臺北市
35°
( 36° / 33° )
氣象
2024-07-05 | 中央社

台裔莊念祖研究火箭燃料助探索火星 NASA授最高榮譽

台裔美籍科學家莊念祖日前獲美國太空總署頒發最高榮譽,肯定他研究火箭燃料對太空探索的貢獻。他的實驗都須在飛機以拋物線飛行創造出20秒的微重力狀態下完成,高度困難。他說:很感謝清華大學對他的教育。

佛羅里達大學(University of Florida)機械與航空工程系教授莊念祖6月25日獲美國國家航空暨太空總署(NASA)頒發「傑出公共服務獎章」(Exceptional Public Service Medal),這是授予非聯邦政府員工的最高榮譽,莊念祖是今年唯一獲獎者。

感謝清大打下基礎美國念書都拿4.0

「我是清華核工系畢業的,在美國碩士、博士能讀得很順利,我非常感謝我的母校在科學、工程方面為我打下很好的基礎。」莊念祖日前接受中央社視訊訪問,多次提到他對清大的感念之情,在清大所學奠定他赴美求學的底子。

莊念祖說,他是清大核工系第3屆,當時全校只有4個系,還包括數學、物理及化學,很多教授都剛從美國回台,傳授最先進的知識,扎實基礎讓他從密蘇里大學(University of Missouri)核工研究所、到賓州大學(University of Pennsylvania)機械系博士班,修課成績都是4.0。

研究火箭燃料可飛更遠探索火星

莊念祖研究的是如何有效降低火箭燃料(液態氫或液態氧)在儲存與運送過程的揮發耗損,讓火箭在有限的燃料下能飛行得更遠。這對於人類探索月球、甚至更遙遠的火星或小行星,具有極重要的意義。

他說,火箭使用的液態燃料須保存在攝氏零下250度到零下200度,燃料的儲存槽、及將燃料自儲存槽運送到引擎燃燒室的管路則是處於室溫環境。他的實驗是為找出有效冷卻方法,降低儲存槽、管路溫度,減少燃料因高溫揮發而耗損。

在這個「太空低溫液態燃料熱流管理」領域,莊念祖的實驗成果領先美國其他實驗室數十年。

莊念祖說,他博士論文研究沸騰熱傳,這是一種透過氣泡達成冷卻的過程,水煮沸時會形成氣泡,氣泡上升至表面破裂變成水蒸氣,釋放熱能。太空中沒有重力,就沒有浮力,氣泡不會上升。他好奇太空的熱傳過程,1992年首度寫信向NASA提出研究案,開始踏入太空研究。

莊念祖與NASA合作長達32年,NASA也早將他提供的實驗數據用於設計燃料的儲存及運送系統,減少燃料耗損。NASA在表彰詞提到,莊念祖連續30年對NASA太空低溫液態燃料管理科學與技術有「卓越、持續和多面向的貢獻」。

飛機拋物線飛行下實驗每次只有20秒

莊念祖說,火箭能載運的燃料有限,把燃料從地球送到太空的費用也很高。在有限的燃料下,讓火箭飛更遠的唯一方法是減少耗損,「我們證明用我們的方法能減少50%至60%的流失」,等於同樣的燃料可讓火箭飛2倍遠的距離。

莊念祖最初以電梯井作為自由落體實驗的落塔,模擬微重力環境。2012年起,NASA與Zero G公司合作,利用飛機拋物線飛行創造極短暫的微重力或無重力環境進行實驗。每飛一次拋物線,會有約20秒的微重力或無重力環境。

「我們的實驗非常困難,美國所有研究機構,包括大學,只有我們的實驗室成功。」莊念祖說,能做實驗的時間很短,用來做實驗的液態氮(取代易爆炸的液態氫、液態氧)也要保持在攝氏零下200度,得花相當的功夫才能保存。

莊念祖的實驗室至今完成24次飛行,每次飛30次拋物線,等於每次飛行只有600秒的微重力時間可做實驗。直到近2年才有普渡大學(Purdue University)加入做這類實驗。

把未知變知識盼助台灣科技業發展冷卻系統

莊念祖23歲大學畢業後到美國留學。他說,當時除了一只皮箱,身上就帶美金1000元(依1970年匯率,約新台幣4萬元)。在美國追夢,也希望回饋美國對他的栽培,他對太空探索的努力能獲得NASA肯定,也可以說完成他的美國夢。

莊念祖2歲隨父母從江蘇來到台灣,太太也是台灣人,育有2子。77歲的他仍沒有退休打算:「我們能有一些發現,把大家不知道的變成知識,是最大的樂趣」。

莊念祖心中還有一件他一直想做的事,就是協助台灣電子及電腦科技業發展冷卻系統。

他說,從中央處理器(CPU)、繪圖處理器(GPU)、伺服器、晶片、到量子電腦,這些高性能設備都需要強大有效的冷卻系統,確保不過熱、穩定運轉和最佳效能。他希望將液態冷卻技術從火箭燃料領域擴展到科技產品,幫助台灣在全球科技產業中,保持領先地位。

最新科技新聞

延伸閱讀