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    台裔庄念祖研究火箭燃料助探索火星 NASA授最高荣誉

    美国国家航空暨太空总署(NASA)。路透

    台裔美籍科学家庄念祖日前获美国太空总署颁发最高荣誉,肯定他研究火箭燃料对太空探索的贡献。他的实验都须在飞机以抛物线飞行创造出20秒的微重力状态下完成,高度困难。他说:很感谢清华大学对他的教育。

    佛罗里达大学(University of Florida)机械与航空工程系教授庄念祖6月25日获美国国家航空暨太空总署(NASA)颁发「杰出公共服务奖章」(Exceptional Public Service Medal),这是授予非联邦政府员工的最高荣誉,庄念祖是今年唯一获奖者。

    ● 感谢清大打下基础 美国念书都拿4.0

    「我是清华核工系毕业的,在美国硕士、博士能读得很顺利,我非常感谢我的母校在科学、工程方面为我打下很好的基础。」庄念祖日前接受中央社视频访问,多次提到他对清大的感念之情,在清大所学奠定他赴美求学的底子。

    庄念祖说,他是清大核工系第3届,当时全校只有4个系,还包括数学、物理及化学,很多教授都刚从美国回台,传授最先进的知识,扎实基础让他从密苏里大学(University of Missouri)核工研究所、到宾州大学(University of Pennsylvania)机械系博士班,修课成绩都是4.0。

    ● 研究火箭燃料 可飞更远探索火星

    庄念祖研究的是如何有效降低火箭燃料(液态氢或液态氧)在保存与运送过程的挥发耗损,让火箭在有限的燃料下能飞行得更远。这对于人类探索月球、甚至更遥远的火星或小行星,具有极重要的意义。

    他说,火箭使用的液态燃料须保存在摄氏零下250度到零下200度,燃料的保存槽、及将燃料自保存槽运送到引擎燃烧室的管路则是处于室温环境。他的实验是为找出有效冷却方法,降低保存槽、管路温度,减少燃料因高温挥发而耗损。

    在这个「太空低温液态燃料热流管理」领域,庄念祖的实验成果领先美国其他实验室数十年。

    庄念祖说,他博士论文研究沸腾热传,这是一种通过气泡达成冷却的过程,水煮沸时会形成气泡,气泡上升至表面破裂变成水蒸气,释放热能。太空中没有重力,就没有浮力,气泡不会上升。他好奇太空的热传过程,1992年首度写信向NASA提出研究案,开始踏入太空研究。

    庄念祖与NASA合作长达32年,NASA也早将他提供的实验数据用于设计燃料的保存及运送系统,减少燃料耗损。NASA在表彰词提到,庄念祖连续30年对NASA太空低温液态燃料管理科学与技术有「卓越、持续和多面向的贡献」。

    ● 飞机抛物线飞行下实验 每次只有20秒

    庄念祖说,火箭能载运的燃料有限,把燃料从地球送到太空的费用也很高。在有限的燃料下,让火箭飞更远的唯一方法是减少耗损,「我们证明用我们的方法能减少50%至60%的流失」,等于同样的燃料可让火箭飞2倍远的距离。

    庄念祖最初以电梯井作为自由落体实验的落塔,仿真微重力环境。2012年起,NASA与Zero G公司合作,利用飞机抛物线飞行创造极短暂的微重力或无重力环境进行实验。每飞一次抛物线,会有约20秒的微重力或无重力环境。

    「我们的实验非常困难,美国所有研究机构,包括大学,只有我们的实验室成功。」庄念祖说,能做实验的时间很短,用来做实验的液态氮(取代易爆炸的液态氢、液态氧)也要保持在摄氏零下200度,得花相当的功夫才能保存。

    庄念祖的实验室至今完成24次飞行,每次飞30次抛物线,等于每次飞行只有600秒的微重力时间可做实验。直到近2年才有普渡大学(Purdue University)加入做这类实验。

    ● 把未知变知识 盼助台湾科技业发展冷却系统

    庄念祖23岁大学毕业后到美国留学。他说,当时除了一只皮箱,身上就带美金1000元(依1970年汇率,约新台币4万元)。在美国追梦,也希望回馈美国对他的栽培,他对太空探索的努力能获得NASA肯定,也可以说完成他的美国梦。

    庄念祖2岁随父母从江苏来到台湾,太太也是台湾人,育有2子。77岁的他仍没有退休打算:「我们能有一些发现,把大家不知道的变成知识,是最大的乐趣」。

    庄念祖心中还有一件他一直想做的事,就是协助台湾电子及电脑科技业发展冷却系统。

    他说,从中央处理器(CPU)、绘图处理器(GPU)、服务器、芯片、到量子电脑,这些高性能设备都需要强大有效的冷却系统,确保不过热、稳定运转和最佳性能。他希望将液态冷却技术从火箭燃料领域扩展到科技产品,帮助台湾在全球科技产业中,保持领先地位。

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