直有位剛升上高一的同學吳書凡,他是未來會接續繼續做相關實的小朋友,才剛要升上高一就充滿熱忱。同時也十分有想法,目標從夢想起飛的火箭,改為務實應用的「探空氣球」,希望可以結合空拍或其它的遙測技術,探索簡單而實用的探空方式。而看起來在過程中老師所扮演的角色為專業知識的提供者或協助者,學生的自主性極大,和以往的教育方式也不太一樣,本人是很樂見教育上有出現這樣的課程的。看到小朋友訓練出科學素養的過程,真的是感動萬分,尤其是在課業壓力下,還能擠出少有課餘的時間(註2)在做自己喜歡的研究,也是分欽佩。

註:

  1. 許多的高中會開辦特殊課程,來因應多元升學與十二年國教。本文提到的「研究方法課程」,主要的概念就是讓高中生能體驗研究生在做「研究」的始末,用深入的方法來切入問題,依照自己選組分別有理科與文科的研究。
  2. 研究方法課的時間有限,多是用來做方法上的教學,所以很多做實驗的時間要自己想辦法生出來,實驗的複雜度越高,也會越難完成,這也是實驗初期設計很重要的抉擇。

延伸閱讀:

  1. Maker Faire Taipei
  2. 建功高中-自製固態火箭

關於作者

潘昌志

「你地質系的?」不,但我待過地質所,而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作,並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識,想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。