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具垂直起飛與降落功能的混合式火箭飛行導控系統

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具垂直起飛與降落功能的混合式火箭飛行導控系統

●技術簡介:
火箭藉由自行開發混合式火箭引擎系統提供推力,進行推力大小控制並搭配推力向量控制系統精準控制火箭姿態與軌跡,達到空中懸浮、垂直起飛與降落飛行展示。主要技術亮點:具10ms近硬即時導控系統、具高度彈性APP型態飛行軟體、具8Hz控制頻寬流量控制系統、具5Hz控制頻寬直驅馬達推力向量控制系統、具真空比衝值305秒的雙氧水混合式火箭引擎系統。
●技術之科學突破性:在2014年,歐洲航太局(European Space Agency, ESA)的SPARTAN計畫項目中,致力於開發一種創新、可推力大小控制的混合式火箭推進系統,並預期透過四組混合式火箭引擎的推力大小控制來穩定飛行體的姿態,並設計能夠在不同行星環境中進行軟著的登陸器。可惜後來因為流量控制閥的推力大小控制頻寬偏低並未成功。
HTTP-3AT火箭總長3.5公尺,最大直徑0.7公尺,無推進劑的重量為257公斤,搭載4顆具有推力向量控制(Thrust Vector Control, TVC)功能的混合式火箭引擎。TVC最大擺角為+/-20度,響應頻寬達5 Hz,通過地面垂直推力靜試驗證。每顆引擎分別可以提供最大120公斤的推力,並配有獨立的氧化劑流量控制閥,可以藉此精準調節引擎推力大小,並提供超過8 Hz的控制頻寬。這些致動器使得本火箭具備姿態和位置控制能力,而兩次懸浮飛行測試則成功初步驗證了混合火箭推進系統具執行垂直起飛和垂直降落(vertical takeoff and vertical landing, VTVL)的跳躍飛行(hopping flight)能力,火箭飛行控制技術可媲美使用液態火箭引擎系統且製造成本更低 (影片:https://www.youtube.com/watch?v=H2boUAMaMMs)。飛行的位置與高度和六自由度模擬的結果十分接近,降落點則距離起飛位置不到0.4公尺,充分驗證了飛行控制器以及各項次系統的設計。階段性完成未來發展衛星載具火箭控制技術之目標以外,同時成功完成了世界首次透過混合式火箭推進系統進行懸浮飛行測試的展示。

●技術之產業應用性:
火箭與太空科技領域一直是相對特別的科學與工程技術,不單是此技術的困難性,還必須結合電子、機械、化工、材料、控制、通訊等等各種跨領域人才的通力合作才有機會達到目標。而太空科技的發展更是一個國家科技、經濟、工業乃至國際政治現實的具體展現。同時太空科技具高度跨領域系統整合、軍民通用、高附加價值、進入門檻高的特性,因此世界各國先進國家無不將太空科技視視為該國重要的戰略資產,對於太空科技的技術移轉或元件輸出皆有嚴格的管制與保護。也因為火箭的原理、外型、甚至技術,不少人都耳熟能詳,火箭發射成功對社會的影響與啟發也因此相當巨大。而在研發過程中也確實獲得各領域產業的協助。此技術使用的直驅馬達及引擎系統中所設計的管路閥件、複合材料氣瓶,航電控制系統的感測器,各種新型材料研發皆與台灣相關的傑出廠商緊密合作。最近十年因為網路科技的快速發展,導致這種太空科技的發展迅速擴散至私人企業,形成所謂「太空經濟」時代。對此,國內許多產、學、研單位都正積極進行太空科技的前瞻研究,可惜欠缺一具成本低廉、性能優異、無軍事敏感度的探空火箭飛試平台可以高頻率與低成本進行太空產品飛行驗證。過去國內的火箭飛試經驗主要是由太空中心透過中山科學研究院發射10次(9次成功、1次失敗)兩節式全固態燃料探空火箭,並利用spin-stabilized進行被動式姿態穩定控制。針對入軌段火箭,尤其需要克服在低環境壓力甚至真空環境中的各種技術挑戰,在推力向量控制、推力大小控制、重複點火能力及輕量化結構設計的條件都是最為嚴苛的,而這也是本技術的主要研究目的:設計未來可應用於衛星運載火箭的系統架構雛形,並藉由懸浮飛行測試,初步驗證混合式火箭的精準飛行控制能力,做為日後研發衛星運載火箭的設計依據。

線上展網址:
https://tievirtual.twtm.com.tw/iframe/586aabf1-0042-4da2-8729-b55d58b56158?group=23bfb1fa-dd5b-4836-81a1-4a1809b1bae5&lang=tw

聯絡人

  • 姓名:彭郁婷

  • 電話:03-5712121分機55177

  • 地址:新竹市東區博愛街75號

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其他資訊

  • 展館別:未來科技館 2023太空科技

  • 所屬代表參展單位:國家科學及技術委員會

  • 主要應用領域:機械與系統

位置 更多資訊

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  • 技術成熟度:實驗室階段

  • 展示目的:研發成果展示

  • 流通方式:自行洽談

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