你可能摺過紙飛機、丟過紙飛機，但你有想過——
如果從國際太空站（ISS）把一架紙飛機丟下來，會怎樣？
圖片作者：ChatGPT
東京大學的兩位老師 Berthet 和 Suzuki，真的把這件事變成了論文。他們用模擬計算與超音速風洞實驗，徹底分析了一架用A4紙摺成的飛機，如果從距離地面400公里的軌道上釋放，會怎麼飛、怎麼滾、怎麼燒，最後怎麼解體。
乍看像玩笑，實則非常科學。這項研究被收錄在2025年的《Acta Astronautica》，是一場以極簡材料挑戰極端環境的科學實驗。
為什麼會想到要做這個研究？
隨著衛星越來越多、太空垃圾問題日益嚴重，科學家開始思考：「我們能不能用便宜、可分解的材料來設計未來的太空載具？」
如果能用紙張代替金屬，讓衛星進入大氣層時自然燃燒；
用超薄紙膜當作減速帆，加速報廢衛星的墜落；
甚至做成「低成本一次性探空裝置」，測量大氣密度。
而紙飛機，就是這種極端想像的一種測試模型。
這架紙飛機長什麼樣？
- 材料：一般A4影印紙（沒有塗層）
- 重量：約 4 克
- 外型：你我小時候最常摺的「飛鏢型紙飛機」
- 結構：前端紙層較厚，質量集中在機頭，有利於穩定飛行
- 分類：超微型衛星，甚至可算是「飛秒衛星」（femtosatellite）
研究團隊假設，將這架紙飛機從 ISS（約400公里高）丟出，初始沒有旋轉，指向飛行方向。
模擬結果：紙飛機的「太空旅程」
研究人員建立了一套數值模擬模型，整合軌道衰減、姿態變化、空氣動力與熱流，進行模擬。他們發現：
因為紙飛機的質量輕、表面積大、「彈道係數」非常低，模擬預測3.5天內就會進入大氣層開始墜落。
在太空中，因為紙飛機的前端重、旋轉慣量小，它能自然朝著飛行方向並維持穩定。但當進入約120 km以下的大氣層後，會因空氣密度迅速增加而開始出現翻滾不穩的情形。
模擬顯示，等到紙飛機進入90–110 km高的區間，它的機頭會受到高達10⁵瓦／平方米的熱流，相當於幾分鐘內暴露在電熱爐前，就算不起火也會炭化。
模擬是一回事，當然還需要實驗驗證。所以，研究團隊還把一架縮小版紙飛機（1/3比例，約10公分長）放進東京大學的超音速風洞中測試。
圖片作者：ChatGPT
他們把風速設定為Mach 7，也就是音速的七倍；而環境條件則相當於大氣層中30–40公里處。
結果他們發現，紙飛機的機頭在測試後呈現明顯變形、焦黑；機身明顯出現彎曲與熱裂解現象。雖然紙飛機本身沒有立即解體，但燃燒徵象明顯。從錄影觀察他們發現，在整個實驗（歷時7秒）中，前5秒是變形期，之後穩定。
這代表什麼？雖然風洞環境與實際大氣層不同（尤其在動壓方面），但實驗熱流與模擬預測一致，都足以引發燃燒或碳化。
這就意味著，如果我們從太空站丟出一架紙飛機，最後它會被「化骨揚灰」。
不過，雖然這架紙飛機最終會在高空中燒成灰，但這不代表它「沒用」。反而，它帶來了幾個有趣的應用可能：
- 大氣探測：既然紙飛機對大氣密度變化高度敏感，只要能精準追蹤軌道，就可以反推空氣密度。
- 比起金屬薄膜（如Mylar、Kapton），紙張較環保、易燃燒，適合做成一次性報廢衛星的減速器。
- 紙飛機可以搭載超薄感測器、電池、甚至小型通訊元件，進行幾天內完成的實驗任務。這樣可以降低這些實驗設備的造價。
- 若能直播紙飛機在太空中滑翔墜落的畫面，比任何科普動畫都震撼人心。畢竟，誰沒玩過紙飛機呢？
不過，要真的把紙飛機拿來應用，還要處理一些問題：
首先，紙飛機的尺寸小、雷達反射差，所以很難用地面設施監控；
其次，雖然紙的主要成分是植物纖維，但不同的紙還含有如碳酸鈣、矽酸鹽、可能的重金屬化學劑等物質，所以也不見得一定很環保；
第三，除非加裝反光裝置或太陽帆，否則要改變紙飛機的軌道或姿態很難。
在太空站玩紙飛機，聽起來就不像研究。但是並不是這樣！研究團隊透過紙飛機的測試，在思考未來的太空材料與設計哲學。
這篇研究最迷人的地方，不是飛機會不會燒掉，而是可以去太空站玩紙飛機（大誤）。研究團隊問的問題是「我們能否用最簡單的東西，做最極端的實驗」。它提醒我們，太空科學不必一味追求複雜，有時反而需要回到極簡的思考與測試。
這就像是太空科學界的《貧民百萬富翁》，用一張紙，勇敢地飛向人類知識的未知邊界。
參考文獻：
Berthet, M., & Suzuki, K. (2025). Study on the dynamics of an origami space plane during Earth atmospheric entry. Acta Astronautica, 236, 263–270. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2025.06.052
