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臺灣首顆自製氣象衛星「獵風者」即將在今年升空!科普知識分享:獵風者如何「獵風」?

112/01/31 瀏覽次數 817
圖一

圖一:獵風者衛星的主要能力與海洋的風浪息息相關,能夠提供重要的天氣預測訊息。(影像來源:國家太空中心提供

在古希臘神話中,海神波賽頓(Poseidon)有一子名為「Triton」,人身魚尾擁有以海螺控制風浪的能力。而臺灣研發、預計於今(2023)年升空的「獵風者衛星」(Triton)擁有從太空解讀海洋風浪的能力,也就因此而得名。獵風者衛星為臺灣首顆自製的氣象衛星,也將成為今年度改制行政法人後的國家太空中心所迎來的第一個重大里程碑。

獵風者衛星作為臺灣太空產業的里程碑

2021 年 5 月,臺灣《太空發展法》三讀通過,正式宣告「太空產業」成為臺灣「六大核心戰略產業」中重要的一環。剛剛於去年 11 月宣告全功能測試完畢的獵風者衛星,含酬載有 82% 是由臺灣研發製造。如果一切順利,獵風者衛星做為首顆自製的氣象衛星、繼福衛五號後第二顆臺灣自製的衛星,昭示臺灣除了遙測衛星,也有能力研製氣象衛星。

獵風者衛星的主要能力與海洋的風浪息息相關,能夠提供重要的天氣預測訊息。臺灣位在歐亞大陸與太平洋的交界地帶,颱風頻繁、極端天氣尤其變化難測,未來有了獵風者衛星所提供的海洋風速資訊,將能夠進一步大幅提升天氣預報的能力,尤其是對於臺灣至關重要的颱風強度與路徑的預測。

獵風者衛星如何「獵風」?

目前全世界主要用於觀測風場的氣象衛星,其發射微波訊號功能的酬載昂貴,造價都是獵風者衛星的數十倍。而獵風者衛星比其他衛星便宜的關鍵,則在於太空中心所自行研發的任務酬載「全球導航衛星系統反射訊號接收儀」(GNSS-R, Global Navigation Satellite System-Reflectometry)。

「全球導航衛星系統」(GNSS, Global Navigation Satellite System)訊號主要是用來進行定位與導航,大家較為熟知的「全球導航衛星系統」其中之一即是由美國國防部設計的「全球定位系統」(GPS, Global Positioning System)。

而「全球導航衛星系統反射訊號接收儀」則是透過接收海面反射的「全球導航衛星系統」的訊號以推估海面風速。現階段「全球導航衛星系統反射訊號接收儀」規劃接收美國的「全球定位系統」(GPS)以及日本的「準天頂衛星系統」(QZSS, Quasi-Zenith Satellite System)兩種訊號。

來進一步了解:「全球導航衛星系統反射訊號接收儀」是如何透過接收「全球導航衛星系統」的訊號來獲知海面的狀況?舉例來說,同樣是玻璃做成的鏡子,光滑的玻璃可以反射大多數的光線,因此反光明亮;但毛玻璃凹凸不平,反射的光線就會黯淡許多。「全球導航衛星系統反射訊號接收儀」判讀也是類似的邏輯,風速越大會讓海面起伏更劇烈,因此透過接收海面反射「全球導航衛星系統」訊號的強度,就可以用來解讀海面的情況,也就可以分析得知風速的資訊。

82% 臺灣自製,獵風者衛星要經歷哪些考驗?

獵風者衛星的主要結構設計與福衛七號相似,都是一個立方體配置單側的太陽板,總重量約 250 公斤。其上的元件,從衛星電腦、電力控制單元、GPS 接收機、光纖陀螺儀、推進系統等,以及前面所介紹的「全球導航衛星系統反射訊號接收儀」,均屬臺灣研發製造的成果,共集結了超過 20 家單位與廠商參與。獵風者衛星升空後除了提供海面風速的觀測資料,也能進一步驗證臺灣自主設計的這些關鍵元件與技術成果。

為了要確保衛星上到太空後可以順利執行任務,在開發製作完成之後,需要進行的測試非常繁多。光是「全球導航衛星系統反射訊號接收儀」任務酬載本身,就進行過超過 5 次,至少 20 小時機載飛行測試,衛星本體以及其他系統與元件也都順利通過包括熱真空、音震、振動、電磁相容、衛星分離等測試。太空中心一切的努力,就是希望在獵風者衛星真正上太空之前,能夠確保萬無一失。

而於去年 11 月完成的全功能測試,則是檢測指令、姿態控制、酬載儀器等所有的次系統都能正常運作,且性能表現一如設計規劃。而今獵風者衛星正待最後的「運送前審查會」,如果順利通過審查,就能夠正式宣告進入備便狀態,只待運送至發射場發射升空,真正上太空執行任務,為臺灣團隊帶來第一手的氣象資訊啦!

一顆衛星從構想到實際誕生、發射,過程中規劃任務範疇、構想設計酬載,組裝完畢後反覆測試、模擬除錯,需要長達數年的開發時間。但無論是福衛五號或是獵風者衛星,都僅僅只是臺灣自製、發展太空產業的開端,相關的產業鏈包括了衛星製造、發射服務、地面設備、後端應用等領域,都具有龐大的潛力,也亟待有志之士的投入,為臺灣更進一步打造下一座「護國神山」。

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