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立方衛星又來了,你追了幾顆?專訪中央大學太空科學與工程學系張起維教授

111/04/29 瀏覽次數 1361
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圖一:INSPIRESat-1 立方衛星於今年發射,是我國學研界首次與印度太空研究組織(ISRO)合作。(影像來源:Shutterstock)

2022 年 2 月爆發的俄烏戰爭,意外的讓低軌衛星(low-earth-orbit satellite)再度成為關注焦點。烏克蘭在通訊與網路服務皆中斷的情況下,透過星鏈(Starlink)低軌衛星將戰區實況上傳到社群媒體,也讓低軌衛星在通訊上的應用潛力被看見。

「透過衛星提供通訊服務,數量是決定服務品質的關鍵之一。」國立中央大學太空科學與工程學系特聘教授張起維說。衛星數量越多、通訊速度就越快,而為了有效控管成本,製作與發射成本較低的立方衛星(CubeSat),也就成為低軌衛星的首選。
 

成立 INSPIRE 聯盟,爭取更多實作機會

張起維表示,立方衛星問市於 1990 年末期,一開始是許多學校用來進行教學及技術驗證的平台,約莫自 2010 年起,開始執行正規的科學與商業任務,且有蓬勃發展的趨勢。

為了跟上這股趨勢,並加速培育更多臺灣衛星人才,張起維推動與美國科羅拉多大學、印度太空科技學院共同組成國際研究教學衛星計畫(International Satellite Program in Research and Education,簡稱 INSPIRE)學術聯盟,透過跨國合作、設計可以執行科學任務的小型人造衛星,藉此串連國際學界的力量和資源,讓學生有更多實作機會。

「這個想法獲得各國太空學界的認同,在 2016 年舉辦第一次工作坊後,吸引更多不同單位要求加入,目前已經擴大到 12 所學術組織,」張起維說,包括已經發射升空的飛鼠號(IDEASSat/INSPIRESat-2)、INSPIRESat-1,及開發中的鯨鯊號(SCION-X / INSPIRESat-6),都是 INSPIRE 聯盟下的衛星任務。
 

臺灣負責 INSPIRE 聯盟的科學酬載

除了在 INSPIRE 聯盟成立初期扮演串連各國學界的角色,臺灣也擔起提供科學酬載的任務,讓 INSPIRE 聯盟可以順利執行各項衛星計劃。
 
張起維指出,當時 INSPIRE 聯盟對科學酬載的期待是:已經有飛行經驗且能提供具研究價值的科學資料,而中央大學自行研製的微小電離層探測儀(compact
ionospheric probe;CIP)恰好符合這兩項需求,故能提供給 INSPIRE 聯盟使用。

以 2021 年初成功發射的飛鼠號來看,其任務目標是探查 500 公里高度軌道的電離層結構,因此,飛鼠號搭載的科學酬載只有 CIP,但其特別之處在於,包括電力次系統(secondary system)、衛星電腦、飛行軟體及結構皆由中央大學團隊自製,並搭配其他外購的通訊及姿態控制次系統,再由團隊的學生學習操作並與其他次系統進行整合。
 

CIP 、DAXSS 蒐集科學資料與飛行資料

至於 2022 年初發射的 INSPIRESat-1,衛星上的各個次系統和元件則是由臺美印三校的學生及專家共同研發,而且除了 CIP 外,還搭載了由美國太空總署(NASA)所補助開發的雙孔X光太陽頻譜儀(DAXSS),兩者結合在一起讓 INSPIRESat-1 成為一個太空天氣觀測站,可以更清楚瞭解太空天氣變化所帶來的影響。

張起維進一步說明,CIP 所提供的電離層觀測資訊,可以瞭解高層大氣變化及對無線通訊、衛星導航的影響,而 DAXSS 則可協助人們更瞭解太陽的日冕變化,進而釐清目前頻繁出現的極端氣候,究竟是人為因素所造成還是受到太陽輻射影響,找出造成問題的核心,才能制定適合的因應方針。

在蒐集科學觀測資料之餘,這兩顆立方衛星也會回傳飛行資料,如:各個次系統的溫度、供電狀態、有無異常訊息⋯⋯等,以驗證衛星設計在實飛時的表現,才知道未來該如何精進衛星與地面端的設計,以提升臺灣在衛星科技上的技術層次。

「無論之前經過多少測試,在實際飛行時還是會遇到許多變數,只能透過經驗累積,一次次去降低異常發生的機率。」張起維強調。因此,張起維希望未來能與產業界有更多更深的合作,透過合作累積衛星實作經驗、培育產業需要的人才,讓臺灣能夠在全球太空科學產業的商機中搶得一席之地。
 

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