小比爾的部落格

  無線電波望遠鏡是指用來接收宇宙中天體(恆星、星系與黑洞等)發出的無線電波之天線與接收機，也可用來追蹤、通訊太空中的探查機衛星。無線電波望遠鏡通常以金屬碟盤或網格構成大型拋物面圓盤，與觀測其他電磁波譜望遠鏡外觀上有很大不同。這種望遠鏡觀察最長波長的光，範圍從1毫米到超過10公尺，相較之下可見光波長只有幾百奈米長，一奈米僅為一張紙厚度的1/10000。一般而言望遠鏡之反射鏡表面必須非常光滑，凹凸程度需控制在電磁波波長的十分之一左右，這意味著觀測最長波長的無線電波望遠鏡越容易把反射鏡建造得巨大(1960年代啟用的無線電波望遠鏡直徑就已達到305公尺而2016年最大可見光望遠鏡直徑才10.4公尺)。無線電波望遠鏡因為是觀測波長最長的光所以其圖像解析度很低，為了提高解析度與收集足夠的低能量無線電波光子，拋物面圓盤反射鏡(天線)必須很大。無線電波望遠鏡可以單座天線使用也可以連線多座天線形成陣列使用，日本與俄羅斯曾經發射無線電波衛星到太空中跟地面天線連線使用。不像光學望遠鏡只能在晚上觀測，無線電波望遠鏡在白天與夜間都可觀測。由於天文電波源例如恆星、星雲和星系都很遙遠，從這些天體發出的無線電波是非常微弱的，所以研究他們需要非常大的天線與極為敏銳的接收設備。來自宇宙的無線電波最早由貝爾電話實驗室的工程師Karl Guthe Jansky以研究雜訊的無線電波接收器(天線)偵測到，五年後的1937年業餘無線電愛好者格Grote Reber建造了第一座專用無線電波望遠鏡，該望遠鏡是直徑9公尺的拋物面天線，他使用該座天線進行的宇宙調查被認為是無線電波天文學領域的開端。當今世界最大可動式無線電波拋物面圓盤是格林班克望遠鏡(Green Bank Telescope)，直徑100公尺可完全轉向。這是在安全且準確操作可動式無線電波圓盤的標準下所能達到最大尺寸。位於波多黎各的Arecibo無線電波天線直徑305公尺在1960年代開始使用，其拋物面圓盤不能轉向，但可以移動接收器來指向目標，其拋物面圓盤由島上喀斯特地形凹陷地所支撐。預計2016年9月開始使用的中國FAST(又名天眼)宣稱直徑500公尺(有的資料指出其有效直徑為300公尺)，但跟Arecibo一樣天線無法轉動，只能觀測剛好從上方飛過的天體。太空望遠鏡分辨太空中物體能力稱為角解析度，為觀測的波長除以天線直徑大小，該計算數值越小得到的宇宙天體圖像越精細。無線電波望遠鏡觀察很長的波長，所以即使最短的無線電波波長除以最大的天線，所得的圖像角解析度只等同於人類以肉眼觀測天空的角解析度。為了使其角解析度達到光學望遠鏡等級，數學破解了這個難題:集合多座天線同時觀測天體以獲得單個巨大口徑無線電波望遠鏡同樣的解析度。這個方法由諾貝爾物理學獎得主馬丁·賴爾(Martin Ryle)所提出。

格林班克望遠鏡為當今最大可轉向無線電波望遠鏡

1960年代開始使用的口徑305公尺Arecibo無線電波望遠鏡不能轉動天線只能接收其上方天體發出的無線電波

   ALMA（阿塔嘎瑪大型毫米波/次毫米波陣列）建造在智利北部海拔約5000公尺的阿塔嘎瑪沙漠裡。該地區的年降雨量不到100mm，天空幾乎全年都是清澈的。在阿塔嘎瑪的高海拔區，傳來的無線電波不會被地面水汽吸收，因此可在相對較短的波長（更高的頻率）觀察無線電波。ALMA是一個有66座拋物面天線的巨大電波干涉法陣列。 ALMA由五十座直徑12公尺的天線與“阿塔嘎瑪緊緻陣列（ACA）”所構成，ACA則是由四座直徑12公尺天線、十二座直徑7公尺天線組成。由德國設計的兩輛130公噸巨型卡車負責搬運這些天線，當天文學家想觀測深太空裡的大範圍目標時，兩輛卡車就要搬動望遠鏡使成為靠攏型陣列；想觀測星系裡的一小部分細節時，就搬動望遠鏡使間距拉遠，依靠這兩輛專用運輸卡車可使ALMA變焦來進行想要的宇宙觀測。藉由在一區域內展開這些可動式天線，ALMA達到了相當於口徑18.5公里望遠鏡的解析度，成為世界上最敏銳和最高解析度的毫米波和次毫米波望遠鏡。ALMA於2002年開工建造，並於2013年開始科學觀測。阿塔嘎瑪緊緻陣列能夠以高敏銳度觀察深太空天體，另一方面對深太空天體不具高敏銳度的五十座直徑12公尺天線可在極高解析度下詳細觀察緊緻天體。結合這些資料ALMA可以獲得各種大小天體極為真實的無線電波高解析度影像。ALMA的解析度是速霸陸望遠鏡和哈伯太空望遠鏡的10倍。

  ALMA是以代表亞洲的日本國立天文台(NAOJ)、代表歐洲的歐南天文台(ESO)與代表北美的國家電波天文台(NRAO)之間的合作計畫，智利則提供土地以及建造營運參與此計畫。臺灣中央研究院與日本國立自然科學研究機構(NINS)協議，以ALMA-日本計畫的一員加入ALMA團隊。之後國科會與美國國家科學基金會(NSF)達成臺灣與ALMA-北美團隊合作協議。中央研究院天文及天文物理研究所負責ALMA接收機的研發、測試、製造。日本ALMA計畫事務所負責開發和製成阿塔嘎瑪緊緻陣列包括天線的高精度干涉法系統、ACA相關器、三種主要集中在次毫米波的接收機。歐洲與美國各自建造25座直徑12公尺天線。

美國歷代火星探測車好奇號(右)與精神號(左上)、旅居者號(左下)

  2012年8月火星探測車好奇號登陸火星，對生命構成要件"有機物" 展開正式調查。現在的火星放眼望去只有宛若沙漠覆蓋著紅色沙土的乾燥大地，平均氣溫只有攝氏-50度大部分的水可能以冰的形式存在於地底下，完全看不到有生物棲息的樣子。但是在38億年前火星被浩瀚的海洋所覆蓋。此外因為火山活動活躍，大氣中的二氧化碳濃度高，因溫室效應關係推測當時的氣候非常溫暖。許多研究者認為當時火星上可能跟地球一樣誕生了生命。如果在火星上發現生命和生命痕跡的話將會是首度發現外星生命的世紀最大發現。外星生命的發現肯定對闡明地球上生命誕生之謎有所幫助。

史上最大火星探測車---好奇號

 搭載好奇號探測車的火星科學實驗室(MSL)太空船於2011年11月26日在卡納維爾角由亞特拉斯V 541火箭發射升空，火箭上面級把MSL直接送入火星轉移軌道繞太陽公轉，經過253天的旅程(共飛行5.63億公里)，好奇號降落在距離目標中心不到2.4公里處的地點上。好奇號登陸是採用「從逆噴射浮游的母船以鋼索吊掛垂降」的方式，地球的操作與指示以無線電波傳遞大約需要14分鐘的時間無法"即時"(real time)操作，因其困難度故從進入大氣層到著陸的這段時間被稱為"恐怖7分鐘"。

美國NASA曾經登陸火星進行與生命相關之重要調查的探查機中，成功觀測的有1975年的維京1號與2號進行探究生命的實驗，包括檢測二氧化碳和碳水化合物等，結果得到的結論是:無生命存在。接著有旅居者號(Sojourner)著陸機在1997年登陸拍攝圖像和進行岩石的化學分析。2004年登陸的火星探測車精神號與機會號為同型機，計畫名稱為“火星巡迴者號”(Mars Exploration Rover)。主要目的之一在於揭露火星是否有水，機會號闡明火星在以前是有海洋的而海水中含有大量的硫酸成分，精神號進行了長達6年的探測直到2010年才結束運作而機會號仍然還在運作以及最近的鳳凰號火星著陸機(Phoenix Mars Lander)在2008年登陸發現水冰。

 宇宙中有各種不同溫度的天體，其中超過100萬~10億度的極高溫天體例如爆炸的恆星、星系團與黑洞周圍的物質等會放射出具有高能量的電磁波X射線。藉由觀測X射線能夠看到可見光所無法觀測到的超高溫宇宙。美國NASA的錢卓拉太空望遠鏡的特色是能夠分辨細點的高空間解析能力能夠拍攝到極為鮮明的圖像。由麻賽諸賽州劍橋的"史密森恩天體物理天文台"(Smithsonian's Astrophysical Observatory)操作管理錢卓拉太空望遠鏡，處理資料並且分配給世界各地的科學家進行分析。

錢卓拉X射線太空觀測衛星之前稱為"先進X射線天體物理設備"（AXAF），在1999年由NASA的哥倫比亞號太空梭發射，之後以印度裔的天體物理學家Subrahmanyan Chandrasekhar來命名(紀念他計算出白矮星最大質量使人類對中子星和黑洞等高能量天文現象有更深入的了解)。錢卓拉的高角解析度反射鏡讓其比之前任何X射線太空望遠鏡靈敏100倍以上。由於地球大氣層會吸收掉絕大多數的X射線，所以地面上的望遠鏡無法偵測到X射線;因此以太空觀測衛星來捕捉X射線是必須的。錢卓拉以64小時繞行地球一圈，是世界上最大的X射線望遠鏡，哈伯、史匹哲與康普頓則分別是最大的可見光、紅外線與伽馬射線太空望遠鏡。

  1976年Riccardo Giacconi與Harvey Tananbaum提出錢卓拉太空望遠鏡（當時稱為AXAF）計畫給NASA。隔年馬歇爾太空飛行中心（MSFC）與史密森恩天體物理天文台（SAO）開始前期工作。同時在1978年NASA發射了第一顆X射線太空望遠鏡"愛因斯坦"（HEAO-2）進入軌道。AXAF計畫項目在20世紀80年代~90年代持續地進行。 1992年為降低成本太空船進行重新設計。原本計畫的十二個酒桶形(圓柱形)反射鏡有四個被取消，六個科學儀器中也有兩個被剔除。 AXAF的預擬軌道也被改成橢圓形軌道，在其最遠點達到地球與月球距離的三分之一。這也讓太空梭無法改良或修理錢卓太空望遠鏡，但其大部分的軌道位在"范艾倫輻射帶"(Van Allen belt)上方。 AXAF由Northrop Grumman Aerospace Systems在加利福尼亞州雷東多海灘進行組裝和測試，重量約4.8公噸，鏡面直徑1.2公尺、焦點距離10公尺。軌道為近地點高度10000公里遠地點140161公里椭圓軌道，為此主要進行低地球軌道任務的太空梭需要在非加壓艙上多裝設一具由波音公司為米國空軍開發重量14.7公噸的"慣性上面級火箭"(Inertial Upper Stage；IUS)把太空望遠鏡送到較高的軌道。 

 X射線不會以可見光那種方式被反射鏡反射，因為X射線是高能量的光子，其直接撞擊反射鏡後會穿透鏡面，這大致上跟垂直瞄準地面發射子彈一樣，子彈將被埋在地表下。還有當子彈以掠角(較淺的角度)往地面發射時，子彈將彈離地面。所以X射線在很淺的角度撞擊反射鏡將會被彈離。這就像把一塊石頭以較淺的角度往水面丟，石頭將跳躍穿過池塘水面。這個特性意味著X射線望遠鏡與可見光望遠鏡有很大的不同，X射線光子進入望遠鏡後必須幾乎平行地切過鏡面而可見光光子進入望遠鏡後則被鏡面反射。因此不像可見光望遠鏡採用簡單鍍鋁拋物面反射鏡，X射線望遠鏡通常採用"沃爾特"(Wolter)望遠鏡，這是由拋物面鏡與塗銥/鍍金雙曲面鏡成對構成的酒桶形(圓柱形)反射鏡。錢卓拉的"高解析反射鏡組件"(HRMA)把反射鏡做成類似酒桶型的"鏡子殼"共嵌套四圈(八個反射鏡)來增加望遠鏡的總反射。望遠鏡內的反射面必須被精確地製作，讓進入的X射線幾乎與之平行。反射鏡聚集X射線光子到電子檢測器上讓其記錄光子位置與某些能量事件，然後這些X射線資料被進行分析並重建成產生放射能量的天體圖像。而傳統望遠鏡光線被收集和聚焦在一點的方式是天體放射來的可見光光子進入望遠鏡，被拋物面鏡反射並被收集在焦點上。反射鏡的面積越大焦點上的圖像就越明亮。事實上這種集(聚)光功率，才是使用望遠鏡的主要理由，而不是要“放大”任何特定物體的能力。這也是天文學家不斷尋求建造更大的望遠鏡的原因;以這種方式從昏暗與遠處物體發出的可見光都可以被收集。不幸地X射線光子並不會像可見光光子一樣有令人滿意地反射。因為這些光子是高能量的，它們會被鏡面吸收而不會反射，所以我們無法使用反射鏡收集和聚焦來自遠處的X射線。搭載儀器方面錢卓拉太空望遠鏡裝設的"整合科學儀器模組"（SIM）擁有"先進感光耦合元件成像光譜儀"（ACIS）和"高解析相機"（HRC）兩部儀器，要指定哪個儀器觀測時才移動到焦點面上。ACIS由10個感光耦合元件組成，並提供圖像以及被觀測物體的光譜資訊。高解析相機有兩個微通道板組件，具有16微秒的時間分辨率。兩部儀器在使用時也可以與望遠鏡的傳輸光柵結合使用，透過傳輸光柵的擺動可改變反射鏡後方光的路徑，提供錢卓拉太空望遠鏡高解析光譜。

傳統光學望遠鏡反射鏡將無法反射X射線

  行星探測在技術上是一件非常困難的任務，與在地球附近運轉的衛星、月球探查機迥然不同。探查機距離地球越遠則通訊越花時間，因此想從地球上送出指令控制探查機也會因為從送出命令至實際執行產生的時間差而失去時效，所以探查機本身必須能夠掌握周遭情況自行下判斷。探查機也要考量所置身不同的環境中都能正常運作(例如承受更多太陽熱量等)。要實現這樣的任務需要極為高超的技術，行星探查機的開發與運用考驗著太空開發的總體戰力。

各國金星探查機
  蘇聯在1967年~83年送往金星的Venera完成了穿越金星大氣降落等任務除了地表的元素組成及地形外對於大氣組成及溫度、壓力等金星基本資料的取得也貢獻很多，但這些觀測所取得的資料都是僅限於探查機降落場所的片段資訊。美國麥哲倫(Magellan)太空船在1990年~94年繞行金星運轉但是以探測表面地形為主因此直到今日仍然無法捕捉到金星大氣的全貌。2005年11月發射的歐洲"金星特快車"(Venus Express)是沿著連結南北兩極的極軌道繞行金星，著重在大氣的化學組成分析。這種軌道使得金星特快車不太能夠偵測雲的時間性連續變化但卻能探知南北極上空雲的狀態。

  AKATSUKI(Planet-C/黎明破曉之意)是日本第一架觀測被厚實雲層籠罩充滿謎團的金星大氣探查機，其基本系統以隼鳥1號工程實驗機為基底，發射重量517.6公斤，推進裝置由一具以聯氨/四氧化二氮為推進劑的500牛頓推力軌道變動主引擎與十二具以聯氨為推進劑的23牛頓推力姿態控制引擎所組成，通訊裝置為一具相對於拋物面天線重量較輕不易過熱的平面高利得天線與二具中利得天線。在2010年5月由H2A202火箭發射升空，與火箭分離時AKATSUKI以每秒11.7公里速度脫離地球重力圈進入霍曼轉移軌道直接飛向金星，12月3日準備進入近金點300公里遠金點80000公里傾斜角度172度、週期1.25天的繞行金星橢圓周回軌道，因推進裝置內氦加壓槽與燃料槽之間的檢查閥堵塞影響了用來冷卻燃燒室的聯氨流進主引擎，過多的四氧化二氮氧化劑導致燃燒溫度過高而毀壞了噴嘴與燃燒室喉部。使得逆噴射減速的時間過短而沒被金星引力拉進周回軌道，但AKATSUKI仍然在正常運作控制下，繼續在與金星公轉軌道相似但位在較內側軌道上繞太陽公轉。因主引擎推力只剩下原本的10%已無法再進行逆噴射進入環繞金星軌道，JAXA決定結合四具推力超過破損主引擎的姿態調整引擎來進行逆噴射，並把剩下的65公斤氧化劑四氧化二氮排棄來降低探查機重量；因為姿態調整引擎的比衝低於主引擎使得探查機必須放棄原本計畫的軌道改為進入高度較高的周回軌道。2015年12月AKATSUKI再度與金星會合，使用探查機頂部的四具姿態調整引擎點火20分鐘進行逆噴射後終於成功進入近金點400公里遠金點440000公里傾斜角度3度、週期13.6天的高橢圓周回軌道。 2016年3月姿態調整引擎將再點火把周回軌道遠金點降低成高度330000公里，縮短軌道週期為9天並展開2年的科學觀測。

  繞著太陽運行每隔76年接近地球一次的哈雷彗星，在人類歷史中已經留下29次觀測記錄，在1986年再度接近地球。過去人類所能做的只是抬頭仰望並對它感到恐懼而已。但是現在情況不同了人類已經擁有能脫離地球重力圈的太空火箭與抵達太陽系其他行星的探查機。1981年9月各國科學家聚集在義大利的帕瓦多(Padova)召開針對哈雷彗星探測的"內部機構聯絡協議小組"(IACG)。當時正處在東西方冷戰的高峰，各陣營還是跨越政治籓籬為了科學觀測針對組織互助體制的議題做討論，會議在極友好的氣氛下進行，科學家也將這歷史性集會稱為"帕瓦多盟誓"。參加1985年的哈雷彗星探測計畫的有美國、蘇聯、歐洲與日本。由各國分擔觀測作業決定共同迎擊睽違76年即將飛越地球的哈雷彗星。以下介紹各國應對狀況，歐洲與日本在此之前都沒進行過深太空任務，甚至連探索月球任務也未執行過。其中日本與其他國家相比整體太空實力是相對低下的，所需進行的預備工作最多，歐洲至少還可直接利用發射能力不錯的亞利安1火箭。而美蘇兩強則是讓其他在太空中的探查機改變軌道去執行彗星探測任務。

歐洲

ESA開發的哈雷彗星探查機喬托號(Giotto)發射重量583公斤，是歐洲首個脫離地球重力圈的太空船，在此之前歐洲太空活動區域僅限於地球重力圈內，伴隨著需要開發探查機引導至遙遠目的地的航法計算軟體。由英國航空宇宙機構建造的"靜止軌道多實驗衛星GEOS"衍生而來並且修改成增加1毫米鋁製薄板防塵罩並使用克維拉纖維來保護太空船，在1985年七月由亞利安1火箭發射。嘗試近距離拍攝哈雷彗星的核心而被稱為神風任務。

蘇聯

在冷戰時代維加1與維加2(Vega1&2)是蘇聯例外對外公開的太空任務，兩架重達5噸的姊妹探查機以三層鋁合金製成裝甲由質子號火箭發射，先抵達金星後釋放著陸機到金星表面，再借助金星的引力協拋改變軌道朝哈雷彗星前進。

  在太陽同期軌道上運作的"廣角紅外線巡天觀測衛星"(Wild-field Infrared Survey Explorer；WISE）是美國NASA最新的紅外線太空望遠鏡，2009年12月在范登堡空軍基地由Delta II火箭發射升空，在2011年初它以紅外線完成掃描全天二次，近十億個天體被WISE拍攝過照片，包括遙遠的星系、恆星和小行星等。至今天文學家們持續挖掘由WISE提供的豐富宇宙資料。在2011年完成其調查後，WISE已進入休眠狀態，但2013年9月NASA恢復原本WISE的掃描近地天體任務。WISE望遠鏡由Ball Aerospace & Technologies（太空船、運營支持)、SSG Precision Optronics, Inc.（望遠鏡、光學、掃描鏡）、DRS and Rockwell（焦平面）、洛克希德·馬丁公司（低溫恆溫器、望遠鏡冷卻）、太空動力實驗室（儀器、電子產品、測試）聯合建造，計劃由噴射推進實驗室管理。WISE質量約為660公斤是三軸姿態調整的太空望遠鏡，使用的高利得Ku頻天線經由中繼衛星把資料傳遞給地面。

WISE具有捕捉紅外線中3.4、4.6、12、22微米(1微米是100萬分之一公尺)共四種波長的能力，WISE拍攝的天文圖像分別依上列波長著上青、藍、綠、紅合成而得。青與藍色主要顯示恆星放出的紅外線，綠與紅色主要顯示溫暖的微塵放出的熱輻射。WISE的40公分口徑紅外線望遠鏡可對天空的每個角落進行觀測，以不到100分鐘的週期繞地球運轉，每11秒拍攝一次0.8平方度的宇宙空間，可在6個月內拍攝完整個天域。利用紅外線觀測全天的太空望遠鏡還有NASA的IRAS與JAXA的AKARI等，WISE配備了解析度比這些望遠鏡更高，連幽暗光線也能捕捉到的檢測器。而AKARI是以波長更長的紅外線為主要觀測對象。

根據WISE拍攝的龐大資料可建立一份高達數億個發出紅外線的天體目錄，這份目錄可運用於了解宇宙形貌的統計性研究，此外這份目錄也可當作地圖，幫助其他望遠鏡---不像WISE做全天觀測而是擅長詳細觀測特定天體的史匹哲望遠鏡、速霸陸望遠鏡等尋找被他們列為觀測對象的天體。例如距離幾十億光年的遙遠星系團外觀非常小要在廣闊的太空裡發現並不是一件容易的事情，因此星系團的發現程序為首先使用WISE進行觀測挑出可能有遠方星系密集的區域，接著使用地面的望遠鏡進行高解析度觀測來確認是星系的集團並推定各星系與地球距離，確認它們是距離大致相同的星系才確定是星系團。

紅外線是比可見光波長更長、能量更低，肉眼看不見的電磁波，所有物質都會放出紅外線也稱為熱射線。WISE能夠細密捕捉溫度為攝氏-200度~+700度的物體所放出的紅外線。把觀測到的四個波長的紅外線資料配上不同顏色加以顯示製作出合成圖像。紅外線能夠穿透可見光無法窺視其內部的濃密微塵因此能夠為我們呈現出恆星形成區域的內部情景。此外宇宙遠方可能存在著正在活潑誕生恆星的星系但因為被微塵遮蔽而無法利用可見光看見，WISE也能夠發現這樣的星系。紅外線也能發現利用可見光無法看見的各式各樣天體，比太陽小的恆星由於又小又暗利用可見光很難觀測，其中最暗最小的恆星就是有失敗恆星(failed star)之稱的棕矮星(Brown dwarf)，直徑只有木星大小質量不到太陽的百分之八，因而無法進行讓恆星持續發光所需的核融合反應。WISE也能觀測眾多太陽系內的小行星、彗星與微塵等製作全天的分布圖。幫助我們發現這些恆星形成區域及棕矮星、遠方星系、小行星等等各種天體並且協助闡明恆星及行星、星系的演化。

  WISE在2010年7月完成第一圈的全天觀測，在這段期間進行了150萬次以上的拍攝。從太陽系內部的小行星到遠方的星系檢測出多達數億個天體，全天的資料在2012年公布。進行紅外線觀測必須把望遠鏡冷卻到極低溫，如果不加以冷卻則望遠鏡本身放出的紅外線會干擾觀測，因此WISE設計成保持-261度C，2010年8月冷卻劑液態氦用盡而無法利用容易受熱影像的最長波長進行觀測。但還可以利用其他波長進行觀測因此繼續WISE的任務，並針對第一圈觀測時發現的近地天體進行更詳細觀測。

亞利安1~4火箭是歐洲政治、經濟與技術合作的最佳典範，為滿足歐洲本身能不受限制地進入太空而開發，是具有成本效益且能可靠地提供太空活動的發射載具。亞利安1~4的設計是以叢集四具維京引擎為第一段火箭提供推力，在不綑綁助推火箭也能起飛。1987年歐洲部長會議同意開發不同於亞利安1~4設計的更強力型發射載具---綑綁助推火箭才能起飛的亞利安5運載火箭。亞利安5為了更高的可靠性在電子和電腦系統中保留許多備份，也使用比之前的亞利安火箭更標準的零件。亞利安5代表在發射技術上有質的躍升，起飛時兩個固態助推火箭提供90％推力，低溫第一段火箭在地面上點燃提供推力飛行直到與第二段火箭分離，並依任務需求選擇不同第二段火箭。亞利安5的二具助推火箭長度為32公尺、直徑為3.1公尺，第一段火箭長度31公尺、直徑5.4公尺，不同引擎的第二段直徑都是5.4公尺、長度有3.4公尺與4.7公尺兩種。

亞利安5由歐洲太空機構開發用來取代亞利安太空公司的亞利安4商業衛星發射。最初這具大火箭可以一次發射兩顆分別重2~3噸的衛星到靜止轉移軌道，後來升級成可以一次發射兩顆4~5噸酬載。亞利安5是兩段運載火箭加上綑綁二具大型固態助推火箭總共有四具推進單位。起飛時它的兩具分段構成(三段)的固態火箭各自提供超過500噸推力來增強第一段Vulcain 液態氫氧引擎的110噸真空推力，原本亞利安5G使用有2.6公噸真空推力的自燃性推進劑 EPS 為第二段引擎，亞利安5 ECA則採用真空中推力110公噸的 Vulcain 2 來改進第一段與 ESC-A改進第二段， ESC-A是改良自亞利安4 以液態氫氧為推進劑的第三段HM7B引擎真空中推力為6.8公噸，稍微升級的固態引擎也被開發來為亞利安5 ECA提供動力。亞利安5 ECA可以把大約10公噸的酬載送入靜止轉移軌道(包含衛星衛星配適硬體)，含長整流罩其高度接近58公尺，起飛重量為770公噸以上。未來計劃開發一個有15公噸推力、可重複點火的 Vinci引擎來取代HM7B引擎。使用Vinci新引擎的火箭稱為 ESC-B型，升級後的亞利安5 ECB能夠發射12公噸酬載到靜止轉移軌道， ECB型可望在2017年或2018年投入發射市場。但在2014年歐洲太空機構已取消亞利安5 ECB，改成開發次世代火箭亞利安6於2020年進行首次發射。第四種亞利安5命名為 ESV型（也稱為亞利安5“多用途型”），在2008年3月開始第一次飛行，該版本採用了 E型的第一段火箭與 ESA型的固態助推火箭。第二段稱為EPS-V採用一具燃燒可儲存推進劑(MMH/N2O4)的Aestus引擎，EPS-V可以攜帶10公噸推進劑只比一開始版本多0.3公噸，但較少推進劑容量主要是用於低地球軌道任務。不像早期的G型的EPS第二段，“ESV的EPS-V第二段可以重複點火。亞利安5 ESV則是被開發來發射歐洲20公噸重 "自動貨物運載太空船(ATV)"至國際太空站。兩個G系列(G+型、GS型)的臨時版本亞利安5 火箭在G型過渡到E型時出現。 G+型是標準通用型搭配有10公噸推進劑的EPS上面級該型火箭在2004年首次飛行，GS型則是改良G+型的固態助推火箭。

亞利安5   G：GTO  5.9公噸

亞利安5    G+：GTO  6.5公噸

亞利安5   GS：GTO 6.9公噸

1655年23歲的牛頓創造出改變科學歷史、革命性的數學手法---微積分(Calculus)，在今天微積分普遍運用於人造衛星的軌道、建築物的強度、經濟狀況的變化等廣範圍的計算。既使說微積分撐起現代的文明社會應該也不為過。16~17世紀的歐洲國家為了爭奪歐洲霸權各地烽火連天，在戰爭中要求具有強大威力的大砲一定要正確命中目標因此研究砲彈軌跡的「彈道學」一時之間大為興盛。砲彈的飛行軌跡是曲線但很長的一段時間人們無法正確計算出砲彈的飛行軌跡會是什麼樣的形狀。

進入17世紀微積分發展所不可或缺的工具出現了，這就是法國數學家笛卡兒和費馬創造出"座標"(coordinate)，座標是指平面上的某一點可以用與原點相距的「縱」和「橫」的距離來表示者。使用座標直線與曲線皆可以x和Y的式子來表示。砲彈飛行問題原點設為發射砲彈地點，x軸為從發射地點算起的水平方向距離，Y軸為砲彈飛行高度，則發射出之砲彈所畫出的拋物線也可用x和Y的式子來表現。求出砲彈飛行過程中不斷變化中的行進方向必須要有計算變化的新數學，這個新數學就是「微分法」，有這有力的工具不論什麼曲線(函數)皆可畫出切線(導函數；將函數微分)。牛頓之前計算不規則土地面積時採用方式是切割成細長方形，切份之後再加總就是積分但這種計算繁雜誤差也大，1665年牛頓發現到積分是微分的逆運算，一舉解決了積分計算的繁雜性。

微積分創始者牛頓在20幾歲時在數學、物理學與光學等領域完成了革命性的工作。

天文學家哈雷(Halley)從牛頓那裏學習到微積分的技法和物理定律解決了當時天文學的問題之一---計算出彗星軌跡，他注意到1531年、1607年和1682年飛來的彗星它們的軌跡特徵非常相似，哈雷看穿它們應該是同一顆彗星因此在取得大量過去彗星紀錄、正確計算軌跡闡明彗星的軌跡為橢圓後大膽提出:「1758年慧星會再度造訪地球」的預言，該彗星就是後來我們所稱的哈雷彗星。當時彗星可說是神祕的天體人們相信它是將會發生不詳事件的預兆，哈雷等於宣告彗星的造訪可用物理定律和微積分這樣的數學方法計算出來。而在1758年的聖誕節幾乎就跟哈雷所預言的一樣彗星的身影再度出現在夜空中，這是牛頓所創立的微積分打破迷信和神祕主義展現正確性和威力的一刻。通常彗星是根據發現者來命名不過哈雷彗星例外，哈雷計算出該彗星軌跡並預言其會再回歸，因為如此偉大功績故以他的名字來命名。

哈雷除了計算出彗星軌道，也想出計算壽險的"保險統計表"而對精算數學也有貢獻。

"Krunichev國家研究和生產太空中心"的質子號長久以來都是俄羅斯重型軌道發射載具。為了進行蘇聯冷戰期間太空競賽的有人探月計畫而開發，之後質子號轉換成提供無人探索服務，它發射了多項歷史性的“第一次”任務包括飛抵月球、火星和金星。20世紀70年代質子號開始了長期且穩定地發射國防和政府衛星到靜止軌道。自從冷戰結束後質子號已建立龐大的商業發射業務。在1960年代一開始質子號是由"切洛梅設計局"所開發。由於最初克里姆林宮把它定為潛在的兩段型超級洲際飛彈(命名為UR500)，它被設計成使用可儲存自燃推進劑（四氧化二氮和二甲基聯氨）。Valentin Glusko開發了當時最先進的火箭引擎，真空中 150公噸推力兩階段燃燒循環 RD-253，為火箭的第一段提供推力。從"切洛梅 "UR200洲際飛彈第一段引擎升級成有60公噸以上推力的四具兩階段燃燒循環 Kosberg引擎 為第二段火箭提供動力。為了進行蘇聯的有人月球計劃而開發的UR500K軌道發射載具則增加第三段火箭，其搭載的引擎與第二段相同但數目只有一具，這使得 UR500很快地被導向太空飛行。在1965~66年 兩段的UR500進行四次試驗飛行，發射一系列重量 12.2公噸名為"質子"的研究酬載到軌道上。這個名稱不久就變成運載火箭本身的稱號。三段UR500K（質子號 K）在1967年開始飛行，能夠運送超過19公噸酬載到低地球軌道，可選擇增加的第四段火箭可運送超過5公噸酬載飛向月球。西方世界似乎認為 質子號是蘇聯對 NASA土星I/IB的回應。

  從1967~69年 科羅廖夫設計局以液態氧/煤油為推進劑的Block D被搭載在質子號K第四段上，連續發射進行繞月飛行任務的無人Zond太空船。Zond被設計成可運送太空人，該計劃是要在美國阿波羅計畫太空人抵達月球之前 先送蘇聯太空人繞行月球，但Zond和質子號接連遭遇挫折而延遲測試計畫。前六次測試飛行中有四次遭遇到質子號或 Block D故障。1968年7月籌備的第七次發射因加壓的 Block D氧化劑槽在發射台上破裂而被終止。該事故有三名工作人員喪生，但質子號K其他部分和Zond太空船則沒有損害。另一個質子號和Zond在1968年九月被準備 ，Zond 5成為第一個繞行月球並返回地球的太空船，兩個月後 Zond 6也繞行月球。然而由於飛行期間出現的問題使得送太空人進行下個任務的計畫被推遲。 Zond 5未能執行預擬的“揚力型淺角度切入”重返大氣層飛行，而是以高G彈道飛行進入大氣圈降落在印度洋。 Zond 6則因減壓而面臨降落傘無法張開的問題。一個成功的無人飛行---Zond 7 直到1969年八月才實現 但那時美國已經完成阿波羅八、十與十一號計畫，總共有九個美國太空人被送入繞月軌道而且還有兩個太空人已經在月球表面行走。政治領導人決定放棄有人Zond飛行計畫，但允許質子號在1970年發射最後一次Zond 8繞月任務該次飛行以成功收場。這決策有可取之處畢竟前 20個質子號K/Block D 任務僅有6次發射成功。質子號不只還沒準備好進行無人太空服務更不用說要運送太空人。禁止飛行進行六個月的檢查，1970年八月次軌道質子 K工程測試飛行之後持續的成功才出現。質子號接著在1970年代的 59次飛行有 46成功，在之後的幾十年成功率更高於93％。

三段的質子號K增加第四段BlocK D用來發射探索月球的Zond太空船

從1969~76年，質子號發射一系列 Luna太空船到月球的任務。1969年七月美國阿波羅11號太空人在月球期間，著名的Luna15嘗試要降落在月球上但失敗了。一年後Luna16成功執行第一次無人月球樣本返回任務和搭載第一台無人月球車"Lunakhood 1"的Luna17降落在另一個天體上。接著Luna系列太空船繼續定期著陸在月球表面或是繞行月球直到1976年的Luna24進行最後一次月球樣本返回任務後才停止。1970年代和80年代，質子號也進行到達火星和金星的任務。 1971年Mars2和 3成為第一個繞行紅色星球跟嘗試著陸的太空船。1976年Mars 2降落時墜毀成為火星上第一個人造物體其姊妹船Mars 3在幾天後實現了第一次火星軟著陸，但著陸後不久就停止傳輸資料。1975年Venera 9 成為第一個繞行和著陸在金星上的太空船，並且從另一個星球的表面傳回圖像。姊妹船Venera 10 重複這兩個壯舉。擁有質子號和Venera 系列太空船，蘇聯讓最偉大的行星探測成功實現。1978年Venera 11和12 降落在金星表面，1981年Venera 13和14 也進行一樣的任務。1983年Venera 15和16 被送入金星周回軌道以雷達繪製部分金星表面。1984年兩具質子號火箭野心勃勃地發射 維加 1和 2，最終成為非常成功的金星和哈雷彗星任務，這是第一次蘇聯電視台播出質子號火箭發射的畫面，以前從未見過的強力質子號照片出現在全世界報紙和雜誌上。質子號也發射一系列太空站與太空船，從1971年的 Salyut 1 到1982年的 Salyut 7、TKS大型太空船，以及1980年代~90年代進行和平號太空站組裝，並在1998~2000年發射兩具國際太空站艙室。從1974年開始質子號使用Block D第四段執行蘇聯的第一個靜止軌道衛星發射。不久質子號每年都發射十次以上的軍事/民用通信、ELNIT，早期警戒和導航衛星進入預定軌道。冷戰於1991年結束後，質子號的發射數量有所下降但西方商業通信衛星發射很快地填補了空白。 

用於低地球軌道任務的質子號K只有三段，這是發射國際太空站的Zvezda艙室的照片。

印度是太空開發急起直追的大國，這邊將介紹其主要火箭，另外可與 日本與支那運載火箭概觀一起觀看了解亞洲太空三強的發展情形。

1970年代法國"興業歐洲推進公司(Societe europeenne de propulsion；SEP)" ，開發的"維京火箭引擎(Viking engine)"正處在一個需要大量人力的關鍵階段。在訪問法國期間"印度太空研究組織(ISRO)"主席 Dhawan與SEP總裁，探討液態火箭引擎技術移轉的可能性，最終與"法國國家太空研究中心(CNES)"達成協議。根據協議印度派遣35名工程師到法國進行4~5年的工作。支付給印度工程師的部分薪資被當成"維京火箭引擎"的技術授權費返還給法國。如果有差額將由印度太空研究組織提供的硬體補足，隨後印度太空研究組織提供感測器來補足此差額。 印度太空研究組織總共提供 100人–年參與"維京火箭引擎"項目。其中 75人-年是以法國的喜好方式來調配，剩餘 25人-年則依"印度太空研究組織"偏好的領域來分派。到1979年初該計畫已經完成，隨後維京火箭引擎所有的技術文件和專門技術被移轉給印度太空研究組織。以法國維京引擎技術為基礎發展的"維卡斯火箭引擎(Vikas engine 為二甲基聯氨/ 四氧化二氮可儲存推進劑，在室溫下保持液態)"用於PSLV火箭第二段被決定。從法國回來的工程師製造維京版引擎比製造"半低溫系統引擎(semi-cryogenic；只有氧化劑須以低溫保持液態)"來得更有信心，但他們低估了牽扯到的複雜性，也就是製造大型液體引擎所需的工業水準。當擁有 74噸推力液體推進劑引擎的實證技術時，印度現有的基礎設施卻只能承擔 3噸推力的引擎製造。印度產業在製造這樣的大型引擎沒有任何經驗，必須經歷一個學習過程。結果總共花了七年時間製造第一具引擎外加另外 8年進行飛行測試。  維京火箭引擎使用於歐洲亞利安1~4火箭，第一段叢集四具、第二段使用一具較大噴嘴型維京引擎也有用於助推段火箭上，印度引進後國產化把維卡斯引擎分別用於當今各主力發射載具的不同段火箭上。

極地衛星發射載具PSLV

PSLV有個非常獨特的設計就是其固態段和液態段火箭交互配置。第一段火箭是五段鋼製外殼構成的固體火箭，綑綁六具固態助推火箭。助推火箭跟先前 ASLV的助推、第一段與SLV3第一段火箭非常相似 海面平均推力為 40幾噸，四具引擎在地面上被點燃，而剩下的兩具引擎則在空中點燃且可進行第二次噴射推力向量控制(SITVC)，長度約10公尺、直徑約1公尺。PSLV的第一段是以 HTPB為推進劑 跟一具海面上推力 310噸的噴嘴引擎，第一段長度為 20公尺 直徑 2.8公尺，在PSLV飛行期間第一段的俯仰和偏航控制是藉由噴嘴裡的高氯酸鍶水溶液噴射來實現，水溶液儲存在二個綁在固態火箭引擎的鋁製槽裡而且用氮氣加壓。第二段火箭是由一具燃燒 N2O4和 UDMH的維卡斯引擎提供推力，該引擎由印度太空研究組織建造，以法國SEP建造的維京4A引擎為基礎，主要的差別在於它的燃燒時間較長，該段長度 12公尺、直徑 2.8公尺，在第二段火箭飛行期間的載具控制是由可動的維卡斯引擎完成，滾轉控制由熱氣體反應控制馬達提供。第三段火箭是一個固態火箭引擎，它具有聚?胺纖維外殼和用於推力向量控制的柔性軸承密封噴嘴，真空推力約20噸  該段長度 3.6公尺、直徑 2.8公尺。第四段是PSLV的上面級提供精確噴射，這段火箭由以 MMH和 MON為推進劑的兩具引擎提供推力，長度約 3公尺、直徑約 2公尺。PSLV在1993年首次發射，總重量為 320噸 發射能力為 LEO 3.25噸、SSO 1.75噸。

靜止衛星發射載具GSLV