火箭發射成功或失敗，也跟它耐不耐壓有關？—《科學築夢大現場》

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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• 文／林彥興（EASY天文地科團隊總編輯，現就讀清大天文所）

台灣時間 2022 年 11 月 2 日晚上九點四十一分，SpaceX 的「獵鷹重型 Falcon Heavy (FH)」火箭從濃霧繚繞的甘迺迪太空中心 LC-39A 發射台轟然升空。睽違三年，世人終於再次體會到世界最強火箭飛向天際，以及雙助推器同時著陸的震撼。

從獵鷹九號到獵鷹重型

相信有在關注太空時事的讀者們，對 SpaceX 的獵鷹九號火箭都不陌生。

獵鷹九號是 SpaceX 目前當仁不讓的發射主力，從低軌小衛星共乘、高軌頂配同步衛星乃至星際探測器都能一手包辦，而且還擁有能夠「重複使用第一節」這舉世唯一的絕技，在大幅降低成本的同時，也讓 SpaceX 能夠以超過一週一發的超高頻率發射火箭。從 2022 年初至週二當天，獵鷹九號已經發射 49 次，佔世界總發射次數的約 35%；論發射酬載總質量，世界所有其他火箭加起來還不到獵鷹九號的一半。^[1][2]

但獵鷹九號雖然優秀，面對少數特別重的酬載（也就是衛星、太空船等火箭攜帶的物體），或是要把酬載送到特別高能量的軌道時，仍然力有未逮。怎麼辦呢？基本概念很簡單：在獵鷹九號第一節兩側，再綁兩根第一節火箭，給火箭更多的燃料、更強的推力，就能把更重的酬載，送到更高更遠的地方，這就是「獵鷹重型 Falcon Heavy, FH」火箭。習慣上，人們將中間那根第一節稱為芯級（Core Stage），兩側的則稱為助推器（Side Booster）。根據任務需求，芯級和助推器可選擇不同的回收模式（陸上回收、海上回收、不回收）。在完全不回收的模式下，獵鷹重型擁有超過 60 公噸的最高理論運載力（LEO），比位列第二的三角洲四號重型火箭多了一倍不只。

風光亮相後？

獵鷹重型在 2018 年進行了一場轟轟烈烈的首飛。由於未經驗證的新火箭，一般不會有客戶願意買單承擔風險，因此火箭製造商通常會自費發射一些不太重要的東西，常稱為「假酬載 Dummy Payload」，向客戶展示火箭確實可以把你的衛星送入軌道。這個不太重要的假酬載，也給了工程師們搞怪的機會。

假酬載該選什麼好呢？
大老闆 Elon Musk：「啊，那就把我的 Tesla 跑車打上去吧。」

首飛隔年（2019）四月和六月，獵鷹重型分別進行了兩次任務（福衛七號就是其中之一噢）。但在這之後，獵鷹重型彷彿就進入了休假期，長達三年都沒有發射任務。為甚麼會這樣呢？這背後的原因有非常多面相可以討論，比如獵鷹九號就已經足以應付現在市場上絕大部分的發射需求、獵鷹重型發射的酬載開發與製造進度延宕等等。篇幅有限，在此就不展開細說。但總之，對太空迷們來說，這三年真的是格外漫長。獵鷹重型還是獵鷹重型，但 2022 的世界已經跟 2019 大不相同了。

機密任務 USSF-44

回到正題，本次 USSF-44 任務的目標，是為美國太空軍發射機密軍事衛星，前往地球同步軌道。

在上面的影片中，我們可以看到火箭發射的全過程。在轟轟烈烈地起飛後，火箭沿著預定軌道不斷加速。升空後約兩分三十秒，幾乎耗盡燃料兩根助推器率先脫離。而芯級在本次任務中則不進行回收，毫無保留地將所有燃料都用於運送衛星。約四分零三秒，芯級耗盡所有燃料並脫離，由第二節火箭負責繼續將衛星送入指定軌道。由於衛星的機密性，第二節直播就此切斷。直播聚焦於兩個助推器，如何自行返回陸上降落場，並最終成功降落。

本次任務的成功，不僅宣告著獵鷹重型的回歸，也是 SpaceX 第一次直接把衛星送進「地球同步軌道 GEO」，而非一般的「地球同步轉移軌道 GTO」（相關知識可以參考「衛星軌道萬花筒」系列圖文）。擁有將衛星直送 GEO 的能力，對火箭發射商來說意義相當重大。另一方面，雖然可憐的芯級被太空軍指定拋棄了，但兩側助推器的同框降落真的百看不厭。如果覺得這次發射霧太大景不好，不妨多看幾次 2018 首飛的剪輯吧！

還要再等三年嗎？獵鷹重型的未來

那麼，何時才能再次看到獵鷹重型轟然起飛呢？答案可能比你以為的要快。按現在的規畫，明年一月就應當要有兩場獵鷹重型的發射，分別是 ViaSat-3 與 USSF-67，都是 GEO 直送任務。但當然，這是火箭發射，再延宕個幾個月也是很正常的。

往更遠的看，未來五年獵鷹重型將發射的重要酬載包括：

• 大型行星探測器：靈神星（Psyche，左圖）任務與歐羅巴快船（Europa clipper，右圖）。

• 阿提密斯計畫：月球門戶建造（PPE 與 HALO 艙段）、VIPER 月球車、月球門戶補給（Dragon-XL）。

• 旗艦太空望遠鏡：羅曼太空望遠鏡（RST）。

• 太空軍機密衛星與同步通訊、氣象衛星若干。

相信這些名字對太空迷讀者來說都是如雷貫耳。可見獵鷹重型在美國近期多項重要太空計畫中，都是關鍵角色。接下來幾年，就讓我們拭目以待，一起見證獵鷹重型大展身手吧！

交大、北科大、成大、屏科大四校組成的自製火箭研究團隊「前瞻火箭研究中心」（Advanced Rocket Research Center，以下簡稱ARRC）18日下午於香山濕地試射雙節火箭「APPL-9β」，主要為接下來的大型探空火箭「HTTP-3」測試脫節與空中點火功能。火箭飛向天際並完整回收，只可惜火箭未如預期中脫節。ARRC主任、交大機械系教授吳宗信形容這是「80%的成功」，待團隊討論再決定是否再次飛試。（文末新增後記，ARRC於2016年1月底再次飛試，終於脫節成功！）

目前釋出的短版官方影片，此次飛行最大高度約360公尺：

發射現場

火箭會逆風飛行，風向和風速是判斷發射點要離岸多遠、火箭發射角度的重要因素，那天下午天氣陰涼，風向大致由外海往岸上吹，但風不大，算是個好天氣。採蚵車載著火箭，交大成員穿著雨鞋、扛著發射架，走入遍佈蚵殼、小螃蟹的泥濘濕地到離岸約一公里處。

發射前的作業流程繁瑣而嚴謹，現場總指揮賴冠融依照近40道程序的SOP發布指令，每道指令都有對應的負責成員，完成一個指令後回報再進行下一個。成員們為火箭上架、接上「臍帶」（連接火箭與發射架，接收點火指令的電線）、灌氣、確認兩個地面站接收訊號的狀態、為航電上電等，整套流程耗時約1.5小時。

倒數一分鐘

全員撤退到發射架後方幾十公尺處，對講機關閉，開始倒數一分鐘。就在這時，吳宗信眼尖看到濕地遠處有一個人正往發射架點方向靠近！賴冠融用大聲公呼叫負責點火的成員魏世昕緊急暫停，並對那位遠方的老伯大聲喊叫：「阿伯！不要移動！我們正在發射火箭！」「他聽嘸啦！講台語啦！」「嘜振動（tín-tāng，閩南語移動之意）！」一陣忙亂後，那位老伯會意過來，小插曲有驚無險的落幕，火箭也恢復倒數。

火箭冒出白煙，隨即飛嘯而上沒入雲端，火箭上天後的飛行姿態、航電是否正常運作、資料傳輸狀況等才是真正的重點。大家仰望天空，老師們叨念著火箭似乎沒脫節，接著三頂降落傘帶著火箭緩速從空中落下，現場氛圍又轉為興奮，「第一次看到這麼漂亮的降落傘！」吳宗信笑著說：「這是80%成功！」

始作俑者是兩顆螺栓

APPL-9β主要任務為測試脫節與空中點火的設計，這也是團隊接下來的大型雙節火箭HTTP-3的重點。成員魏世昕和賴冠融解釋，火箭的加速度規會偵測火箭由高速至減速的重力變化（類似搭電梯上升時，電梯停止前一刻的感受），當第一節推力漸失，便會發指令讓火箭脫節，第二節偵測到脫節訊號後就會啟動點火。

成員們將火箭搬回交大後還顧不得休息，隨即在實驗室拆解火箭，尋找脫節失敗的原因。扣連第一節和第二節火箭的金屬環有兩顆「爆炸螺栓」，螺栓內部空腔含有火藥和點火裝置，點燃火藥、螺栓斷開便能使固定的物體分離。

APPL-9β有發出點火指令、也引燃了螺栓中的黑色火藥，但螺栓只微微鼓起，沒有斷開，導致火箭沒有脫節，而基於安全，團隊設計第二節火箭沒偵測到脫節訊號便不會點火、開閥。「地面測試時明明都OK！現在居然兩根同時出問題。」

過去十幾架APPL火箭只有APPL-2是雙節設計，但APPL-2設計簡單：一二節皆為固態火箭；第二節往內縮套入第一節再固定；點火時間事先分別設定好，時間到了自動點火。魏世昕說：「不過當時第二節太慢點火了，火箭飛得很水平，可能直接飛到海上了吧。」

APPL-9β小檔案

APPL-9β為雙節火箭，直徑15公分，2.7公尺長，重約23公斤。火箭第一節為固態糖燃料，第二節為混合式推進器（以N₂O一氧化二氮作為氧化劑，塑膠PE為燃料）。火箭搭載中央大學張起維老師團隊製作的罐頭衛星，量測高度與溫度、衛星電力續航，蒐集日後設計將衛星彈射出火箭的資料。

火箭外殼是以PLA材料3D列印而成，需要較大強度的地方（如鼻錐）結合玻璃纖維。成員周子豪說，3D列印好處是可以節省「奇形怪狀」切割的加工時間，「孔洞也可以直接印出來，裁切玻纖比較麻煩。」

APPL-9β前身為一月在香山濕地試射的APPL-9，當時火箭脫離發射架前就迸裂分解。賴冠融說，上次「失事」原因推估為燃料配方與結構設計沒配合好，他們換過糖與硝酸鉀的來源，但延續舊參數設計APPL-9，新配方燃燒速率較快，高溫又助長整個反應，壓力容器承受不住就爆開了。

後記：

ARRC於2016年1月31日試射2.7公尺長的「APPL-9C」，火箭順利脫節，飛試相當成功。ARRC正如火如荼準備大型雙節火箭試射，APPL-9這系列小火箭主要就為了測試日後大火箭會用到的系統，特別是如何脫節──火箭一邊飛行，一邊拋棄不再必要的部分以減輕重量，讓火箭飛得更高。這相當考驗團隊技術，ARRC足足用了三支小火箭，脫節設計才成功運作（第一支爆炸、第二支脫節不成）。

回顧第一支APPL-9縮時與發射影片：

APPL火箭名字取自交大成員所屬的機械所實驗室縮寫，過去APPL系列以糖精和硝酸鉀，加上少許氧化鐵反應作為火箭動力，又暱稱為「蔗糖火箭（Sugar Rocket）」。APPL火箭主要由交大成員製作，目的不在於飛高（設計的飛行高度不超過一公里），而是作為日後大型火箭HTTP設備與次系統的事前測試，算是大火箭的小型測試版。

延伸閱讀：

• 太空科技大突破！專訪臺灣學界自製的大型混合式探空火箭【團隊篇】
• 太空科技大突破！專訪臺灣學界自製的大型混合式探空火箭【火箭篇】

編按：這是一個自找麻煩的故事，也是一個用熱血推動夢想的歷程！故事說的是台灣的火箭團隊 ARRC，從 2008 年開始投入研究、親手打造火箭，2010 年 9 月，才初嘗發射成功的滋味。

火箭飛離地面要花很大力氣與地心引力拉鋸，混合式火箭用來把火箭推離地面的燃料與氧化劑合稱為「推進劑」。光是推進劑就佔了火箭總重量高達 90 %（飛機、船、汽車的燃料比都不到 50 %），也就是說一整支火箭幾乎全部的空間都用來裝載飛行所需的能量。

混合式火箭的組成，主要包含一個裝有液態氧化劑的壓力容器與一個裝有固體燃料的燃燒艙，壓力容器與燃燒艙中間有一個閥門將氧化劑與燃料分離。當火箭發射時，首先點火融化固態燃料，而後打開閥門，讓氧化劑流入燃燒艙，氧化劑與燃料起化學作用進而產生推力。儲存氧化劑的壓力容器，要能承受非常高的壓力，本身就是一門很大的學問。

壓力超大的「壓力容器」

日常環境中為 1 大氣壓，若是使用笑氣，壓力容器內部必須承受 60 大氣壓的壓力，基於安全考量，設計時必須耐壓達 90 大氣壓力。所以壓力容器既要承受高壓，又必須夠輕才不會讓火箭超重。這個壓力超大的任務，是由屏東科技大學團隊負責。

為了達到又輕、強度又強的目標，團隊一開始使用鋁合金製作壓力容器，它的強度不遜於鋼，重量則輕得多，只是有一個大麻煩，使用傳統 TIG 銲（鎢極氣體保護電弧焊），銲接過後強度幾乎減半。壓力容器因為必須承受高壓，實驗階段總是驚險萬分，成員得做好萬全準備才行。有一次當成員將笑氣從鋼瓶灌入壓力容器中，沒想到壓力容器突然爆開──氣體體積可以壓縮，一旦裝填氣體的高壓容器爆炸，碎片會像炸彈般高速四射。實驗室頓時煙霧瀰漫，物品東倒西歪，還有塊碎片將門後柱子鑿出缺口，幸好沒有人員受傷。不過，這場意外嚇壞不少人，也差點擊垮老師們的信心，一度很猶豫是否該繼續作火箭。壓力真的很大！

後來團隊在鋁合金內膽貼上玻璃纖維強化，搭載這個壓力容器的 HTTP-1 成功升空後，給了團隊很大的鼓舞，但這樣的技術無法滿足未來的火箭，必須進一步研究更高階的複合材料，首選材料是「碳纖維」，這是一種強度比鋼大了四倍、比鋼或鋁合金都輕、比人類頭髮還細的纖維，含碳量 90 % 以上。這麼高強度而輕量化的材料，自 70、80 年代便普遍用在航太領域如火箭、飛彈外殼，後來延伸應用到跑車、釣魚竿、運輸工具等體育休閒產業。

不過，想使用這材料的門檻相當高，一台碳纖維纏繞機要價新台幣數千萬，台灣只有中科院擁有碳纖維的纏繞設備和技術。最後團隊只能尋求民間廠商協助，不過，當聽說是要做火箭時，廠商還以為是遇到詐騙集團！後來廠商了解團隊計畫與夢想後，轉而大力相挺。

越來越耐壓

2011 年 8 月，ARRC 在屏東旭海試射第二枚大型火箭 HTTP-2α，任務重點是回收火箭本體與資料。對於製作壓力容器的屏科大團隊而言，這也是他們檢驗以新的材料、新的製作方式設計的壓力容器是否能成功執行任務的機會。

這次的任務卻因颱風、暴雨延遲兩三天，火箭團隊一百多人徹夜檢查火箭，溫習發射程序。發射當天凌晨兩三點成員們就驅車到海邊準備，在 11 個月前同樣的地點、同樣興奮的心情倒數、點火，卻只見火箭冒出白煙，HTTP-2α 仍優雅的掛在發射架上，發射失敗。大家只能垂頭喪氣的收工回民宿，他們仍不放棄，不斷進行各項檢查，第二天再試一次，但結果還是一樣，眾人心情一下由頂峰跌到谷底，只能接受失敗的事實。後來細查原因，原來是推進段的燃料槽控制閥內的鐵氟龍墊襯處於高壓情況過久而嚴重變形，馬達轉不動它，導致笑氣無法通過閥門與固態燃料進行反應，沒有辦法燃燒燃料，當然就無法升空了。

HTTP-2α 沒升空，屏科大團隊無法確認新製程之下的壓力容器是否能穩定進行飛行任務。他們直接在海邊卸除儲槽內的氧化劑，那些從儲存槽釋出的壓力轉化為團隊心頭上的壓力。在準備第三支火箭 HTTP-2β 的發射期間，屏科大團隊持續尋找更高階的設備，希望製作出更耐壓的壓力容器，HTTP-2β 的飛試足足延了一年。在這一整年裡，團隊補足許多分析與細節測試，把 HTTP 的設計提升到另一個層級；同時，另一家位於桃園的廠商熱血幫忙，也讓團隊有了堅強的後盾。

睽違了兩年的 HTTP-2β 順利升空，HTTP-3S 也緊接著六個月後發射。證明了壓力容器的製作已經達到穩定。以往每做一個壓力容器就要動員整個屏科大實驗室，現在製造一個成品只需 4 人。

本文摘自科學築夢大現場 01《一起離開地球上太空！：ARRC 自製火箭》，親子天下出版。