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臺印首次太空合作,有何特殊科研及戰略意義?專訪中央大學太空科學與工程學系主任趙吉光教授

111/04/29 瀏覽次數 1174
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圖一:中央大學太空科學與工程學系主任趙吉光教授為INSPIRESat-1立方衛星計畫的共同主持人。(影像來源:趙吉光教授提供)

2022年2月14日,對許多人來說,這是一個與情人共度的浪漫節日,但對中央大學太空科學與工程學系的部份師生來說,卻有著不同的意義,因為,由臺美印三國太空科學家跨國合作的立方衛星(CubeSat) INSPIRESat-1,就在這一天成功發射升空。

臺灣與印度太空科學界第一次的正式合作

「這是臺灣第一次正式與印度太空科學研究所(IIST)及印度太空研究組織(ISRO)合作,印度在全球太空產業已占有一席之地,所以這次的合作象徵著臺灣太空學研界在跨國科研合作上的一大躍進。」中央大學太空科學與工程學系主任趙吉光教授說。

透過合作,中央大學得以貢獻多年的衛星酬載開發及太空科學研究經驗,在INSPIRESat-1 上搭載的兩個科學酬載,其中一個微小電離層探測儀(compact ionospheric probe;CIP),就是趙吉光團隊的研發成果。微小電離層探測儀為全球最輕巧的實地探測電離層電漿不規則體的科學酬載,質量僅有 400 公克,是維護全球通訊品質與導航安全的關鍵之一。

除了展現臺灣太空科學儀器的實力,也能藉由與印度、美國學界的交流,學習更多在衛星設計、整測與操作上的相關技術,全面強化臺灣太空人才的技術能量。「在合作期間,系上教授每年暑假都會帶學生去美國受訓 2 個月,與國際太空人才互動,不只提升技術實力,也幫助學生建立了國際觀,讓學生知道在如此複雜的系統上,該如何與他人合作。」趙吉光說。
 

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圖二:INSPIRESat-1上搭載的兩個科學酬載,其中一個微小電離層探測儀(compact ionospheric probe;CIP),就是中央大學趙吉光團隊的研發成果。(圖片來源:科技大觀園採訪團隊拍攝)

臺灣自製科學酬載,由 AIP 走向 CIP

關於 CIP 的開發,趙吉光首先提起它的前身-先進電離層探測儀(advanced ionospheric probe;AIP)。當年,臺灣並沒有自製科學酬載,衛星上需要的科學儀器大多向國外購買,因此,趙吉光於 2006 年推動成立太空酬載實驗室,全力投入太空酬載與儀器的研發製作,成功研發出AIP,可量測地球大氣與太空交界處電離層的電漿特性,包含密度、速度、溫度、流動狀況等。

2017 年,AIP 跟著福爾摩沙衛星五號升空,開始執行任務,執行期間超過3年,遠高於設計時預期的 2 年壽命,科學資料可獲率大於 90%、資料量超過 120GB、觀測時間超過 1200 小時。這樣的成果給了趙吉光很大的信心,決定進一步以微型化、輕量化為目標,研發出可以安裝在立方衛星內的電離層探測儀。

為了達成縮小體積的目標,趙吉光決定將控制器縮裝至探測器內,並選擇透過韌體設計去擴增功能,而不是從硬體端增加元件,成功的讓 CIP 體積縮小至 0.7U(亦即 10 公分x 10 公分 x 7 公分),重量約 433 公克,符合立方衛星的安裝規範。 
 

歷經 3 代改版才真正完整,CIP 韌體獲各界肯定!

以 AIP 的發展經驗為基礎,讓趙吉光在開發 CIP 上少走了很多冤枉路,但在韌體開發上仍是費了一番功夫。

趙吉光說明,AIP 是委由外部廠商開發韌體,但在硬體開發初期,研發團隊很難提出明確的韌體規格和需求,常常在硬體開發的過程中,又萌生新的需求,導致內部團隊與外部廠商花了很多時間來回溝通,因此在研發 CIP 時才決定由內部團隊自行撰寫韌體程式,且至少經歷 3 代改版才讓韌體功能變得完整。

目前除了INSPIRESat-1,還有飛鼠號立方衛星、多功能混合式探空火箭任務酬載團隊也都使用 CIP 執行科學任務,未來還將提供給 ARCADE、珍珠號 PEARL、SCION-X 等立方衛星團隊執行科學任務,顯見CIP已獲各界肯定。

「完整的 ICT 產業鏈、絕佳的成本管控、及快速回應市場需求的能力,是臺灣競逐全球衛星市場的最大優勢,」趙吉光指出,目前唯一不足之處就在於先進技術研發,因此,未來將試著從不同角度去推動立方衛星的發展,希望能找出學術界與產業界最佳的合作方式,讓學界的研發能量能夠協助業界提升競爭力,持續推動臺灣太空科技產業的發展。
 

資料來源
  1. 趙吉光口述採訪整理
  2. 立方衛星計畫 - 國家太空中心 (narl.org.tw)
  3. 趙吉光,小型電離層探測儀,科儀新知,227 期,國家實驗研究院台灣儀器科技研究中心,June, 2021
     
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