第239期 / September 5, 2017

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從福衛五號衛星順利升空 淺談台灣太空科技發展史

作者/彭錦益

[發表日期:2017/9/5]

國家太空中心及太空計畫說明

國家太空中心緣起於1991年10月,由行政院核定之十五年「國家太空科技發展長程計畫」(第一期計畫)所設立,作為我國太空計畫的執行單位,建立國內大型高科技系統整合能力,以奠定我國太空科技發展之基礎,並塑造未來在國際太空市場及應用產業上有利之競爭資源。

「第二期國家太空科技發展長程計畫」於2002年12月經國科會委員會議審議通過,全程計畫15年,期限為2004年至2018年。「第二期太空科技長程計畫」將延續第一期太空科技計畫成果,著重於國家需求,以執行衛星計畫為主軸,推動學術研究及產業發展,全面提升我國太空科技發展能量,開創產業附加價值。

2003年配合政府政策,國科會為使科技研究發展工作的運作更具彈性,成立財團法人國家實驗研究院,國家太空計畫室改隸其管轄。2005年,考量太空計畫室已累積建立我國太空科技發展體系與基礎建設,以及成熟的太空科技能力,為台灣太空科技整合中心,而非單純的計畫室,於當年4月1日起更名為國家太空中心。

第一期太空計畫的衛星簡介

一、福衛一號(FORMOSAT-1)

1999年1月發射。福衛一號為一枚低軌道(600公里)的科學實驗衛星,主要的任務包括進行電離層電漿電動效應測量、海洋水色照相、及Ka頻段通訊實驗等三項科學實驗。任務壽命為二年,設計壽命為四年,實際運轉則近五年半,於2004年6月17日,結束其任務,正式功成身退,目前仍在467公里軌道飛行,預估2年內將飛回地球燒毀。


《圖一》


二、福衛二號(FORMOSAT-2)

2004年5月21日發射,2016年8月除役,服役長達12年,是人瑞級的衛星。這是我國自主擁有的第一枚遙測衛星,其主要任務是對台灣及全球陸地及海域進行近實時之遙測作業,它在白晝地區拍攝的影像資料可應用於國土規劃、資源探勘、環境保護、防災救災 …等。當衛星運行到黑夜地區(eclipse)時,進行對高層大氣象上閃電之自然現象科學觀測,觀測結果提供做為科學實驗研究。因此,福爾摩沙二號之任務兼具“遙測”與“科學”兩大任務。目前仍在890公里軌道飛行。


《圖二》


三、福衛三號(FORMOSAT-3)

2006年5月發射。由六枚衛星組成的星系,觀測範圍涵蓋全球大氣層及電離層,每天提供全球平均 2500 點的輸入資料值。約每三小時可完成全球氣象資料蒐集及計算分析,約每 90 分鐘更新一次。福衛三號目前仍在運作,但因電池老化等因素,每日收集的資料值已不到300點。


《圖三》



《圖四》2017年8月1日16:00,福衛一號與福衛二號軌道交會。(橙色軌道由東向西是福衛一號,黃色軌道由下往下是福衛二號)



《圖五》2017年8月1日16:20,福衛二號與福衛三號軌跡圖。


第二期太空計畫的衛星簡介

一、福衛五號(FORMOSAT-5)

為我國首枚自主發展的高解析度光學遙測衛星,順利升空後將接替福衛二號的光學遙測任務。其光學遙測酬載將提供2米解析度的全色(Panchromatic)和4米解析度的多波譜(Multi-spectral)彩色影像,與福衛二號類似。另外,福衛五號科學酬載--先進電離層探測儀(AIP),由中央大學研發團隊負責開發。福衛五號將由SpaceX 提供Falcon 9火箭發射。預計今年8月25日凌晨2點50分發射(台灣時間)。


《圖六》


福衛五號接續福二號任務,提供自主衛星影像,滿足政府施政、防災勘災、環境監控、國土安全、科技外交、學術研究及國際人道援助等需求。


《圖七》


二、福衛七號(FORMOSAT-7)

是福衛三號的後續計畫,任務目標為建立一高可靠度操作型衛星系統,延續福衛三號計畫之掩星氣象觀測任務,將佈署12枚任務衛星及1枚自主衛星,分兩批發射,兩組衛星分別佈署於高低兩種傾角,以提供更多且密集的全球氣象觀測資料。預計2018年發射第一批六枚衛星。


《圖八》


福衛二號 vs. 福衛五號

福衛五號是福衛二號的後續計畫,都是地球遙測應用衛星,以下比較兩者有何差異。


《圖九》


福衛五號影像感測器是採用CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,互補式金屬氧化物半導體)。傳統太空遙測常用的CCD(Charge-couple Device,電荷耦合元件)感測器技術完全掌握在外國手上,價格昂貴,且有輸出許可限制。福衛五號採用CMOS是考量台灣具有半導體及電子科技的優勢,及成本較低、省電、訊號傳輸快速的優點。但是製造符合太空環境且滿足衛星使用之影像感測器是一項新的挑戰,太空中心整合國內團隊,成功開發世界第一片符合太空使用之大尺寸CMOS影像感測器,使台灣邁入具自主研製高解析度遙測衛星國家之林。

福衛二號與福衛五號的另一個差異是軌道的設計。福衛二號是屬於每日再訪的衛星,意思是每天在同一個時間通過同一地點,例如每天早上10點(台灣時間)經過台灣。每日再訪的優點是可以對同一地點每天進行取像,為當今世上唯一可對全球任何地方每天照相的遙測衛星,但缺點是取像無法涵蓋全球,赤道附近則是福衛二號的拍攝死角。


《圖十》黃色區域表示福衛二號可以正常照相的範圍。


福衛五號則是屬於每二日再訪的衛星,意思是每兩天在同一個時間通過同一地點,例如今天早上10點經過台灣,則後天早上10點也會經過台灣。每二日再訪的優點是可以百分之百涵蓋全球。

福衛五號的國內研發團隊

福衛五號最大的特點是首枚我國自主發展的高解析度光學遙測衛星,太空中心整合國內產、學、研界組成研發團隊,負責福衛五號的研發任務。

一、學術團隊:中央大學、清華大學、交通大學、成功大學。

二、產業團隊:勝利微波公司、漢翔航太公司、凌群電腦公司、微像公司、鑫豪公司、錫宬科技公司。

三、研究機構:中山科學研究院、國研院儀科中心、國研院晶片中心。


《圖十一》


凌群電腦自1996年成立衛星操控團隊以來,歷經福衛一號、二號、三號衛星的發射、早期軌道操作及例行正常操作至今,已累積豐富的操作經驗,並參與衛星整合測試、操作系統開發及測試,是太空中心倚重的合作夥伴。

福衛五號發射成功

福衛五號於7月19日中午啟運前往美國加州范登堡空軍基地發射場,進駐發射場後完成衛星升空前之最後測試驗證及與火箭(SpaceX Falcon-9)結合作業。

在所有國人的見證下,福衛五號已於台灣時間8月25日凌晨2點50分發射成功,火箭經過11分16秒飛行後,福衛五號順利脫離火箭。8月25日凌晨4點10分通過Svalbard地面站(挪威,北極圈內),太空中心的衛星操控中心首次接收到福衛五號下傳的健康資料,確認衛星健康狀況正常。之後又有2次經過Svalbard地面站。8月25日早上9點31分首次通過台灣地面站,已百分之百確認衛星健康狀況正常。

福衛五號的發射升空並順利運作,代表我國在太空科技產業又向前邁出了一大步,凌腦電腦衛星操控團隊也深感榮幸,將繼續為國家太空科技發展堅守崗位、善盡心力。

(作者目前任職於凌群電腦委外服務總處航太服務部,協助國家太空中心衛星操控任務)