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目 錄

叢書序 …………………………………………………………………………… 3作者序 …………………………………………………………………………… 5

第一章　火箭的構造 ……………………………………………………… 13

火箭的飛行原理 ………………………………………………………………… 14跟氣球飛起來是同樣的原理

火箭分兩種 ……………………………………………………………………… 16便宜的固態火箭以及具強大推力的液態火箭

決定火箭性能的四大指標……………………………………………………20從推力、質量比、燃料比、比衝值，就知道火箭的實力

火箭的構造與設計……………………………………………………………24追求徹底輕量化以及捨棄不必要部分的多節火箭

火箭的控制及導向……………………………………………………………28將火箭送達目的地的控制及導航技術

第2章　日本的火箭………………………………………………………… 33

1 Pencil Rocket ……………………………………………………………… 34開啟日本火箭研發，全長23cm的極小型火箭

2 Baby Rocket ………………………………………………………………… 38在Pencil Rocket之後，第2波手工製小型實驗火箭

3 Kappa Rocket ……………………………………………………………… 40以參加「國際地球觀測年」為目標，拚盡全力所到達的高度40km

4 Lambda Rocket …………………………………………………………… 46日本發射人造衛星「大隅號」，成為世界上第4個發射衛星的國家

5 Mu Rocket …………………………………………………………………… 48糸川的夢想實現，飛行高度抵達10000km的火箭誕生

6 M-V（Mu-5） ……………………………………………………………… 52日本固態燃料火箭技術達到世界最高峰的火箭

7 伊普西隆運載火箭 ………………………………………………………… 58繼承日本固態燃料火箭的遺傳因子，開發過程備受期待

8 N-I火箭 ……………………………………………………………………… 60日本史上第一具液態燃料火箭，融合著美國的技術

8

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9 N-II火箭 ……………………………………………………………………… 64精進火箭發射技術，努力吸取美國研發經驗

10 H-I火箭 ……………………………………………………………………… 68提高火箭自製比例，第二節火箭為日本國產製

11 H-II火箭 ……………………………………………………………………… 72眾所期待的日本國產火箭終於誕生，邁向國際火箭市場

12 H-IIA火箭 …………………………………………………………………… 76眾所期待且擁有國際競爭力的大型火箭

13 H-IIB火箭 …………………………………………………………………… 84為了將運輸船送上國際太空站而開發出的日本最大型火箭

14 CAMUI………………………………………………………………………… 88結合北海道民間力量的小型混合式推進火箭

第3章　世界各地的火箭 ………………………………………………… 91

15 V2火箭 ………………………………………………………………………… 92史上第一具火箭，以兵器的型式現身於二次世界大戰後期

16 紅石火箭 ……………………………………………………………………… 96馮．布朗以V2火箭為基礎所創造出的產物，同時也是美國最初的彈道飛彈

17 木星C火箭 …………………………………………………………………… 98改良自紅石火箭，提高身為彈道飛彈的性能

18 婚神星I與婚神星II火箭 ………………………………………………… 100將搬運人造衛星的火箭，運用至軍事飛彈系統

19 擎天神火箭 ………………………………………………………………… 104美國首次開發成功的載人火箭，與泰坦火箭齊名的洲際彈道飛彈

20 擎天神I．II．III號火箭 …………………………………………………… 108結合半人馬座火箭，締造世界紀錄的系列火箭

21 擎天神五號運載火箭 …………………………………………………… 112擎天神系列的最強火箭，是行星探測中不可或缺的利器

22 泰坦I號、II號運載火箭 ………………………………………………… 114與擎天神火箭並列，為一大型洲際彈道飛彈

23 泰坦II號GLV型、23G型運載火箭 ……………………………………… 116將原本為飛彈的泰坦改良為發射人工衛星用的火箭

　

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1110

24 泰坦III號運載火箭 ………………………………………………………… 120因為三節式改良而有各式變化的火箭

25 泰坦IV號運載火箭………………………………………………………… 124從太空梭退役的大型衛星發射用火箭

26 三角洲運載火箭 …………………………………………………………… 126與擎天神、泰坦並稱三巨頭，中型衛星發射用的長壽火箭

27 三角洲II號、III號運載火箭 ……………………………………………… 128NASA發射最多且最值得信賴的火箭

28 三角洲IV號運載火箭 …………………………………………………… 132太空梭陣亡後，因發射大型人工衛星而大大活躍

29 農神I號運載火箭 ………………………………………………………… 136為了將人類送上月球，由馮．布朗研發的大型火箭

30 農神IB運載火箭 …………………………………………………………… 140農神I號的強力進化版，掌握阿波羅計畫關鍵的火箭

31 農神V號運載火箭 ………………………………………………………… 144首度將人類送上月球，馮．布朗的堅持下完成的史上最大火箭

32 太空梭 ……………………………………………………………………… 150有羽翼的太空船，讓宇宙更貼近我們的世界，

然而成本遠比當初對它的期待還高

33 戰神一號與戰神五號 …………………………………………………… 162由美國開發出來，原應引領宇宙開發計畫的夢幻火箭

34 飛馬座火箭 ………………………………………………………………… 166從接近宇宙的地方發射，搭載於飛機上的空中發射用火箭

35 太空船一號、二號 ……………………………………………………… 168今後領導美國開發宇宙的民間力量

36 獵鷹一號 …………………………………………………………………… 174體現美國夢的經營者為了實現更進一步的夢想所開發的火箭

37 獵鷹九號 …………………………………………………………………… 176投入火箭發射市場，令太空探索技術公司信心滿滿的中型火箭

38 重型獵鷹號 ………………………………………………………………… 180伊隆馬斯克的野心是開發飛往月球和火星的大型火箭

10

1110

39 R-7（史普尼克1號、東方號、上升號） ……………………………… 182明白揭示俄羅斯在宇宙開發上占據優越性的著名火箭

40 聯盟號 ……………………………………………………………………… 186世界上最安全、具有高可靠度的年資最高現役火箭

41 宇宙號 ……………………………………………………………………… 192與聯盟號並列的長壽火箭，發射次數超過700次

42 閃電號 ……………………………………………………………………… 194為R-7改良型火箭，能把通訊衛星發射到俄羅斯獨特的閃電型軌道上

43 質子號 ……………………………………………………………………… 196活躍於太空站的建設工程，與聯盟號並列為主力火箭

44 N-1火箭 …………………………………………………………………… 200俄羅斯為了對抗阿波羅計畫，進行有人月球探測計畫而開發的火箭

45 能源號 ……………………………………………………………………… 202用來發射俄羅斯版太空梭暴風雪號的大型火箭

46 呼嘯號運載火箭 …………………………………………………………… 204民營企業回收廢棄不再使用的戰略飛彈改制為運載火箭，轉作商業載荷用

47 起飛號運載火箭 …………………………………………………………… 206在美蘇第一階段削減戰略武器條約上發展出來的一種小型運載火箭

48 安加拉號系列運載火箭 ………………………………………………… 208俄羅斯為獨立進行太空探險所研發、未來將成為該國的大型主力火箭

49 天頂號系列運載火箭 …………………………………………………… 210背後有俄羅斯支持，烏克蘭製造出值得信賴，兼具實惠價格的運載火箭

50 旋風號系列運載火箭 …………………………………………………… 212其卓越的向上推進力使烏克蘭擠身國際市場

51 第聶伯號系列運載火箭 ………………………………………………… 214烏克蘭以ICBM為母體獨立研發出此款運載火箭，震驚西方各國

52 鑽石號系列運載火箭 …………………………………………………… 216法國藉由鑽石號運載火箭，成為世界第三的人造衛星發射國

53 黑箭號運載火箭 …………………………………………………………… 218獨自成功將火箭送上太空後，英國便停止一切火箭開發計畫

　

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火箭的構造本章將簡單說明火箭的構造，

如火箭的飛行原理、

還有火箭構造如何讓幾百噸重

的火箭飛得比手槍子彈還快。

54 亞利安號系列運載火箭 ………………………………………………… 220提高歐洲火箭技術評價的初型火箭系列

55 亞利安5號系列運載火箭 ………………………………………………… 222實績出色、穩定度高，使亞利安5號成為歐洲足以自豪的大型運載火箭

56 織女星運載火箭 …………………………………………………………… 226歐洲太空總署為小型衛星運載市場新開發的四節式火箭

57 長征號系列運載火箭 …………………………………………………… 230使中國能夠擠身太空探索先進國之一的大型運載火箭

58 開拓者號系列運載火箭 ………………………………………………… 234因可能搭載小型反衛星武器而多受爭議

59 SLV•ASLV運載火箭 ……………………………………………………… 236印度研發的此兩款運載火箭，穩固了自身太空開發的基礎

60 PSLV運載火箭 …………………………………………………………… 238在中型衛星發射市場裡表現出色，足以使印度自豪的運載火箭

61 GSLV系列運載火箭 ……………………………………………………… 240隱藏著讓印度晉升宇宙開發先進國可能性的大型火箭

‧世界主要火箭發射場／太空中心 ……………………………………… 242

‧世界主要火箭的高度比較 ………………………………………………… 244

‧世界主要國2002年度與2008年度的太空發展預算比較 …………… 245

‧世界各地的太空機構 ……………………………………………………… 245

12

跟氣球飛起來是同樣的原理

火箭能在無大氣的外太空裡中飛行，其原理跟氣球飛起來的原

理，兩者是相同的。

現在，我們試著吹飽汽球，讓它鼓起來。接著放手，氣球會急

速飛出去，等裡面的空氣都噴完，它就會自己掉下來。此時讓氣球

飛出去的力量，是從氣球裡面噴出來的空氣造成的反向力量，這股

力量就是「推力」。所謂的「推力」指的是跟噴出去的空氣呈相反

方向作用的力量。火箭能飛到高空也是藉由這股推力。但是火箭跟

氣球不同，火箭是藉由燃燒裝填在火箭內的燃料獲得推力。

將燃燒燃料產生的氣體以極高壓的方式壓縮後，讓它從噴嘴一

火箭的飛行原理

當我們放開吹滿氣的氣球，氣球內部的空氣就會噴發出去，氣球藉由空氣噴發出去產生的推力而衝飛出去。火箭飛行的原理跟此完全相同，只是火箭不是用空氣，而是燃燒燃料來獲得推力。

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口氣噴發出來，即可獲得強大的推力，除了火箭外，噴射機也都是

透過同樣的方式獲得推力。

由於在大氣中飛行的飛機可以從大氣中取得燃燒燃料所需的氧

氣，但是火箭是在沒有氧氣的外太空飛行，必須自帶氧氣等氧化

劑，因此火箭裡面需要裝載燃料跟氧化劑（此指液態火箭的情

況）。

燃料跟氧化劑兩者合稱「推進劑」。要從地球飛到外太空，火

箭要使用的推進劑份量相當大，占了近火箭總重量90%。如要發射

100噸重的火箭，火箭本身就要裝載超過90噸的推進劑。

換句話說，火箭可說是由推進劑構成的東西，因此火箭很難跟

飛機或船一樣能維持一定的空間來載送人或放置貨物。

燃燒室內產生的氣體從狹窄的噴嘴高速噴出，進而產生強大的推力。

燃燒室

燃燒得到的氣體

15

第1章　火箭的構造

便宜的固態火箭以及具強大推力的液態火箭

較具有經濟優勢的固態燃料火箭

火箭內大量填充的推進劑有固態跟液態兩種，使用固態推進劑

的火箭稱作「固態（燃料）火箭」，而使用液態推進劑的火箭則叫

作「液態（燃料）火箭」。

固態火箭的特徵在於它的經濟優勢。固態燃料是將燃料跟氧化

劑混合成固體狀，故只需將固態燃料在火箭內堆放好即可，此種做

法不需要很多機械零組件，因此設計上相對單純、容易，火箭本身

的可靠度也提高，發射成功的機率也隨之提高。將同樣大小的火箭

火箭分兩種

讓固態火箭推進劑有效燃燒的方法

漸增型燃燒曲線 漸減型燃燒曲線

中立型燃燒曲線

內部燃燒的類型

單孔內部燃燒方式燃燒面積慢慢增加

外部燃燒方式燃燒面積慢慢減少

內部燃燒方式 內外燃燒方式 單面燃燒方式

這種方式跟香菸燃燒

的方式類似，但因需

要的燃燒時間長且推

力弱，現在已不使用

了。

中立型

漸增型 漸減型

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拿來比較，我們會發現固態火箭比液態火箭能發揮更強大的推力，

另外固態燃料亦可長期存放。因此固態燃料是利於火箭發射、也容

易處理的推進劑。

但是，固態燃料一旦點火後就無法停止燃燒，跟液態火箭相

比，它在正確控制、調節上有相當的困難度。

此外，固態火箭本身幾乎成了放置燃料的容器，因為火箭本身

成為一個燃燒室，故在建造大型固態火箭時，火箭本體變成得非常

堅固才能承受燃料燃燒時的高溫、高壓，火箭自然變得更重了。

大型火箭改用液態燃料

液態火箭裝載的推進器燃料，有當作燃料使用的液態氫，以及

當作氧化劑使用的液態氧。燃料跟氧化劑分別裝在各自的貯箱裡，

因為是在燃燒室裡將兩者加以混合燃燒，故在調整燃燒力與增減推

力時會比較容易。跟固態火箭相比，液態火箭較能進行細微的操作

控制。另外，液態燃料可以重複點火、熄火，所以可以在火箭發射

前重複進行燃燒實驗。由於液態燃料的性能很好，也可以獲得強大

推力，現在世界各國發射的大型火箭，包括日本在內，幾乎都是液

態火箭了。

當然液態火箭也有很多狀況，像是提供推進劑用的構造、還有

混合、燃燒用的機器等等，液態火箭需用到相當大量的機械零組

件，火箭的構造變得相當複雜，因此液態火箭也面臨到許多麻煩的

狀況，如研發時間變長、研發製造費用龐大、對機器的品質管理必

須嚴密要求等。

另外，液態燃料無法長期存放，因此每次發射時都得重新製

作，甚至曾發生過因液態燃料的溫度控制（液態氫需存放

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第1章　火箭的構造

1918 1918

於-250℃）出狀況，造成發射不得不延期的例子。

前述固態火箭的情況，因為火箭要能承受燃燒時的高溫高壓，

因此火箭變得很笨重，相對於此，液態火箭的重量卻可以減輕許

多。因為液態火箭只要火箭內放置推進劑的容器夠堅固，火箭本身

就毋須建得跟固態火箭一樣堅固。液態火箭的外層厚度只要能承受

住火箭發射時的衝擊力即可。

液態火箭分兩種

液態火箭根據不同燃料輸送方式，分成氣體壓力式跟渦輪幫浦

式兩種。

氣體壓力式是除了裝著液態燃料跟氧化劑的推進劑貯箱外，再

另外建一個氣體貯箱。我們會用高壓將該氣體貯箱內的氣體送到推

進劑貯箱裡，再藉由該高壓氣體之壓力將推進劑送進燃燒室。

氣體壓力式的話，各個推進劑貯箱皆需承受高壓氣體的壓力，

因此必須製造得相當堅固才行，火箭會因此變得很笨重，故不適用

液態火箭的氧化劑跟燃料的組合方式

液態氧＋液態氫具有最大的比衝值。燃燒的氣體會變成無害的水蒸氣。但液態氧的沸點低、比重也輕，因此需要大型的貯箱。目前廣泛用在大型火箭上。

液態氧＋烴

用煤油或柴油來當燃料，取代液態氫。比衝值較低，但此種燃料可在常溫下管理，也較便宜。比重較重，故可用較小的貯箱。因較容易控制管理，主要用在中型火箭。

四氧化二氮＋聯氨等

氧化劑及燃料都是用化學藥品，全部皆可儲存，但混合在一起時會自然起火（具自燃性），且都具有強烈毒性。其比衝值跟使用烴差不多。

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1918 1918

在大型火箭。

相對於氣體壓力式，渦輪幫浦式的輸送方式則是將渦輪幫浦加

裝到推進劑至燃燒室的管線上，透過幫浦來輸送推進劑。幫浦式的

輸送方式也需要對推進劑加壓，才能順利輸送推進劑，但不需要使

用到氣體壓力式那麼大的壓力，因此可以減輕推進劑貯箱的重量，

不會造成火箭重量增加。

於是現在大型火箭都使用渦輪幫浦式，但因為渦輪幫浦式會增

加火箭引擎構造的複雜度，需要高度的技術能力。

液態燃料的兩種輸送方式

高壓空氣供給箱

氧化劑貯箱

燃料幫浦

燃燒器

燃料貯箱 氧化劑貯箱

氧化劑幫浦

渦輪

燃料貯箱

氣體製造器

調節器

齒輪

燃燒器

氣體壓力式 渦輪幫浦式

第1章　火箭的構造

19

從推力、質量比、燃料比、比衝值，就知道火箭的實力

超過100噸的巨大火箭要能夠對抗地球重力、發射到幾百公里高

的地方，需要超越你我想像的巨大力量。表現火箭力量的指標正是

推力、質量比、燃料比、以及比衝值。

展現火箭推進力的推力

推力表現出火箭力量之大，因此推力是表示火箭能將多重的物

品發射出去的指標。

大型火箭的重量都超過200噸。多數人喜愛的太空梭（本書

p.150）更是如此，其重量約有2000噸。為了要發射這些火箭，需要

決定火箭性能的四大指標

1噸

1噸

推力不到一噸，所以飛不起來

推力超過一噸，所以順利升空

20

極為強大的推力才行。

推力是1秒內噴射出來的燃燒氣體量乘以燃燒氣體的噴射速度得

到的數值，以噸（t）表示。如果噴射出來的燃燒氣體愈多，或燃燒

氣體的噴射速度愈快的話，推力自然就愈大。

當然如果火箭本身重量減輕的話，也會是幫助推力增加的重要

因素。

要發射100噸的火箭時，火箭的推力是100噸的話，火箭將無法

升空，因為推力通常得超過火箭的重量才行，故要讓火箭飛得更快

的話，燃燒氣體的噴射速度跟質量比的關係非常重要。

作為輕巧度指標的質量比

我們要將人工衛星發射到外太空，並在地球軌道上繞行，最少

需要秒速7.9km（第一宇宙速度）。而火箭要脫離地球引力，前往

月球或其他行星的話，則需要更快的速度，至少要秒速11.2km（第

二宇宙速度）才行。

來福槍子彈的速度約秒速1～2km，跟它相比，我們就知道火箭

的速度究竟有多快了。因此，要如何減輕火箭重量就顯得非常重

要。為了讓火箭飛得更快，用來衡量火箭輕巧度的重要指標就是

「質量比」。

質量比，指的是用火箭發射前裝滿推進劑的火箭質量，去除以

沒有裝推進劑狀態下的火箭質量，所得出的數值。

質量比愈大，火箭內可裝載的推進劑也愈多，速度自然也愈

快。我們現在使用的火箭的質量比多在6～20左右。

21

第1章　火箭的構造

2322 2322

表示推進劑重量比例的燃料比

「燃料比」是表示火箭內裝載推進劑的比例。飛機、船或汽車

的燃料比都不到50%，但是火箭的燃料比卻高達90%。

由此我們明白火箭發射時，推進劑幾乎占了火箭整體的重量。

為了將裝載在火箭最前端的人工衛星運送到無重力空間，需要非常

大量的推進劑，這也代表要戰勝地球引力是件多麼困難的事情。

為了發射火箭，我們得要考慮到因對抗地球重力而造成的速度

損失、還有火箭受到的空氣阻力等等。離開地球時造成的速度損

失，會影響火箭最終速度到20%之多，因此我們必須將燃料比或比

衝值的速度損失都納入考量，好進行火箭設計。

可裝載重量之比較

跟主要運輸工具相比，火箭的燃料就占了總重量約90%，由此可知要將人工衛星送往沒有氧氣存在的外太空有多困難。

推進劑（燃料）

引擎（內燃機）

可承載重量

矩形構造物

火箭

船

噴射客機

汽車

22

2322 2322

展現推進劑性能的比衝值

比衝值是測量推進劑能力的重要指標。這是將推力除以1秒內消

耗掉的推進劑質量得到的數值，以秒來表示。比衝值的數值愈大，

代表推進劑的性能愈高，也表示燃燒後的氣體噴射速度愈快。

如果燃燒氣體的噴射速度是比衝值的10倍的話，亦即比衝值300

秒的推進劑的噴射速度會達到秒速3000m。

順帶一提，如果固態火箭的比衝值是250秒，液態火箭的比衝值

則會是300秒。液態氧跟液態氫混合成的液態燃料比衝值則會達到

400秒的程度，是現在最強大的推進劑。

火箭中以此四大因素最為重要

推力 質量比 燃料比 比衝值

第1章　火箭的構造

23

將火箭送達目的地的控制及導航技術

控制火箭的方法

為了將發射的火箭正確引導到目的地，我們需徹底掌握火箭要

飛到哪裡、怎麼飛、朝哪個方向飛、以多快的速度飛行，這些作業

流程中，所謂的「控制」指的是改變火箭的飛行姿態跟飛行方向。

控制的方法有好幾種，如空氣機翼法、噴射氣流機翼法、二次

噴射法、副引擎法、氣體噴射法、擺頭式引擎法。

「空氣機翼法」和「噴射氣流機翼法」，是火箭研發初期考慮

過的做法。空氣機翼法指的是將火箭裝上機翼以控制飛行方向，這

只能在大氣中使用。

另一種的「噴射氣流機翼法」則是在火箭的噴嘴處裝機翼，以

控制噴射氣體的方向，火箭研發先驅的德國V2火箭就是採取這種做

法，但現在空氣機翼法和噴射氣流機翼法這兩種做法皆不使用了。

「二次噴射法」則是將氣體及液體吹進火箭噴嘴，以改變噴射

氣體的方向，此方法用在固體火箭上。

「副引擎法」跟「氣體噴射法」則是在噴嘴四周裝上數個控制

用的小型引擎，藉由小型引擎的噴射氣流加以控制火箭。

「擺頭式引擎（法）」則是透過移動火箭的整個引擎或整個噴

嘴來控制火箭，現在大多數的火箭都採用這種方式。

火箭的控制及導向

28

空氣機翼

控制噴射氣流用的機翼

小型引擎氣體貯箱

空氣機翼法

二次噴射法

氣體噴射法

噴射氣流機翼法

副引擎法

擺頭式引擎法

29

第1章　火箭的構造

3130 3130

導航火箭的方法

除了控制火箭外，另一個不可或缺的是導航。導航火箭的方法

有三種：程式導航方式、無線電導航方式、慣性導航方式。

這三種方法中最簡單的是「程式導航方式」。事先將飛行路線

寫在火箭的程式裡，讓火箭自行依程式的導航進行飛行，德國的V2

火箭正是用這種導航方式。

如果是從歐洲本土到英國倫敦這種短距離的話，這是可行的做

法，但如果是要飛到外太空的火箭，透過程式導航的做法會無法及

位於千葉縣勝浦市的勝浦宇宙通訊基地，在導航、管制方面發揮極大功效。

沖繩宇宙通訊基地也是負責負責追蹤、控管火箭。

種子島宇宙中心的宇宙之丘雷達追蹤站。 位於太平洋中央的小笠原追蹤基地，負責追蹤、控管發射後的火箭。

負責追蹤‧導航‧控管火箭、人工衛星的日本雷達設施

（照片：JAXA）

30

3130 3130

時對應飛行中受到風或推力影響造成的變動，故缺乏準確度是這種

導航方式的缺點。

「無線電導航方式」是透過地面雷達來監視火箭的飛行路線，

如果火箭偏離預定軌道的話，會利用地面的無線電進行導航。

無線電導航方式僅能就地面雷達追蹤得到火箭的範圍內進行導

航，因此無線電導航能進行導航的範圍較為狹小，此種導航的精準

度劣於慣性引導方式。故實際上在導航時都會採取程式導航與無線

電導航並行的方式。

最普遍使用的是「慣性導航方式」，使用此種方式的飛行也稱

作「慣性導航飛行」。

在火箭上裝上陀螺儀跟加速儀，我們自行判斷火箭位置與程式

設定的軌道間是否有落差，再透過電腦來修正軌道、導航火箭。因

為已事先將需要的儀器裝於火箭上，故不需再跟地上進行聯絡。慣

性導航系統較為單純，容易操作。另外，慣性導航方式不像無線電

導航，不會有無法導航的區域，故導航的精準度也提升了。

但是慣性導航方式的問題之處在於，如果全都由火箭自行獨立

導航的話，萬一火箭上裝載的陀螺儀發生故障，火箭發射就得宣告

失敗。慣性導航方式仍有這種危險性。

為此，在研發陀螺儀、加速度計等儀器時，都會要求達到最頂

尖的技術水準。

慣性導航方式可分為兩種

慣性導航方式是將陀螺儀裝載於火箭上，但依照陀螺儀的放置

方法不同，可分為「平衡環架式系統」跟「固裝式系統」兩種方

式。

第1章　火箭的構造

31

3332 3332

「平衡環架式系統」是在火箭內部空間內將陀螺儀放在固定的

位置，就算火箭飛行姿態改變，陀螺儀仍維持固定的姿勢。

相對於此，「固裝式系統」的方式則是將陀螺儀固定在火箭

上。

固裝式跟平衡環架式不同，它可以使用較小、較輕的陀螺儀，

所需要的電力也比較少，精準度也更加提升了。因此目前採用慣性

導航的火箭幾乎都使用「固裝式系統」。

日本的火箭日本的火箭研發起始於23cm的小型火箭，

而目前已經成為能穩定發射

世界最高水準大型火箭的火箭大國了。

平衡環架式系統 固裝式系統

加速度計

加速度計

陀螺儀

陀螺儀

32

15

二次大戰之前，喜好火箭的德國民間人士組成航太旅行協會，

熱衷於火箭研究。1929年左右，他們發現若將燃料液態化，可大幅

提升火箭的飛行距離。航太旅行協會的成員僅僅單純地想將火箭送

上太空，不過這項研究卻引起德國陸軍的關注。

德國當時為第一次世界大戰的戰敗國，國際條約嚴禁德國開發

大型兵器，因此軍方關注航太旅行協會所開發的火箭，並檢視火箭

轉型為兵器的可能性。陸軍拜訪航太協會的主要研究員們―馮．

布朗等人，以資助研究經費為條件，說服成員們加入陸軍。馮．布

朗等人加入陸軍後，於1934年12月讓重達500公斤的小型液態燃料

A2火箭飛行成功，並繼續挑戰大型火箭的製作。1936年，德國軍方

訂定開發目標，希望製造出飛行高度80公里、飛行距離達175公

里，且能裝載1噸炸藥的A4火箭。

以馮．布朗為中心的研發團隊，獲得充裕的資金與廣大的實驗

場地，火箭研發計畫得以持續進行。1942年10月，A4火箭發射成

功，飛行距離長達1 9 2公

里。德國獲得長距離攻擊兵

器，並將A4火箭改良為車上

型火箭，研發後的成品便是

V2火箭。

V2火箭的彈頭裝載著1

噸的炸藥，可從歐洲大陸直

V2火箭史上第一具火箭，以兵器的型式現身於二次世界大戰後期

基本性能

全 長 14m

發射時重量 12.5t

節 數 1

燃 燒 方 式 乙醇與水的混合燃料

乘 載 量 1t

發 射 衛 星 -

納粹德國

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美國於第二次世界大戰中接收了V2火箭，並自行進行研究與開發作業。圖中的火箭第一節為V2火箭，第二節則為美國自行研發的產品。

（照片：NASA）

接砲擊英國首都，使得倫敦市民陷入極大的恐慌，然而僅靠V2火箭

並無法扭轉戰局。

第二次世界大戰後期，德國納粹兵敗如山倒，美國與蘇聯互相

較勁，希望能搶得V2火箭的零件與開發人員。而兩國獲得的戰利

品，奠定了戰後雙方的航太基礎。

第3章　世界各地的火箭

93

9594 9594

彈頭

無線電指令接收器

導引陀螺儀

機翼控制翼

燃燒室

推進偏向板 乙醇液體氧氣

V2火箭的構造

圖為歐洲阿爾卑斯山裡的岩坑，同時也是V2火箭的製造處。工廠中發現250具組裝中的V2火箭。

圖為面向德國北部波羅的海的佩內明德試射場，V2火箭正架在發射裝置上。

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第二次世界大戰後，同盟國接收了V2火箭。圖為以拖車搬運的V2火箭。

圖為收納於工作檯的V2火箭。

圖為V2火箭的原尺寸模型。目前置放在研發地佩內明德的紀念館。

（與左頁照片同一來源：NASA）

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美國

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第二次世界大戰結束後，冷戰情況趨於嚴峻，美國與蘇聯（現

今的俄國）皆致力於核武開發與軍備擴張。其中又以彈道飛彈的研

發最受矚目。美國研發出短距離彈道飛彈―紅石火箭，又研發出

中程彈道飛彈―木星火箭。擎天神火箭則是第一個開發成功的洲

際彈道飛彈，1959年至1968年間皆列為實戰配備。

當時的美國與蘇聯互相競爭，競相開發載人航空器。美國在

1958年7月成立美國國家航空暨太空總署（NASA），企圖全力發展

航太事業。不過1961年4月，蘇聯的東方號火箭載著太空人加加

林，成功繞行地球一圈，該時期蘇聯占盡上風。

美國為了與蘇聯抗衡而進行水星計畫，將擎天神飛彈改良成可

以搭載人造衛星的擎天神火箭，1960年7月成功將無人衛星送上太

空。

1962年2月，擎天神火箭將水星擎天神6號衛星與太空人約翰．

葛倫送上宇宙。這是美國航太史上，火箭首次載人成功繞行地球。

如此一來，美國的航太研發技

術終於與蘇聯並駕齊驅。

從1959年作為實戰配備的

擎天神飛彈，其身軀為一點五

節，第一節配備三具主引擎，

其中兩具引擎會在火箭發射後

脫落，是十分特殊的設計。

擎天神火箭美國首次開發成功的載人火箭與泰坦火箭齊名的洲際彈道飛彈

基本性能

全 長 23.1m

發射時重量 120t

節 數 1.5

燃 燒 方 式 液態燃料

乘 載 量 2t

發 射 衛 星 水星擎天神6∼9號

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1963年5月，擎天神LV-3B火箭從卡納維拉爾角空軍基地升空，火箭上搭載著載人衛星─水星擎天神9號。

（照片：NASA）

擎天神飛彈的燃料氧化劑是液態氧氣，發射非常費時，以武器

來說是非常致命的缺點。因此1965年之後，泰坦飛彈成為主流，擎

天神飛彈漸漸退出戰場。

1986年1月，太空梭挑戰者號發生爆炸意外，美國緊急停止使用

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圖為1958年2月，從卡納維拉爾角空軍基地升空的擎天神A飛彈。

太空梭，也失去發射衛星的手段。為了因應當時困境，美國再度著

手研發火箭，改良早已退役的擎天神火箭。

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水星計畫

（與左頁照片同一來源：NASA）

美國首次發射至地心軌道的水星太空船―友誼7號。

美國首位環繞地球的太空人─約翰．葛倫。

圖為太空人高登．庫珀。搭乘水星擎天神9號繞行地球22圈後平安歸來。

美國首位進入宇宙的太空人─艾倫．雪柏德，當時搭乘水星3號。

第3章　世界各地的火箭

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美國

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與擎天神系列相同，泰坦系列是作為洲際彈道飛彈

（InterContinental Ballistic Missile，簡稱ICBM）而被研發出來的。

泰坦的研發，其實是一項替代計畫，為了在擎天神研發失敗時能取

而代之，因此兩項研發是同時進行的。但同時也因為泰坦是飛行距

離比擎天神更遠的大型飛彈，得以監測未來的人工衛星發射。泰坦

系列於1955年開始研發，在1959年2月泰坦I號運載火箭發射成功。

相對於擎天神所採取的1.5節發射方式，泰坦採用的是2節發射

方式。擎天神採取的1.5節發射方式，是飛彈整體一發到底的方式，

而泰坦所採取的方式，則是第

一節火箭燃燒完畢後便自動脫

離，第二節火箭再重新點燃的

方式，如此一來，只要用少量

的燃料便能將飛彈送得更遠。

泰坦 I I號運載火箭，雖是

泰坦I號運載火箭的改良版，但

由於涉及到飛彈本身的改良和

推進劑（即火箭燃料），因此

在大小上沒有太大的變化，重

量卻加重許多。

泰坦I號因為和擎天神一樣

使用液氧（或液態氧，Liquid

泰坦I號、II號運載火箭與擎天神火箭並列，為一大型洲際彈道飛彈

基本性能（泰坦II號）

全 長 31.4m

發射時重量 154t

節 數 2

燃 燒 方 式 液態燃料

乘 載 量 低地球軌道：3.6t

發 射 衛 星 -

基本性能（泰坦I號）

全 長 31m

發射時重量 105t

節 數 2

燃 燒 方 式 液態燃料

乘 載 量 低地球軌道：1.8t

發 射 衛 星 -

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泰坦I號運載火箭所使用的XLR-87引擎以兩座為一組的方式運作，XLR-87是為了泰坦系列而研發的引擎。

（照片：Kogo）

Oxygen，簡稱LOX）作為氧化劑，在儲藏管理上較為困難，加上填

充燃料也需要時間，作為飛彈使用而言，在時效性上是有缺陷的。

因此泰坦II號改用可常溫保存

的氧化劑與燃料，但是由於這

些危險藥劑在管理上相當困

難，已發生過兩起因燃料外洩

而引發的重大意外，因此泰坦

II號現已退役不再使用了。

另外，由泰坦II號開始，

在飛彈的軌道操縱上使用慣性

導航系統（Inertial Navigation

System，簡稱INS）。

由地下飛彈發射井發射出的泰坦II號運載火箭。

（照片來源：U.S. Air Force）

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