HTTP-3AT計畫 混合式火箭的繫留懸浮飛行測試

This is Hybrid Rocket Science！

2020年 8月20日是個值得紀念的一刻，歷時五個月，開了不下十次的測試前會議、測試後檢討會議，一次又一次，我們嚐到了失敗的苦澀，但我們會失望卻不會絕望，終於，在第五次的繫留懸浮飛行測試測中，成功的讓火箭穩定在空中起飛並降落。 ARRC 又或者說台灣，正式進入完整全自動控制火箭的領域！ 而這支火箭名稱HTTP-3AT的T就是Tethered的意思。是特別設計要做懸浮飛行測試的火箭。

　　在國外，有的時候我們會用“This is rocket science ”來形容做一件事情的困難性。而Hybrid rocket就是混合式火箭的意思。 　　我們很常強調ARRC使用的是混合式火箭技術，是因為我們在做的技術研發並非是目前已有不少國家與團隊所使用的液態火箭，也不是台灣已經有相當技術能力的固態火箭，而是另一種更為前瞻性的火箭推進技術。有興趣的話可以參考另一篇文章：

ARRC 太空科普｜混合式火箭是莫名的堅持？

　　所以，為什麼要進行繫留懸浮飛行測試呢?懸浮飛行到底難在哪裡?要上太空就用台灣飛彈的技術不行嗎?

　　我們可以這樣比喻：飛彈與運載火箭同樣都是有自動駕駛功能的汽車，飛彈就是一般在路上行駛的自動駕駛車，而運載火箭就是可自動駕駛的水陸兩用車。兩者同樣都是車子的外型，但如果沒有特別設計，即使一般車子有很好的防水並漂浮水面的能力，仍然無法控制汽車行進的方向。簡單來說，雖然兩者看起來很像，也都可以在路上跑，但使用的目的性不同，研發方向也不同。

　　對衛星載具火箭來說，最重要的就是如何控制火箭在太空中飛行達到目的地的能力，因此這個測試是必要且最重要的一步！太空中沒有路面、沒有空氣沒有水可以施加反作用力，僅能依靠火箭自身推力方向的控制來改變飛行方向，而這就是懸浮飛行測試的主要目的：藉由控制火箭推力的方向與推力大小來穩定火箭的飛行姿態並飛行到預先指定的位置。

　　以技術層面來說，直接進行火箭飛行測試對控制系統來說是更為簡單的，但我們資源較為有限，因此選擇了控制上更為困難但是火箭完整回收機率更高的懸浮飛行測試，如此才有機會進行更多次的測試驗證，甚至可累積未來火箭進行垂直降落的能力。

　　比起一般飛行測試，懸浮飛行需要額外增加相當精準的引擎推力大小控制能力。就像大家常見的空拍機，同樣是懸浮飛行，最大的差異在於火箭是透過排出燃料來產生推力，火箭重量會持續不斷的減少，火箭重心位置也會持續改變，這提高了非常多的控制複雜性。

　　在混合式火箭的領域裡，最常被討論的就是混合式火箭引擎推力可控制這件事，然而世界上目前還沒有團隊可以真正完成並實際應用，甚至進行技術難度更高的懸浮飛行測試。對於固態火箭來說，由於固態火箭的推力不可控，這也是固態火箭所無法做到的測試。

　　總結來說，火箭要達到懸浮飛行的技術能力最難的地方在於需要先有高可靠性的火箭引擎、靈敏且精準的推力大小與推力向量控制，以及搭配精密的飛行導控軟硬體，這些都需要前期數不清的次系統地面測試後才能進入整支火箭的系統整合中。我們可以說，只要掌握了火箭懸浮飛行的能力就代表我們掌握了火箭不須依靠發射架就可垂直起飛並穩定飛到目的地的能力。

ARRC是全世界第一個使用混合式火箭進行繫留懸浮飛行測試的團隊。

　　2020年3月24日，是我們的第一次繫留懸浮飛行測試。又或者可以說，我們進行的是美國SPACE X最廣為人知的"垂直起飛垂直降落"(vertical takeoff vertical landing, VTVL)測試。儘管HTTP-3AT在第三次繫留懸浮飛行測試中墜毀，由於使用的是混合式火箭引擎，仍然沒有爆炸的危險。從另一個角度來看，混合式火箭系統的安全性得到了非常顯著的證明。

This is Hybrid Rocket Science！

　　下一步就是HTTP-3A火箭的一系列飛行測試了（LV3~LV6）。HTTP-3A是一支雙節探空火箭，採用的是類衛星載具的技術。我們會從第二節火箭的飛試開始，最終進行HTTP-3A火箭的飛行測試。我們資源有限，我們在做的是將火箭放大前的技術驗證。如此，我們才能證明我們真的可以做到。才更有力量去達到研發衛星運載火箭所需要的人、時、地、物！

後記

• 很巧的，2020年3月24日，是我們第一次繫留懸浮飛行測試的時間。6年前的2014年3月24日，也是ARRC發射HTTP-3S全台灣第一個發射大型混合式探空火箭的時間。
• 而我們團隊2008年從sugar rocket做起，我們的第一支固態硝糖燃料火箭引擎也是進行到第5次才成功。
• 雖然號稱做了5次繫留懸浮飛行測試，但其實還有2次隱藏的第2.5次與第5.5次測試，這兩次都是為了避免午後雷陣雨所以特早起的摸黑去測試場測試。結果2次都還是因為天氣因素，去到了那邊才取消測試。結論：以後還是要睡飽再去測試^^
• 吊車的闆娘說，以後缺水可以找我們去測試，因為都很容易碰到下雨。
• 2020年9月8日，第6次繫留懸浮飛行測試，飛行測試25秒成功!

2014年3月24日 HTTP-3S探空火箭飛行測試

2020年9月8日，HTTP-3AT第六次繫留懸浮飛行測試 就是因為以從未達成的挑戰作為目標，讓我們更重視一步一步前進的重要性。 在第 6 次的測試中我們成功的達成了讓火箭的第二節懸浮 25 秒的目標，也終於劃下了懸浮飛行測試的句點。