作者簡歷

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。

氣象衛星之發展

隨著全球經濟建設的快速成長及社會發展的多元化，全世界各國對於氣象資訊的關注日益殷切，而氣象變化也關係到每個人的生活起居，所以民眾對氣象服務的要求也愈來愈高。

與一般架設在地面的觀測站相比，氣象衛星不僅可觀測到廣大海洋上空和人跡罕至地區的天氣變化過程，而且可以連續監測天氣變化。由於具備全球覆蓋能力，氣象衛星大大地提升了人們對氣象變化過程的了解。不僅如此，利用衛星資料，還可以反推大氣及其它地球物理參數，進而分析大氣、陸地和海洋的狀態及變化，大幅提高天氣預報的準確度。

1960年全世界第一顆氣象衛星TIROS-1，由美國發射升空後，人類從此進入從太空探測地球大氣的時代。氣象衛星觀測不受地形影響，不分晝夜，不間斷地觀測，對於發生在地球的天氣系統，皆可完整觀測其發展情形及演變。中央氣象局自1976年起，籌建台灣第一座衛星資料接收站，並於1981年1月28日正式啟用。 　

在氣象衛星部分，台灣由福衛三號開始與美國合作，將「掩星」技術應用在氣象衛星上，以星系的方式，一次六顆組成，而且加入全球定位系統，能更迅速、即時和完整地觀測大氣和太空天氣。

什麼是掩星技術呢? 掩星是指在觀察者與被觀察的天體之間有另一個天體通過，使得被觀測的天體受到遮蔽的現象，例如日蝕就是一個自然界的掩星事件。由於地球表面的大氣層下厚上薄，就像插入水杯的筷子會發生折射現象一樣，光線在進入大氣層後也會偏折，而掩星技術就是由發射及接受到的訊號差異，加上兩個衛星的空間相對位置，可以推導出射線的偏折角，而能進一步推算對應的大氣折射率。這些折射率資料經過一些特殊處理後，可以推估出大氣中的溫度、氣壓、水氣等氣象資訊。



福衛三號與福衛七號是目前全世界唯二利用「掩星技術」進行觀測的衛星星系，可以蒐集到從地面垂直向上、離地面60公里高空之間的溫度、壓力和水氣資料。

福衛三號(FORMOSAT-3)

福衛三號於2006年在美國一次發射6顆微衛星，平均分布於地球表面700～800公里高的不同軌道中，組成涵蓋全球的低軌道微衛星星系，接收美國 24顆GPS衛星所發出的無線電射線訊號。其主要目的就是觀測福衛三號接收GPS訊號時，訊號中途被地球「掩星」的現象，從這些探測到的無線電掩星資料可進一步推估出地球大氣層的垂直結構。這樣的觀測範圍涵蓋了全球大氣層及電離層，預計每天可提供全球平均2,500點的資料。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，兩年前福衛五號發射時每日收集的資料值只剩300點，現在則只有不到10點。



福衛七號(FORMOSAT-7)

福衛七號是福衛三號的後續計畫，任務目標為建立一個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6枚衛星於中低緯度，以提供更多且密集的全球氣象觀測資料。福衛七號主要是觀察中低緯度地區的氣象，可以大大提高台灣氣象、特別是在降雨預報方面的準確度。福衛七號有「太空中最精準的溫度計」之稱，主要酬載是「無線電掩星接收儀」，能接收全球定位衛星發射的電磁波訊號(可同時接收美國的GPS及俄國的GLONASS全球衛星導航系統訊號)。

福衛七號也搭載「離子速度儀」與「無線電射頻信標儀」兩項酬載。離子速度儀的主要功能是量測太空的離子密度、速度與溫度；而無線電射頻信標儀是用來量測電離層閃爍，進而得到電離層異常區的分布。



福衛七號與福衛三號兩者差異如下:



衛星操控自主研發

台灣的太空計畫已於今年進入第三期(為期10年)，回顧第一、二期的過程，在外商協助國家太空中心與國內廠商一步一步走過來，經過十多年的努力，終於能夠自主發展衛星。2017年發射的福衛五號就是台灣太空科技自主發展的一個重要里程碑。

就筆者所參與的衛星地面操控系統而言，剛開始也是使用外商所提供的系統來執行衛星操控、衛星排程、衛星軌道、衛星健康資料分析等任務。自第二期太空計畫開始，太空中心與國內廠商合作，陸續完成衛星操控系統(XPSOC/MPSS/WebITD/N-Trend)，建構完整的自主衛星操控系統。這些操控系統已在福衛二號、三號、及五號完成完整的測試及驗證，完全符合衛星操控之需求，且擁有高度的操作自動化。以操作自動化為例，1999年發射的福衛一號，為了提供衛星健康資料給相關的次系統工程師，必須由5位操作人員坐在電腦前面重複相同的動作，才能在時間內完成這項工作。現在自主開發的N-Trend系統已全部自動化，從資料的匯入及衛星健康圖表的產出全部都是自動化處理且效率極高。這其中的差異真的是有如天壤之別。

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、三號及五號衛星的發射、早期軌道操作及例行正常操作至今，累積相當豐富的操作經驗，並參與衛星整合測試、操作系統開發及測試，是太空中心重要的合作夥伴。凌群目前派駐於太空中心的衛星操控團隊負責工作內容包括:

• Satellite Analyst衛星分析師，負責衛星的即時監控及操作，24小時不間斷。


• Operation Controller天線控制員，負責地面天線站之操作，24小時不間斷。


• Mission Analyst任務分析師，負責衛星任務排程。


• Flight Dynamic Analyst軌道分析師，負負衛星軌道及姿態之預測及控制。


• Trend Analyst健康資料分析師，負責衛星健康資料之分析。


• Software Engineer軟體工程師，負責操控系統之軟硬體維護。

在系統開發方面，衛星健康資料分析系統(N-Trend)就是由凌群所開發完成，適用於福衛二號、三號、五號及七號衛星。筆者主要參與的是操控團隊「Trend Analyst」健康資料分析師的工作，與同仁共同獨力自主開發之「N-Trend雛型系統」更已外銷至泰國太空中心。此外在福衛七號的資料傳送與管理系統也是由操控團隊成員所開發，負責衛星下傳資料之即時傳送與管理。





福衛七號發射成功

在所有國人的祝福與見證下，福衛七號已於台灣時間6月25日下午2點30分在美國佛羅里達州東側甘迺迪太空中心發射成功，其所搭乘的火箭是SpaceX公司所生產的獵鷹重型火箭。獵鷹重型火箭經過101分鐘飛行後，福衛七號6枚衛星全部順利脫離火箭，進入720公里的軌道。發射180分鐘後通過達爾文地面站完成首次通聯，太空中心的衛星操控中心首次接收到福衛七號下傳的健康資料。預計19個月完成軌道佈署，軌道高度約520~550公里。