曲克恭(節譯)

　　雖然研究大氣是一個三度空间的問題,但是過去我們能夠獲得的資料僅限於從地面至氣球的高度(約為二十哩),這當然是不夠的。二十年前就有氣象學者想得到高度更高的氣象資料,但由於缺乏適當的觀測技術而作罷。近十年太空航行器的迅速發展,以及我們對近太空的研究,使我們相信將來一定會獲得很多一百哩高度以上的寶貴資料。那末,如果在二者之間有一層未經探測的大氣存在(指二十哩至一百哩間),會不會影響我們對整個情況的了解呢?這當然是事實。氣象探空火箭乃探測此中間層唯一可能而有效的工具。

　　探空火箭的使用必須從經濟和易於處理兩方面著眼,從前也曾施放過火箭探測氣象,但都不合這兩個原則。美國從一九五0年代的中就開始試驗適合的氣象探空火箭,到現在為止,已經有了三種探空火箭:羅凱一號(Loki I),羅凱二號(Lokim II)及爾卡斯 (Arcas-all purpose rocket for collection of atmospheric soundings) ・羅凱一號與二號之不同為昇空高度之區別,前者可將探測儀推至十二萬

呎之高空,而羅凱二號之高度為二十五萬呎。將此探空火箭簡介於後:

1. 羅凱火箭最初為一種戰術火箭，後來經過少許的改良而成為氣象火箭(如圖一)。

缺點為加速度極大,不但對低層的氣象情況缺乏敏感性,而且不能保證百分之百的施放成功。同時其載荷量有限,使攜帶的儀器也受到很大的限制。這種火箭使用固體燃料,但是火箭推進器燃燒的時間不到兩秒。羅凱一號的秒速為四千四百吹,二號為五千七百呎。如何利用此有限的燃燒時間昇達高空,端賴火箭頂部的鏢槍。當燃料燒完之際,鏢槍與推進器間有一彈簧,自動使二者脫離,極端穩定的鏢槍立即循彈道軌跡繼續上昇,直到其動能等於零。

其載荷量為二磅,容積只有十六立方吋,鏢槍重六磅牛。全部的重量,羅凱一號為二十四磅,二號為二十九磅。

二、亞爾卡斯火箭

　　此火箭為一種經濟的高空大氣研究工具,加速度較小,而且頂端圆维體内的空間相當大(圖一)·但羅凱火箭不受低層風之影響,而亞爾卡斯火箭因加速度小,對低層的風速特別敏感,在強風存在的情沉下即不可能射。不過因其優點較多,乃目前成立氣象火箭探空網最適當的火箭。此火箭的荷量為十二磅半,容積三百一十立方吋,重量七十七磅。探空火箭之三個主要部份除上述的火箭以外,還應該有測量氣象因子的儀器與發射和接收氣象報告的設置。探測高空風不外使用線電測風儀的原理,現在最理想的方法是使用在羅凱火箭上的細條物質(Chaff),散佈於十五萬呎以上的高空,然後用雷達觀測。此種細物質可用者甚多,如圖三所示即為其中之二。選用細條物質之唯一限制為其下降速率必需小於每秒二百吹。從火箭上施放細條物質,然後用雷達觀測其動向和水平速度即可知各高度之風速,其優點為不受機械，械,化學與電子成分的影響,但有其處,即此種細條物質被射出以後常常越飄越分散,所以觀測的資料也隨時間之延長,越久越不正確。有時許多細條也會結在一起,變成一個鳥巢,改變了下降速度,對風速的反應當然也就遲緩。

　　另外一種雷遠的目標物為帶金屬性的降落傘,探測十五萬呎高度以下的風,羅凱火箭使用直徑八呎的降落傘,亞爾卡斯火箭使用直徑十五呎的降落傘(圖四),後者之性能更佳,從火箭彈出後二十秒鐘內即可隨風飄行,而且有時在二十萬呎高度以上亦有百分之九十成功的希望。綽號叫做「羅賓」(Robin)(Rocket BallonInstrument)的氣球(如圖五) 不但能測風,而且能測空氣的密度,不久將被美國火箭網部份採用。此氣球直徑一呎,内部懸一多角形的金属片,做為雷達反射之用。當「羅賓」被射出火箭以後,由於其下降速度之變化及水平方向之移動,即可計算出該層空氣之密度與風向風速。測量氣溫的儀器為一珠状的溫度計,其敏感性特強,否則降落傘在高空下降速度甚巨,二者不相配合,將會使大部份之紀錄失真。發射高空氣象資料的儀器,目前美國使用改製的無線電探空發射機(1680mc Radiosode Transmitter) (如圖六)。追踪目標之雷達以狹幅度(Narrow Beam)的FPS-16及MOD II為最理想。此外更需要自動追踪及紀錄,自動紀錄與測風使用的計算板相似,不過計算板上不斷的紀錄雷達天線的運動,並且換算成高空的位置而已。計算板上有兩軌跡,一條目標水平面的,另一條是表示垂直位置的,另外還有時間參考線。美國已經開始成立探空火箭網,並於一九五九年十月七日創設氣象火箭網委員會,主辦有關火箭效能,接收資料之研究,装備擴充以及資料傳播等事宜。

　　雖然美國已有八個地方設有探空火箭發射器,而且從該委員會成立以後,舉行了數次有系統的集體施放,獲得許多寶貴的資料。但是火箭網的普及尚有待繼續努力，因為有些問題還得解決。

第一、經費問題。

第二、安全問题,此類火箭非導向者,且無地面引發火箭爆炸之裝置,一旦火箭進入危險軌道即無法控制。故火箭施放區局限於某些地區。

第三、追踪雷達之性能有待繼續改進。

　　不過,火箭網的普及並非完全絕望,只要將能夠研究出廉價的追踪設備與需要安全範圍較小的火箭,則火箭發射站的地理分佈和施放的程序皆可趨於理想。