在伊利諾大學香檳分校拿到碩士和博士後，我在北卡州立大學機械和航空工程系從事教職，至今已超過30年。在過去12年中，我也常駐位於維吉尼亞州翰普頓的國家航空航天研究院（National Institute of Aerospace）和美國宇航局蘭利研究中心（NASA Langley Research Center）的學者專家一同從事研究。從2023年8月開始，我獲選進入玉山學者計劃，成為國立成功大學客座教授，開始了我在台灣的教學和研究生涯。這是由教育部資助為期3年的全職任務。我非常感謝有這個機會能回到母校，回饋我成長的故鄉，圓了我想為台灣貢獻的夢。
為這個新的任務做好準備，我在上任前回台灣2次，拜訪了國家太空中心（TASA）、國家中山科學研究院（NCSIST）、漢翔航空（AIDC）和國家運輸安全調查委員會（TTSB）等四大航太和國防相關機構。回台灣以後，我更有充足的機會與成大師生交談，和許多學者專家和行政管理人員討論，也有機會觀察和評估當前台灣的科技產業和高等教育研究環境。
我想先把我對台灣的航太和國防產業，以及國防自主國家計畫的觀察分析，整理出一點建言，代表我對台灣相關產業的期待，和我在這個新的研究生涯願意努力的方向。也許我須要在這裡先聲明，由於我一直從事航太領域的研究，所以我的觀點難免會透露出我對航太產業的偏愛。
航太和國防產業的重要性和必要性
航太和國防產業多年來一直是最尖端科技，而且不斷有突破和創新。這產業深深影響一個國家軍事和經濟的實力，所以在國際上常被視為一個國家的國力和國際影響力的指標。
台灣面對兩岸關係及地緣政治的變幻，更需要有可靠的天空和太空防禦作為國家安全的第一道防線。在國際上常常和台灣被相提並論的烏克蘭，就在俄烏戰爭中充分顯示，優越的飛機、無人機、飛彈、火箭、人造衛星等航太產品對現代國防有多重要。
優越的航太產品，尤其是先進武器，往往不是金錢可以買到的。基於地緣政治和國家安全的考量，又有疫情時期供應鏈斷鏈的教訓，各國政府近年來逐漸拋棄追逐最低價的生產地，轉而追求國土經濟學（homeland economics），盡量把重要產業的供應鏈留在國土上。台灣想要實現低軌道衛星、國機國造、國艦國造等自主國防的計畫，不但合乎世界潮流，在客觀的大環境裡也有其必要。
美國的航太和國防科技不是一路領先。1957年蘇聯超越美國成功發射史普尼克1號人造衛星，引起美國人民和西方世界的恐懼，就是所謂的史普尼克危機（Sputnik crisis），同時引發了長達20年的美蘇太空競賽。1961年美國甘迺迪總統推出阿波羅（Apollo）計劃，立志要在1960年代結束前完成太空人登月。現代美國民眾普遍認為，阿波羅計劃奠定了美國現在的國力和競爭力。因為這不只是一場我贏你輸的賽跑；尖端科技的突破代表了這個國家充分投資在科技教育、人才培養、產業升級和有效率的機構組織。這種優勢會持續製造出新的優勢。
台灣的土地和自然資源都很有限，我們競爭的優勢來自於我們的人和我們的社會：台灣社會安全穩定，有優秀的教育體系，醫療保健，和生活品質；台灣人勤奮、善良、可靠、願意互助合作。這些都是參與高科技產業的競爭優勢。國際上荷蘭有相似的人口和領土面積，也是利用技術優勢領先鄰國和競爭對手。荷蘭台夫特（Delft）理工大學的航太科系和附近航太產業關係密切，是世界上最頂級的航太學系之一。台灣目前最成功的半導體產業就是我們能充分運用這些優勢的成果。同樣的，航太和國防產業可能更尖端，更知識密集技術密集，更能發揮台灣人和社會的優勢。
台灣擁有航太和國防產業的基礎
自1980年代開發本土國防戰鬥機（IDF，經國號）以來，台灣就不斷投資在航太產業，逐漸建立相關科技、人才和產業規模。中山科學研究院也陸續推出各式火箭、飛彈、反飛彈、無人機等產品。世界上有航太工業、能自行設計生產飛機的國家不多，台灣已經擁有這個基礎，而且達到可觀的自製率。例如：騰雲無人機除了採用美國MQ-9B的動力系統之外，全機其他部分都在國內生產；勇鷹高教機預計有200多家本土公司參與這個供應鏈，自製率高達70%。
在產業結構上，從冷戰結束後到2000年代，美國國防產業逐漸由51家主要公司整合成5家公司：洛克希德馬丁（Lockheed Martin）、雷神（Raytheon）、波音（Boeing）、諾斯羅普格魯曼（Northrop Grumman）和通用動力（General Dynamics）。台灣經過過去數十年的努力，也有類似的國防產業結構：中山科學研究院，類似於雷神和諾斯羅普格魯曼；漢翔航空，類似於波音軍事和洛克希德馬丁。在航空太空產業，台灣的國家太空中心也類似於美國航空太空總署（NASA）的6個太空中心。台灣政府和民間、國防和航太的機構加起來，已經有健全的架構可以突破現在的規模。
在總體經濟上，自2016年至2023年間，台灣的國內生產毛額（GDP）年均成長率達到3.17%，不但高於全球平均水平，也是在已開發國家中值得嘉許的成績。根據IMF世界競爭力評等數據，台灣在192個國家中人口排名第57位，但經濟實力排名第21位。由此可見，台灣多年來一直力爭上游，已經建立了很堅強的經濟基礎。
這個經濟基礎多建立於台灣的製造業，尤其是高階晶圓代工製造，已經位居世界的龍頭寶座，就是我們大家津津樂道的護國神山。回頭看看這個產業發展的歷史，很明顯的，當年政府有明確的目標，投資大量的財力，延攬該領域重要的專家人才，訓練出一批又一批傑出的工程師，經過許多年努力，才有今天的成果。
現在世界上最頂級的半導體晶片，絕大多數都是台灣生產的。大家不難看到，現在是我們打造下一個護國神山的時刻。我們有科技的基礎，有社會人才的基礎，也有經濟的基礎來茁壯我們的航太和國防產業。從國家安全的角度，這個產業必須升級；從經濟發展的角度，投資這個產業可能打造出下一座護國神山，可以影響台灣長遠的未來。在我看來，航太產業是台灣最有前景的科技產業。
台灣發展航太和國防產業的機會
為強化供應鏈，美國在2022年確認一個友邦製造（friendshoring）的政策，允許關鍵組件或產品在美國以外的友邦國製造。因為台海兩岸緊張的局勢，美國對台政策最近更加碼強化夥伴關係，願意隨著F-16V的出售而轉移關鍵技術給台灣。也許美國擔心在緊張的台海環境裡，不容易遠距離提供零組件和維修服務，寧可支持台灣建立相關供應鏈。美國最近也提議共同生產一些武器系統。對台灣而言，這是個發展航太和國防產業難得的機會，不但能邁向國機國造的目標，也無形中為台灣航太和國防產業開了一個後門進入美國國防供應鏈。
台灣要把握這個機會，和美國相關產業建立合作關係，一同研發生產武器和國防系統。下一步，台灣也可以試圖加入美國國會依規章 10 U.S.C. §4801 設立的國家科技和產業基地（National Technology and Industrial Base, NTIB），和美國主要友好國（英國、澳大利亞、紐西蘭、加拿大）一同合作國防科技的研究、發展、生產、整合和維修。經由這些合作機會，我們也能提升國防工業的技術水準和武器系統的通用性。
在經濟層面，航太和國防產業本來是最資本密集的產業，幾乎只有最大的經濟體才有機會競爭。歐州多國共同投資空中巴士公司（Airbus），才能和美國的波音公司抗衡，成為世界上第二家大型民航機公司，就是很好的例子。然而，在最近幾年，無人機的發展和廣泛使用，讓小一點的經濟體也有參與和競爭的機會。土耳其製造的無人機就在俄烏戰爭中扮演一個耐人尋味的角色。無論是軍用還是民用，無人機的商機和經濟價值很明顯的會快速增高。對台灣而言，無人機和軍機供應鏈都是在經濟層面發展航太產業難得的機會。
推進台灣的航太和國防產業
技術轉移之外，如果我們要在航太和國防產業有創新，甚至領先，我們就需要深耕這個領域，洞察內部的深奧。在這個時代，掌握一個領域通常表現在能夠建立這個領域完美的電腦模型，能夠運用這個模型做研發、設計、製造、操作和維修。舉個例子，如果我們充分掌握了一種飛機的操作和飛行特性，能夠建立一個電腦模型當作飛行模擬器，我們就能夠用這個模擬器訓練飛行員，得到深耕這個領域的好處。換句話說，有數位系統幫助我們掌握實體系統的特性，我們就能加快研發、設計、操作、訓練等各方面的腳步。
然而，真實的世界有太多無法預料的變數和細節，不會和電腦模型始終完全一致。比方說，一架飛機可能飛久了或經過詭異的亂流，結構上某部位發生金屬疲乏，偏離了電腦模型的預測，可能會無法承受設計的負載。因此，在比較尖端的領域，我們需要更進一步建立數位孿生（Digital Twin），就是一個能隨時接受實體系統裡感測器傳來的訊息，立即更新電腦模型，隨時反映出實體系統現況的數位系統。數位孿生的概念大約20年前就開始了，但是仍然一直不斷在學術、工業和商業上數位工程有研究發展。尤其近5年來，大數據分析、人工智慧（AI）和物聯網（Internet of Things）等基礎科技的快速成長，更加速了數位孿生系統的演進。
幾十年來，數位技術一直帶動幾乎所有科學領域的突破創新、加速成長。我們要在航太產業有所作為，就要向下紮根，建立航太和國防領域數位科技的基礎。我們需要建立一個產業共享的數位系統平台，結合我們剛剛提到的數位技術和台灣半導體產業的優勢（例如用台灣生產的晶片做感測器和資通等），提供給台灣數百家航太和相關國防產業的公司。如此，我們可以提升整個產業供應鏈的技術水準，降低每家公司的投資門檻，輔助航太科技創業，培養航太領域的科技和工程人才。
由於我在航太與國防工程領域的主要研究活動是智慧結構（Intelligent Structures），我很樂意成立一個智慧結構科技中心來推動這個計畫，初期用來監測航太和國防產品的結構健康。所有需要結構嚴謹的載體，包括軍艦、潛艇、火箭、飛彈、人造衛星、無人機都面臨同樣的要求，可以用相同的系統做監測。我們也可以用這系統協助設計更新，用更輕的材料達成節能減碳。我想這個項目可以歸入《六大核心戰略產業振興規劃》中的一個核心。
未來這個數位系統更可以提供研發、設計、操作、維修等服務。例如，在研發飛彈的設計階段，我們在打造實體的原型之前，就可以用電腦輔助設計（CAD）模型代替原型飛彈，建立它虛擬的數位孿生，用來探索分析和優化原型設計。如此，我們就能省時又省錢地驗證產品的功能是否符合需求，加快設計的腳步。數位孿生系統也可以逐漸演變成滿足特定產品需求的應用系統。例如，在操作維修維修層面，我們可以在無人機翼上裝感測器，經物聯網即使傳送訊息，更精確的預測應該維修的時刻。如此，數位孿生可以專注在整個產品生命週期的品質，而不只是剛出廠時候的品質。
這個產業共享的數位系統平台不但可以幫助我們產業技術升級，而且未來有很多應用的彈性，任由各公司運用創造力自由發揮，有機會突破目前領先的技術，達到輔助民間航太企業在這裡茁壯成長的目標。為了行政管理的考量，我們也可以組織成國家航空科技中心，用來推動更多航太和國防產業的服務。重要的是，我們開始建立數位系統的基礎，擴大民間機構參與航太和國防產業，為下一個護國神山鋪路。
把危機變轉機
航太和國防產業常代表一個國家軍事和經濟的實力。因為國防需要，台灣已經投資這領域50多年，有可觀的成果和產業基礎。因為台海兩岸緊張的局勢，美國願意轉移F-16的關鍵技術給台灣。美國最近也提議共同生產一些武器系統。我們要把握機會順水推舟，瞄準美國國防產品的供應鏈和無人機的新商機。建立一個產業共享的數位系統平台是重要的一步，可以協助產業鏈技術升級，輔助民間企業在這裡茁壯成長。
回頭看美國航太發展的歷史，從史普尼克危機到阿波羅計畫的成功，很明顯的，危機也是轉機。台灣目前也面臨類似的危機，必須快速提升我們的航太和國防能力來應付外來的壓力。但願我們不是只看到危機那一面，為國防而消費；我們也能看準轉機，利用難得的機會大力投資航空太空和國防產業，實現國機國造，低軌道衛星、無人機和飛彈自造也把握商機，在民間建立強大的產業鏈，趁勢發展出下一個護國神山。如果我能為這個過程出一點力，會是我最大的榮幸。
（作者為玉山學者、國立成功大學 工程科學系教授。本文感謝鐘文凱博士提供了許多富有洞察力的建議。）
分享圖文請註明出處，未經本站同意不得轉載
瀏覽次數：6422
