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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】

馥林文化_96
・2014/12/30 ・6581字 ・閱讀時間約 13 分鐘 ・SR值 522 ・七年級

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文/劉珈均 攝影/劉珈均、邵意翔

協助取材/ARRC團隊、美商國家儀器(NI)

前言

本刊2014 年9 月號中詳盡記載了前瞻火箭研究中心(ARRC) 的團隊構成與發展過程,本回「火箭篇」更進一步,詳細介紹今年3 月份成功發射的HTTP-3S !

火箭問世尚不足一世紀,已成為人類執行大氣研究、太空探索任務不可或缺的配備。火箭由上而下大致分為鼻錐、航電系統、壓力容器(燃料儲槽)與推進段,任務成敗端視各個次系統是否順利分工合作。HTTP-3S 為國內學界研發至今最大型的混合式探空火箭,此次發射目的主要為了測試各項系統於高速飛行時的功能,同時做為接下來研發雙節式大型探空火箭的演練。在火箭成功衝向天際這短短幾分鐘的背後,是數不清的摸索、學習、開會討論、模擬、修改、測試、再修改,是跨校團隊無盡心血與經驗累積的成果。在本篇中,筆者將一步步帶您解析HTTP-3S 火箭如何組成,同時介紹ARRC 火箭的演變。

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HTTP-3S 結構圖
HTTP-3S 火箭結構圖(ARRC 小編特別繪製)。

探測任務:鼻錐與酬載

火箭前端尖頭部分稱為鼻錐,是放置酬載(payload,也就是執行探測任務的設備或實驗儀器)的地方。後來加入 ARRC 的中央大學團隊專司大氣研究,在HTTP-3S火箭上多增加了一個酬載。

中央大學太空科學研究所助理教授張起維率領學生自製「罐頭衛星(CanSat)」,從去年底開始與ARRC合作,所開發的「阿亮一號」曾隨交大的小型火箭 APPL-7II 升空測試。此次的「阿亮二號」負責測試高空訊號收發,內建的 GPS 也用來協助火箭回收作業。罐頭衛星外型迷你,在27公分高、直徑21公分的挖空保麗龍圓柱中,放置了一個裝著Arduino控制器的可樂罐,防止與火箭內部其他儀器相互干擾,另有幾組天線放置在可樂罐旁邊。中央大學成員邱奕中說,以後會試著把衛星射出火箭,探測平流層以上的高空資訊。

交大成員將中央大學的罐頭衛星「阿亮二號」裝入火箭鼻錐。衛星可測試高空訊號收發,內建的GPS 也幫助火箭回收作業。
交大成員將中央大學的罐頭衛星「阿亮二號」裝入火箭鼻錐。衛星可測試高空訊號收發,內建的GPS 也幫助火箭回收作業。

控制核心:航電系統

航電系統是控制火箭飛行的「重點部位」,把物品(酬載)載上天的過程是否順利、有沒有偏移,是航電系統關注的目標。航電系統是由成功大學工程科學系副教授何明字帶領的團隊負責,並由交大的陳宗麟老師協助感測器與火箭系統整合。

成大實驗室成員高碩聰就讀博一時加入團隊,自HTTP-1 時期便開始參與。他說,目前航電系統的任務很簡單:回報火箭飛行高度、何時該開啟降落傘、關閉閥門等。航電控制的理想情況是讓火箭能依不同任務執行不同的飛行樣態,但目前還沒有達到該航控目標,不清楚火箭發射後會怎麼飛,所以模擬必須精準,否則無法回收火箭。

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火箭的航電系統大多是將一整臺電腦(PC或工業電腦)放在火箭上,為避免指令錯誤或電腦當機,常會多放幾臺以比對各自指令、聯合執行,或做為備份。不過HTTP-3S不需要用到PC,而是採用單晶片,將程式直接寫在晶片裡,這種簡單的控制器不需灌入作業系統,高碩聰說:「PC的作業系統一定是裝別人的核心,能掌控的東西十分有限,除錯時變得很複雜。」單晶片的體積不但小很多,容易回溯出錯的地方,也可以輕易增加備份或更新,因為架構全利用一個個「node」組成。node是指一個節點,可以把它想成一個電腦或控制器,用在飛行電腦或控制一個閥門,若火箭變成兩節、三節,需要兩三個閥門依序開關,此時再增加一個node即可。目前航電系統分成三層功能各異的次要系統,一個node控制火箭飛行、一個控制閥門開啟、一個專門蒐集資料。

剛開始設計時,為了放進兩套系統,使用了兩塊控制晶片,但晶片之間的溝通線路複雜又容易出錯,到第二版的火箭才換成CANbus(控制器區域網路,為一種通訊協定,允許網路上微控制器和裝置不經由主機控制直接通訊),之後便維持此架構,並依任務需求把架構圖擴大。雙節火箭至少會用到四個node。

火箭上有許多感測器,如經度、緯度、高度、氣壓,以及一些偵測火箭飛行對結構影響、火箭控制會用到的感測器,資料量龐大。在PC中有軟體可處理,但只用node寫程式會很麻煩,團隊便直接使用NI的LabVIEW系統,其讀取感測器資料後,經運算整合再將最重要的資訊傳給團隊。

通訊系統常影響航電,天線功率約7瓦,因為功率大,容易影響航電,負責通訊的北科大團隊與成大團隊常常得一起密集測試,高碩聰回想以前研發的日子,兩團隊在各自的實驗室測試再如何順暢,整合時一定會發生問題!火箭結構甚至也影響航電,原本的火箭外殼是玻璃纖維,HTTP-2β任務時,火箭一切測試都完成後,將火箭纏繞上碳纖維,讓外殼更堅固。殊不知電一開,航電系統就熄了,原以為當機而已,結果整個航電系統燒毀,後來查出原因是碳纖維會導電,電流短路導回航電系統,將航電破壞殆盡,高碩聰說:「為了這問題我們又搞了一個月吧,當時已經做得非常有信心,覺得OK了,結果碳纖維套上去燒掉,聽到又要拆都快哭了!」有了那次經驗,航電段的外殼便維持玻璃纖維。

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高碩聰表示:「航電系統目前負責的工作就是讓火箭能順利的飛上去,還沒有做到飛行時的控制,希望之後能完成這個目標。」未來HTTP的航電系統會分為兩大部分,一個負責各感測器的資料處理,另一個則是控制單元。火箭飛行的時候,飛航電腦會同時檢測路徑是否符合軌道,不符合預定軌跡便會以控制噴嘴等設備即時修正,做到真正的控制。

成員將鼻錐與航電系統段相接。
成員將鼻錐與航電系統段相接。

支撐火箭的靠山:發射架

IMG_4169 (2)
兩個屏科大成員爬上六公尺高的發射架,檢查安全設備與定位裝置。

發射架是發射火箭時要最先搞定的工作。屏科大學生們比其他團隊早了四天到試射地點,焊接、組裝樣樣來。現場總有許多突發狀況,為避免強風或其他因素導致發射架升起未達指定位置,兩個學生扣上安全索,爬上六公尺高的發射架,檢查安全設備與定位裝置。

回顧最初的HTTP-1火箭,因尺寸小,發射架升起只靠人工舉起;但隨著火箭不斷的改良,HTTP-3S火箭比前兩代火箭重了三倍,得重新量身打造發射架。

HTTP-3S 發射架的結構剛性與強度是依照預計明年發射的HTTP-3雙節火箭而建造,主導設計的是屏東科技大學團隊成員陳庭維和黃詮峻。屏科大團隊原負責火箭結構、壓力容器等,HTTP-3S 任務首次將發射架也交給他們處理。

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一開始陳庭維在網路上搜尋各式各樣的發射架資料與圖片,先模仿再修改。最後設計了三腳支撐式的發射架,中間升起部分採用油壓機構升降,概念設計完,便建立電腦圖檔、分析機構動作與強度等一連串測試,結果相當順利,也符合想像的作動方式。挑戰來自最終的實作。

有位李總經理自HTTP-1任務起便熱心幫忙,陳庭維帶著工程圖與他討論,李總指出許多錯誤與實務經驗,陳庭維北上前往李總公司討論發射架設計問題的次數多到記不清,繪製的工程圖超過500張,陳庭維轉述李總反應:「你們老師敢把這麼大的案子交給一個學生,真的很大膽!」甚至笑陳庭維也傻傻的一個人接下來了,他認為,這在外面別說要單一個全職的工程師負責,連一整個團隊來負責,他都會感到緊張。後來黃詮峻接力設計出雙塔式衍架結構。

黃銓峻一樣從CAD 開始設計CAE的結構強度分析,繪製、修改工程圖的過程彷彿永無止境,接著還要克服場地問題、升降機構以及主結構,最大難題是升降機構電控部分,因團隊對機構電控是外行,便請外面的廠商設計電控系統。黃銓峻與廠商不斷溝通,走過繪製、修改工程圖的無限迴圈,到了最後獨自操作發射架升降的步驟,這是實現設計最重要的一環,卻又發生升上去但未達高度、上去了降不下來等問題,成員頂著大風爬到六米高的桁架,陳庭維說:「那種站高處,風一直迎面想把你拍打下去的感覺真的十分嚇人。但是我們都知道現在不是驚嚇的時候,要趕緊找出問題,最後發現,原來是焊接加工上的誤差以及熱變形所造成的尺寸偏差。一點點突起塊就讓整個發射架下不來!」

為桁架漆上白色(與火箭的鮮橘色相搭配)後,終告完工!發射前,桁架進行了最終演練,每個環節都小心翼翼地再三確認與測試,當火箭上架就定位,成員依已演練了50次以上的SOP,慢慢將發射架升起。當天正好為滿月,火箭升起的姿態像要前往月亮一樣。「雖然發射架舉升至預計位置不過約10分鐘,但是這十分鐘對於我們來說像是10年。」

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ARRC 成員將火箭架上桁架,隨後桁架與火箭測試升降。
ARRC 成員將火箭架上桁架,隨後桁架與火箭測試升降。
火箭桁架升起。
火箭桁架升起。

動力來源:壓力容器(氧化劑高壓儲存槽)

壓力容器攸關火箭是否能穩定搭載燃料進行飛行任務,此工作由屏東科技大學團隊負責,帶領該團隊的胡惠文教授在美國普渡大學正是專攻複合材料研究,不過團隊由理論過渡到實作,依然經過了漫長時間的摸索。複合材料成本及技術門檻都很高,對「初學者」負擔很大,最初設計的笑氣高壓儲存槽(一般稱為壓力容器,pressure tank)是採用重量較輕且強度不遜鋼材的鋁合金做為壓力容器的主要材料。

然而,鋁合金銲接是一大挑戰,因其銲接後強度會降低一半以上,曾因此發生壓力容器強度不夠,灌氣程序失敗。團隊不得不導入複合材料,在鋁合金內膽上貼上玻璃纖維。HTTP-1成功發射後, 團隊進一步研究複合材料的材料與製程,材料從玻璃纖維轉而更高階的碳纖維,製程由手積層轉成更為複雜的機械纏繞。

然而, 下一次的HTTP-2α並未追隨HTTP-1 的腳步直衝天際,團隊無法驗證更換材料與製程後的壓力容器,是否可穩定搭載燃料進行飛行任務。因壓力容器的結構耐壓性遲遲達不到預期等級,接下來的任務延後。直至HTTP-2β成功發射,有了成功經驗,3S的製程才變得相對從容,現在內膽為相對好焊接的不鏽鋼,也避免熱漲冷縮造成纖維脫層。

儲存槽不能受壓太久,灌氣的時程須由火箭發射時間往前回推。HTTP-3S於3月24日清晨發射,灌氧化氮的時機就定在前一天傍晚。約十位交大團隊的成員留在發射場將98公斤的笑氣灌入火箭儲存槽。灌氣時須退至場邊,並透過電腦以攝影機監看鋼瓶的重量。當鋼瓶重量減輕20公斤後,就得將鋼瓶從吊車卸下換上新的,如此換了5瓶,灌氣程序耗費兩個小時,就ARRC的經驗算快。晚上大家分組輪流到發射場守夜,等候隔天清晨發射作業。

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正在為火箭換裝笑氣的鋼瓶,要灌入將近100 公斤的笑氣。成員退到離火箭二三十公尺遠的空地邊界,監看螢幕轉播灌氣過程與鋼瓶重量。
成員正在為火箭換裝笑氣的鋼瓶,要灌入將近100公斤的笑氣。
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成員退到離火箭二三十公尺遠的空地邊界,監看螢幕轉播灌氣過程與鋼瓶重量。

與火箭「對話」:通訊系統

一次次任務會訂定火箭飛行高度的目標,這就牽涉到通訊,沒有訊號回傳就無法確定火箭高度。高碩聰笑說,火箭若訊號不好或失去通訊,成大和北科大團隊就會「吵架」,互開玩笑:「我們的電腦都活著,都是你們的通訊沒有把訊號打下來,害我們不知道資料。」而北科大團隊也「不甘示弱」:「我們天線好好的,是你們電腦當機,不把資料打下來我有什麼辦法?」到目前為止,出狀況時仍無法完全確定是電腦或天線的問題,只能概略猜測。

通訊系統由北科大電子工程系教授林信標帶領團隊設計研發,主要負責的學生為碩二學生劉訓彰。無線電看不到摸不著,得從一次次實驗歸納各個情境下通訊的表現結果,在火箭這種高速移動的物體上通訊與地面的長距離測試狀況又有所不同,劉訓彰說:「在地面上最接近的東西是高鐵吧,但又不太可能把這系統掛在高鐵車廂外面,趁它行車時測試,所以得不斷模擬。」

ARRC 團隊研製了2.4GHz 與434MHz 的雙頻段收發系統, 並自製火箭端的兩頻段 PA 與天線, 可達數百公里的傳輸距離。團隊也打造出「分散式連網地面接收系統」,在地面上離火箭發射點約50公尺處的涼亭設有一通訊站、安檢所的頂樓與地面各一站、試射處直線距離1公里與4公里處左右各有一站,由五個點同時接收火箭傳下的訊息,比對通訊狀況。同時,也將重要資訊即時傳輸到遠端控制中心的雲端平臺。

隨著一次次任務,團隊不斷改良錯誤率、通訊品質,在正式發射HTTP-3S 時,通訊系統的表現不負眾望。火箭全程飛行過程中,所有飛行電腦與導航感測資料均順利下傳至分散式連網地面接收系統,堪稱最順利的一次。劉訓彰回想起發射HTTP-3S這段過程仍「餘悸」猶存:「要發射時我幾乎看到人生跑馬燈!想說要是沒成功收到訊號一定又要被罵得很兇,心情很緊繃,接收很順利心裡反而異常平靜,喔,資料有收到,很好。」

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發射之後:Yo-yo減滾系統與降落傘回收系統

火箭破空後會自然旋轉以保持穩定,但轉速太快會讓火箭上儀器無法運作,太空中心提供的 Yo-yo 減滾儀器(despin device)是由 ARRC 的屏科大團隊研發。減滾儀器將火箭由每秒2轉減至每秒0.5轉,讓火箭保持穩定的同時維持正常通訊。

發射後要讓火箭順利回收, 降落傘系統是關鍵。它能讓火箭以安全速度降落,太快可能損傷火箭本體,太慢則可能讓火箭在降落過程中飄太遠(因無法控制降落方向,只能任其隨風飄盪)。

為了降低重量,傘繩和布料通常使用目前最輕薄且強度最高的尼龍材質,尼龍布為永樂市場購入,夠細又強度高的理想繩子則是在釣魚店找到。負責降落傘系統的交大團隊成員魏世昕自力縫製降落傘,目前已製作了十頂以上,只要成功回收就能重複使用。魏世昕表示,比較麻煩的是系統設計,要如何依火箭速度與高度,設計不同開傘程序,讓火箭安穩降落,是一門很大的學問。若是開傘時速度過快,會造成極大的瞬間拉力,不僅可能損壞降落傘與火箭,甚至會造成傘繩斷裂、火箭直接墜落,所以得設計一系列程序來進行。

為讓測試符合真實情境,降落傘始終是APPL火箭飛行測試項目之一,但在這之前還要小測試,專業方式是靠風洞,但學校沒有足夠大的風洞,當地科技公司的風洞也只能測試小傘。魏世昕的方法是跑到校內最高的樓層(11樓),將降落傘綁著水桶丟下去(但高度不足,仍有測試限制)。

設計隨著每次任務有所差異,第一代是利用火藥將降落傘連同鼻錐彈射出去;第二代都是藉火箭在中間分節後, 再以火藥從分節區彈出降落傘,分節的設計是利用爆炸螺栓,將扣緊的兩節火箭斷開; 第三代時,因3D列印技術更趨成熟,零件製作也彈性許多,改為用火藥從火箭側邊彈出。三種設計在 APPL 系列都成功過,可惜在 HTTP 系列時變數複雜很多,未能看見降落傘系統成功執行。

成員正在組裝火箭的回收系統(連接傘繩與啟動降落傘的線路等)。
成員正在組裝火箭的回收系統(連接傘繩與啟動降落傘的線路等)。

後記

從新竹到屏東發射地,車程足足要8小時。發射時剛好遇到鋒面,ARRC團隊在狂風與陰翳天空下工作了四天三夜。因為團隊還沒有固定的研究基地,所有東西得搬來搬去,ARRC團隊就這麼頂著狂風,從黎明到薄暮進行一連串工作:整地、建航架、火箭組裝、上架、測試系統、灌燃料、航電聯測等等,到最後發射火箭。

3月24日,清晨陽光終於透出雲隙,長6.3公尺、直徑40公分、重300公斤的單節火箭 HTTP-3S 藉1,000 公斤重的推力衝上天際。火箭最後落於太平洋海面,可惜海象差而無法出海打撈回收。此次發射任務結束後,還有下一階段更繁重的雙節式探空火箭HTTP-3 任務, 期待ARRC前瞻火箭中心一步步走向太空!

HTTP-3S 冒出噴流、正要發射上天的瞬間時刻。
HTTP-3S 冒出噴流、正要發射上天的瞬間時刻。

 

歷代HTTP火箭資訊

HTTP-1 HTTP-2α HTTP-2β HTTP-3S
長度 4.2公尺 4.5公尺 4.9公尺 6.3公尺
直徑 15公分 15公分 20公分 40公分
重量 55公斤 64.5公斤 97公斤 300公斤
發射時間 2010.9.16 2011.9.3、9.4 2013.9.23 2014.3.24
火箭構造特點 成大自製飛行電腦。通訊天線採環形天線。 壓力容器與尾翼採用碳纖維(在此之前,壓力容器採玻璃纖維+鋁合金內膽,其餘為金屬骨架+薄玻纖外殼,唯燃燒艙為純鋁合金。) 燃燒艙採不鏽鋼+碳纖結構。通訊天線採子彈型天線。
飛行結果 順利發射。 燃料槽的控制閥出問題,火箭停留原地無法發射。 火箭順利射上接近10公里高空,唯通訊狀況不佳。 順利發射。通訊資料最完整的一次。

 

文章原文刊載於《ROBOCON》國際中文版2015/1月號

2015.03.18補充資訊:
台製前瞻火箭,即將升空,需要你的火力支援校園火箭隊!
火箭大叔前瞻計劃

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馥林文化_96
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馥林文化是由泰電電業股份有限公司於2002年成立的出版部門,有鑒於21世紀將是數位、科技、人文融合互動的世代,馥林亦出版科技機械類雜誌及相關書籍。馥林文化出版書籍http://www.fullon.com.tw/

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喝鮮奶真的能長高?拆解營養素與身高的關鍵連結!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/17 ・3185字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 食力foodNEXT 合作,泛科學企劃執行。

日本的兒童與青少年在 1960 年代開始,身高像是坐上了成長的直升機!有人說,關鍵就在於1964年推動的學童乳政策,這一喝就是 60 年,讓孩子們「蹭蹭蹭」地長高。

那麼台灣呢?從 2010 年與 2015 年,嘉義、雲林率先實行學童乳政策,到 2024 年在進一步全國推動「班班有鮮奶」,我們的孩子也有這樣的機會長高嗎?但如果孩子長不高,真的是因為牛奶喝不夠嗎?其實,想要孩子長個子,還有更多「長高密碼」!

為什麼長不高?哪些因素決定身高?

人的身高是高是矮,有 80% 來自於基因決定。圖/envato

到底是先天還是後天在主宰我們的身高?科學家告訴我們,影響身高的原因,有 80% 來自基因!到目前為止,已經辨識出 700 多個基因和身高有關,其中一部分是影響骨骼中的生長板,另一部分則影響身體荷爾蒙的分泌,這些基因一起合力,最終決定了我們的身高表現。

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影響荷爾蒙分泌的基因,就像人體的「身高總指揮」,主要控制三大荷爾蒙:生長激素、甲狀腺素和性激素。

  • 生長激素是由腦下垂體分泌的,如果人體生長激素分泌較少,身高也會明顯受影響,也就是身高比較矮。
  • 甲狀腺素則是幫助粒線體這個「細胞能量工廠」順利運作,讓細胞有充足能量來代謝與生長。如果甲狀腺素分泌不足,細胞發育自然跟不上,就會影響身高表現。
  • 性激素則是影響生長板與肌肉的關鍵!例如,女性賀爾蒙分泌旺盛,會促使骨骼中的生長板提早關閉,所以女性平均身高比男性矮。而男性賀爾蒙不僅有助骨骼發育,還能增加肌肉量,讓身材更高挑結實。

所以,基因是命定的,後天就無法再突破了嗎?其實不然!雖然基因決定了大部分,但後天的努力也有很大空間來改變結局!接下來,我們就來看看後天四大關鍵:飲食、運動、睡眠和環境,如何影響孩子的身高成長!

後天逆轉勝!抓住長高的四大黃金關鍵

長高需要什麼?首先,飲食是關鍵!長高需要足夠的營養素,充足的蛋白質、鈣質與維生素能幫助骨骼發育,而均衡飲食則是孩子長高的基石。除此之外,運動也不可或缺,發育中的孩童建議每天至少一小時的運動,包括阻力訓練、有氧運動和放鬆運動等,能讓肌肉與骨骼的發育更加堅實,並且維持正常體重,促進生長激素分泌。

睡眠則是很多家長容易忽略的重要因素 。研究顯示,生長激素的分泌高峰在晚間 11 點至凌晨 1 點,以及清晨 5 點至 7 點。因此,確保孩子有規律且足夠的睡眠時間,可以顯著提升骨骼生長效率。

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最後,外在環境因素也會影響兒童身高。例如,空氣污染及鉛、鎘等有害物質可能阻礙發育。為了給孩子最好的成長環境,就要避開這些污染源。

盤點完這些後天因素後,我們不禁要問:牛奶真的能幫助長高嗎?答案將隨著我們深入探討後揭曉!

喝牛奶真的能幫助長高?

後天因素同樣會影響兒童身高,那喝牛奶會有幫助嗎?圖/envato

聯合國對於發育遲緩之定義,是該年齡孩童所測量身高,低於世界衛生組織制定的身高標準中位數 2 個標準差,就視為發育遲緩。

2023 年一篇跨國研究研究顯示,增加乳製品攝取能降低發育遲緩比例。

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當然,乳製品消費量增加可能也代表當地正在經濟成長,可能從其他面向影響飲食。為了避免其他因素干擾,這份研究也納入了人均 GDP、兒童扶養比、人口成長率、農村電氣化比例與女性參與勞動比等等變數進行控制。此外,該篇研究還另外指出乳糖不耐症常見於青少年與成人,對孩童沒有影響,因此不必過於擔心。

總之,喝牛奶的確可能對長高有幫助,但牛奶只是眾多因素之一。而更重要的是,台灣孩童真的缺這一杯鮮奶嗎?

牛奶的確對身高的發育有幫助,但台灣的學童真的缺奶嗎?

根據《國民營養健康狀況變遷調查》,除了 1-3 歲的幼兒外,其他年齡層的乳品攝取量都遠低於建議標準。特別是 7-18 歲的學童,乳品攝取量僅達建議量的一半,顯示台灣兒童的乳製品攝取明顯不足。事實上,7-18 歲的學童中,有 8 成每天攝取不到 1 份乳品,這對正在生長期的孩子來說,營養攝取遠遠不夠。

然而,學童缺的不僅是鈣,還有維生素 D。根據 2008 年一篇回顧性的研究,維生素D對身高發育與鈣質同等重要。如果鈣和維生素 D 攝取不足,會影響骨骼發育。1999 年中國的實驗研究指出,飲用牛奶能有效促進身高,尤其是加強維生素 D 的補充後,骨密度顯著提高。

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那麼,台灣學童的鈣與維生素 D 攝取是否足夠呢?答案是遠遠不夠!根據國民健康署的調查,7-18 歲的學童,鈣的攝取量平均不到建議量的一半,維生素 D 的攝取量甚至只有四成多。這樣的營養狀況,怎麼能夠提供足夠骨骼發育的營養環境?

更令人關注的是,這些營養缺口與乳品攝取不足有直接關聯。每份乳品大約含有 240 毫升牛奶,其中含有 240 毫克的鈣質及 3 微克的維生素 D。根據國民健康署採用的推薦膳食攝取量(RDA),每天需要的鈣質約為 1000 毫克,維生素 D 則是 15 微克,如果每人每天攝取2份乳品類,加上其他的飲食攝取,就有機會補足鈣與維生素 D 的缺口。

此外,牛奶中的鈣質容易被人體吸收。牛奶有三分之一的鈣是以游離態存在的,能夠直接被吸收,剩餘的鈣與酪蛋白結合,當人體消化酪蛋白時,這些鈣質也會被釋放,然後被人體吸收。事實上,人體對牛奶鈣質的吸收率為 32.1%,遠高於其他食物。因此,想要補充鈣質,牛奶無疑是最佳選擇。

人體對牛奶的吸收率達 32.1%,是補鈣的理想選擇。圖/envato

喝的不是鮮奶,而是加溫處理後的保久乳,營養素會被破壞嗎?

至於保久乳的營養價值問題,根據國民健康署 2021 年針對這個問題,提出了說明。鮮乳是生乳經過短時間高溫或超高溫殺菌方式所製成,所以無法達到完全滅菌,保存期間較短,而且需要冷藏。保久乳則是透過高溫或高壓滅菌,並且以無菌的填充方式放入無菌包材,所以能夠保存較久。

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根據食品藥物管理署營養成分資料庫,鮮乳跟保久乳中的蛋白質、脂肪、碳水化合物(乳糖)、礦物質及維生素都沒有太大差異,只有少數熱敏感的營養素,像是維生素 C 會稍微少一點外,其他成分大致上都一樣。所以,不管是鮮乳還是保久乳,在營養成分上差異不大!

另外,許多父母擔心乳糖不耐症影響孩子喝牛奶、容易引起腹瀉。牛奶中含有乳糖,而乳糖是一種雙醣,由半乳糖與葡萄糖所構成。人體想要運用乳糖,需要先把它分解成半乳糖與葡萄糖,這時候需要一種特別的腸道酵素:乳糖酶。在兒童時期乳糖酶會正常分泌,這是為了要分解母乳,隨著年齡增加,乳品類食物逐漸減少,人體的乳糖酶漸漸地分泌越來越少。然而,這並不代表不能喝牛奶。透過逐步攝取少量低乳糖的牛奶製品,或使用乳糖酶補充品,都有機會能改善不適,重新恢復對牛奶的耐受力。

總結來看,牛奶確實能補足我們失落的鈣質和維生素 D 缺口。這些營養素,也確實與身高有關。但別忘了,影響身高的因素有很多,飲食、運動、睡眠和環境等各方面都不可忽視!補充足夠的營養素,並搭配運動和良好的作息,將會是孩子的身高發育的關鍵。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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當開發遇上「術前檢查」:環境影響評估大揭密!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/16 ・4339字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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本文由 環境部 委託,泛科學企劃執行。 

無論是在立法院的質詢臺,還是網路媒體或社論上,你應該經常聽到「環評」這個詞吧?它的核心理念其實很簡單,就是要在「經濟發展」和「環境保護」之間取得平衡。不管是建設重金屬冶煉廠、台積電進駐,還是打通山壁開闢新道路,都必須經過像動手術前的詳細檢查一樣,透過環評的嚴謹審查程序,確保這些開發不會對環境造成過度或無法挽回的損害。

 環評的概念起源於 70、80 年代,當時大規模開發導致嚴重的環境破壞,人們開始反思,發現單靠法規和污染處理技術不足以應對這些問題,環境惡化越來越嚴重,於是「事前預防」的想法應運而生。

我國的環評制度是借鑒美國的經驗,但並不是所有開發案都需要環評,只有那些可能對環境產生較大影響的開發行為,才需要在開發前進行環評。環評其實是開發許可的一部分,環保機關負責審查環評報告,並擁有否決權。但即便環評通過,並不代表開發案就能立即進行,最終的開發許可還是需由相關主管機關綜合考量政治、經濟、環境等多方面因素後,才能做出決定。

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環評到底在忙什麼?

環評的全名為「環境影響評估」(Environmental Impact Assessment, EIA)。就像動手術會有術前檢查、術後定期追蹤及按時服藥,健康的把關需要仰賴定期進廠維修,同樣在開發行為實施前,我們需要評估其可能對環境造成的影響,提出相應的預防或減輕措施,施工中或營運後也需要由目的事業主管機關來進行追蹤,並由環保機關進行監督,確保不會進一步損害環境品質。

環評負責評估開發對環境的影響,並制定措施與監督確保環境品質。圖/envato

雖然「環評」這個名字大家耳熟能詳,但實際上它的評估過程可一點也不簡單,就像醫療檢查一樣,科學、客觀且精密,評估項目可不只侷限在空氣品質、水質或土壤是否受農藥或化肥影響、生態景觀與棲地等和自然環境切身相關的議題。根據環評法第 4 條規定,評估還涵蓋了社會、經濟、文化等多個層面。

環評就像是開發案的「術前檢查」,確保開發行為不會對環境造成不必要的風險和破壞。那麼,大家常聽說環評要耗費很長時間,那它到底在忙什麼呢?其實,環評的目的是要求開發單位對開發可能帶來的環境影響進行詳細調查和分析,這些調查結果會寫成報告,並進行公開,讓社會大眾了解並參與討論。最後,由專家組成的委員會審查,只有通過審查的案子,才有機會繼續進行開發,從而保護我們共同的生活環境。

誰應該接受環評的「考驗」?

根據環評法的立法精神,不是所有的開發案都需要進行環評,環評主要是針對那些可能對環境造成不良影響的開發行為。那麼,哪些開發案需要環評呢?環境部依法訂定了「開發行為應實施環境影響評估細目及範圍認定標準」(簡稱「認定標準」),這些標準主要是根據開發案可能帶來的影響程度、所在的敏感區域(如國家公園、重要濕地、野生動物棲息地等),以及開發的規模(如面積、處理量)來判斷是否需要進行環評。

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舉例來說,像高速鐵路、大眾捷運、機場、離岸風力發電系統等這些建設,不論它們的規模或地點,都必須經過環評。而像科學園區、高爾夫球場的建設,若位於國家公園、重要濕地或野生動物棲息地,也需要辦理環評;至於太陽能光電設施,則是當它位於重要濕地時,才需要進行環評。

宛如開發前的「術前檢查」!淺談環評流程

我國的環評審查採取專家審查機制,環評主管機關依法成立環評審查委員會。委員會的成員包括政府機關的代表和專家學者,其中專家學者的比例不得少於總人數的三分之二。以環境部為例,環境部的環評審查委員會共有 21 位委員,其中 14 位是來自不同專業領域的專家學者,這些專家分別在生活環境、自然環境、社會環境等方面進行把關,確保審查過程的專業性與公正性。

臺灣的環評制度通常分為兩個階段。一階環評是透過報告書撰寫前的公開意見蒐集,開發單位將意見回應情形納入報告書後由專業的環評審查委員進行審查,若經審查後認為開發後對環境有重大影響之虞,則應對症下藥,進入二階環評,這個階段的審查更為嚴謹,並且依法規定進行範疇界定,篩選出環境關鍵項目與因子。整個環評流程大致包括以下幾個重要步驟,讓開發案能夠更透明、公開地接受環境影響的評估與檢驗。

STEP 1 資料填寫:開發行為規劃

這就像醫生在手術前,先為病患制定計畫,並在檢查前登錄好病患的個人資料,例如身分訊息、健康問題、藥物過敏或病史等。同樣地,環評也是這樣運作的。開發單位首先要擬定開發案的規劃,並且將這些內容在網路上公開蒐集意見 20 天,同時也會舉行公開會議,讓大眾參與討論。

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接著,開發單位需要編寫環境影響說明書的主要章節,並且決定是否自願進入二階環評。這個階段開發單位會進行初步的計畫,確認開發的目標與範圍,並評估這個開發案可能對環境產生的潛在影響。這些步驟都是為了確保開發行為在開始前,能夠徹底評估可能的風險和影響

開發單位需撰寫環境影響說明書,初步評估目標、範圍及潛在影響。圖/envato

STEP 2 初步評估:編製環境影響說明書

就像術前檢查結果會匯集成一份醫療報告,在這個階段,開發單位也需要把他們的調查結果、預測和分析整理成一份「環境影響說明書」(簡稱環說書),環說書會說明如何預防或減少對環境的負面影響。

開發單位需要根據作業準則製作環說書,交給目的事業主管機關,確認無非屬主管機關所主管法規之爭點後,再轉請主管機關審查;主管機關確認沒有需要補正的地方(例如:沒有檢具環境保護對策與替代方案、執行評估的人忘了簽名等),環保主管機關所設的「環境影響評估審查委員會」則會著手進入審查階段。

STEP 3 手術可行與必要嗎:審查與結論

這部分就像醫療團隊評估手術的風險。環保機關會審查這份環境影響說明書,專家委員會會進行詳細的審查,並在一定的時間內做出結論。如果所有的環保問題都能得到妥善解決,開發案就能獲得初步通過並公告審查結論,告訴你這個「手術」(開發項目)可不可以做、在甚麼條件下做比較安全,或是可能要再做更進一步的檢查等等。以離岸風電開發為例,可能就會要求開發商調整風機位置,以避開白海豚的棲地。

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對應環評法施行細則裡的審查結論,除了通過審查、不應開發等結果,也可能會出現「有條件通過審查」或「進行第二階段審查評估」的狀態。

STEP 4 完善的手術方案:進入二階環評

就像術前檢查發現可能有重大問題或可能帶來影響的副作用時,醫生可能會要求進行更詳細的檢驗及評估更好的治療方案,環評也是如此。如果第一階段的環評顯示這個開發案可能對環境造成較大的影響,那麼它就必須進入「二階環評」。

進入二階環評的開發案,意味著要進行更加深入的分析與評估。就像醫生要進行更精密的檢查來了解手術風險。除了基本的環評程序,開發單位還需要舉辦公開說明會與範疇界定會議、編製更複雜的「環境影響評估報告書初稿」送目的事業主管機關,目的事業主管機關收到初稿後需進行現場勘查與公聽會,讓當地居民或關心這個開發案的人可以參與,了解開發案的影響,並提出意見。

二階環評需更深入分析,與舉辦說明會、公聽會,讓居民一同參與評估影響。圖/envato

同時,開發單位也要依據這些意見,編製更詳細的「環境影響評估報告書」,將所有的調查、分析結果都納入評估報告書中,才能由目的事業主管機關轉送環保主管機關審查。而如果在審查過程中發現需要修改或補充資料,就像醫生建議調整手術計畫一樣,開發單位會進行修正,並重新提交補正及取得定稿備查。只有在所有問題解決後,開發案才是真正通過環評審查並進入下一階段。

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如果在你生活周遭環境的開發案正好遇到環評的爭議,或者你關心的案件正在環評階段,你可以隨時上「環境部環評書件查詢系統」(https://eiadoc.moenv.gov.tw/eiaweb/)查詢相關的最新資訊。不僅如此,環評審查委員會的會議還有線上直播,讓大家能夠親自參與,為國內的開發案共同把關!

整個環評流程耗時多久?

環評法第 7 條規定,主管機關在收到環境影響說明書後,必須在 50 天內完成審查並公告結果,並通知相關主管機關和開發單位。如果遇到特殊情況,最多可以再延長 50 天。

根據環評法施行細則第 15 條,這個審查期限是從開發單位備妥所有資料,並繳交審查費後開始計算。但是有一些情況是不計入這個審查時間的,包括:

  1. 開發單位補充資料所花的時間。
  2. 請目的事業主管機關就法規進行釋疑,且不超過 60 天的時間。
  3. 其他不可歸責於主管機關的可扣除天數。

因此,整個環評流程的時間會因為不同情況有所變動,但主管機關的基本審查時間是 50 天內,特殊情況最多延長至 100 天。

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然而,實際所需要的時間,可能會根據開發案的複雜程度而有所不同。就像去放射科拍攝X光可能只要一、兩分鐘,但如果要做電腦斷層,可能就需要半個小時左右。

同樣地,根據環評法的規定,環境影響說明書的審查通常在收到資料後的 50 天內完成,若是進入二階環評,審查時間則是 60 天。聽起來似乎不算太久,通常三、四個月就能有結果。

但實際上,環評過程常常會因各種原因延長時間。環境部目前也正在進行環評總體檢,蒐集各界的意見,逐步檢視現行制度,並作為未來修正相關法規的參考依據。

環評帶來的效益是全方位的,它不僅幫助我們在追求經濟發展的同時,兼顧環境的永續。透過環評,開發行為的潛在風險可以提前被識別,並且在問題發生前採取預防和減輕措施。這樣的過程不僅讓開發行為更具透明度,減少未來可能面臨的環境爭議和成本,還能促進社會對環境議題的關注與參與。期待隨著法規的修正與完善,未來的環評制度在效率、透明度與公眾參與等方面有望取得更大進展,為可持續發展提供更有力的保障。這不僅是對環境的保護,更能促進經濟發展和社會福祉,實現政府、企業和民眾三贏的局面,讓我們共同打造一個更健康、更永續的未來。

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當心網路陷阱!從媒體識讀、防詐騙到個資保護的安全守則
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/17 ・3006字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文由 國家通訊傳播委員會 委託,泛科學企劃執行。 

網路已成為現代人生活中不可或缺的一部分,可伴隨著便利而來的,還有層出不窮的風險與威脅。從充斥網路的惡假害訊息,到日益精進的詐騙手法,再到個人隱私的安全隱憂,這些都是我們每天必須面對的潛在危機。2023 年網路購物詐欺案件達 4,600 起,較前一年多出 41%。這樣的數據背後,正反映出我們對網路安全意識的迫切需求⋯⋯

「第一手快訊」背後的騙局真相

在深入探討網路世界的風險之前,我們必須先理解「錯誤訊息」和「假訊息」的本質差異。錯誤訊息通常源於時效性考量下的查證不足或作業疏漏,屬於非刻意造假的不實資訊。相較之下,假訊息則帶有「惡、假、害」的特性,是出於惡意、虛偽假造且意圖造成危害的資訊。

2018 年的關西機場事件就是一個鮮明的例子。當時,燕子颱風重創日本關西機場,數千旅客受困其中。中國媒體隨即大肆宣傳他們的大使館如何派車前往營救中國旅客,這則未經證實的消息從微博開始蔓延,很快就擴散到各個內容農場。更令人遺憾的是,這則假訊息最終導致當時的外交部駐大阪辦事處處長蘇啟誠,因不堪輿論壓力而選擇結束生命。

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同年,另一則「5G 會抑制人體免疫系統」的不實訊息在網路上廣為流傳。這則訊息聲稱 5G 技術會影響人體免疫力、導致更容易感染疾病。儘管科學家多次出面澄清這完全是毫無根據的說法,但仍有許多人選擇相信並持續轉發。類似的例子還有 2018 年 2 月底 3 月初,因量販業者不當行銷與造謠漲價,加上媒體跟進報導,而導致民眾瘋狂搶購衛生紙的「安屎之亂」。這些案例都說明了假訊息對社會秩序的巨大衝擊。

提升媒體識讀能力,對抗錯假訊息

面對如此猖獗的假訊息,我們首要之務就是提升媒體識讀能力。每當接觸到訊息時,都應先評估發布該消息的媒體背景,包括其成立時間、背後所有者以及過往的報導記錄。知名度高、歷史悠久的主流媒體通常較為可靠,但仍然不能完全放下戒心。如果某則消息只出現在不知名的網站或社群媒體帳號上,而主流媒體卻未有相關報導,就更要多加留意了。

提升媒體識讀能力,檢視媒體背景,警惕來源不明的訊息。圖/envato

在實際的資訊查證過程中,我們還需要特別關注作者的身分背景。一篇可信的報導通常會具名,而且作者往往是該領域的資深記者或專家。我們可以搜索作者的其他作品,了解他們的專業背景和過往信譽。相對地,匿名或難以查證作者背景的文章,就需要更謹慎對待。同時,也要追溯消息的原始來源,確認報導是否明確指出消息從何而來,是一手資料還是二手轉述。留意發布日期也很重要,以免落入被重新包裝的舊聞陷阱。

這優惠好得太誇張?談網路詐騙與個資安全

除了假訊息的威脅,網路詐騙同樣令人憂心。從最基本的網路釣魚到複雜的身分盜用,詐騙手法不斷推陳出新。就拿網路釣魚來說,犯罪者通常會偽裝成合法機構的人員,透過電子郵件、電話或簡訊聯繫目標,企圖誘使當事人提供個人身分、銀行和信用卡詳細資料以及密碼等敏感資訊。這些資訊一旦落入歹徒手中,很可能被用來進行身分盜用和造成經濟損失。

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網路詐騙手法不斷進化,釣魚詐騙便常以偽裝合法機構誘取敏感資訊。圖/envato

資安業者趨勢科技的調查就發現,中國駭客組織「Earth Lusca」在 2023 年 12 月至隔年 1 月期間,利用談論兩岸地緣政治議題的文件,發起了一連串的網路釣魚攻擊。這些看似專業的政治分析文件,實際上是在臺灣總統大選投票日的兩天前才建立的誘餌,目的就是為了竊取資訊,企圖影響國家的政治情勢。

網路詐騙還有一些更常見的特徵。首先是那些好到令人難以置信的優惠,像是「中獎得到 iPhone 或其他奢侈品」的訊息。其次是製造緊迫感,這是詐騙集團最常用的策略之一,他們會要求受害者必須在極短時間內作出回應。此外,不尋常的寄件者與可疑的附件也都是警訊,一不小心可能就會點到含有勒索軟體或其他惡意程式的連結。

在個人隱私保護方面,社群媒體的普及更是帶來了新的挑戰。2020 年,一個發生在澳洲的案例就很具有警示意義。當時的澳洲前總理艾伯特在 Instagram 上分享了自己的登機證照片,結果一位網路安全服務公司主管僅憑這張圖片,就成功取得了艾伯特的電話與護照號碼等個人資料。雖然這位駭客最終選擇善意提醒而非惡意使用這些資訊,但這個事件仍然引發了對於在社群媒體上分享個人資訊安全性的廣泛討論。

安全防護一把罩!更新裝置、慎用 Wi-Fi、強化密碼管理

為了確保網路使用的安全,我們必須建立完整的防護網。首先是確保裝置和軟體都及時更新到最新版本,包括作業系統、瀏覽器、外掛程式和各類應用程式等。許多網路攻擊都是利用系統或軟體的既有弱點入侵,而這些更新往往包含了對已知安全漏洞的修補。

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在使用公共 Wi-Fi 時也要特別當心。許多公共 Wi-Fi 缺乏適當的加密和身分驗證機制,讓不法分子有機可乘,能夠輕易地攔截使用者的網路流量,竊取帳號密碼、信用卡資訊等敏感數據。因此,在咖啡廳、機場、車站等公共場所,都應該避免使用不明的免費 Wi-Fi 處理重要事務或進行線上購物。如果必須連上公用 Wi-Fi,也要記得停用裝置的檔案共享功能。

使用公共 Wi-Fi 時,避免處理敏感事務,因可能存在數據被攔截與盜取的風險。圖/envato

密碼管理同樣至關重要。我們應該為不同的帳戶設置獨特且具有高強度的密碼,結合大小寫字母、數字和符號,創造出難以被猜測的組合。密碼長度通常建議在 8~12 個字元之間,且要避免使用個人資訊相關的詞彙,如姓名、生日或電話號碼。定期更換密碼也是必要的,建議每 3~6 個月更換一次。研究顯示,在網路犯罪的受害者中,高達八成的案例都與密碼強度不足有關。

最後,我們還要特別注意社群媒體上的隱私設定。許多人在初次設定後就不再關心,但實際上我們都必須定期檢查並調整這些設定,確保自己清楚瞭解「誰可以查看你的貼文」。同時,也要謹慎管理好友名單,適時移除一些不再聯繫或根本不認識的人。在安裝新的應用程式時,也要仔細審視其要求的權限,只給予必要的存取權限。

提升網路安全基於習慣培養。辨識假訊息的特徵、防範詐騙的警覺心、保護個人隱私的方法⋯⋯每一個環節都不容忽視。唯有這樣,我們才能在享受網路帶來便利的同時,也確保自身的安全!

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