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客座總編輯 中興大學林俊良教授:「要在太空長程競賽中勝出,教育是非常重要的一環。」

112/02/04 瀏覽次數 1545
圖一:臺灣發射第一顆進行科學研究衛星的福衛一號。圖片來源/Peellden -Iown work, CC BY-SA 3.0

圖一:臺灣發射第一顆進行科學研究衛星的福衛一號。圖片來源/Peellden -Iown work, CC BY-SA 3.0

臺灣的太空科技發展從1991年正式啟程。當時的行政院發表了「國家太空科技發展長程計畫」,而臺灣的太空發展專責單位「國家太空計畫室籌備處」(Natioanl Space Program Office, NSPO)也因此設立,2005年改名為「國家太空中心」(National Space Organization, NSPO)。根據第一期太空長程發展計畫擘劃的目標——「國家太空中心以衛星自主發展為目標!」前國家太空中心主任、現任中興大學副校長林俊良教授表示:「火箭的部分就交給中科院及學術單位。」第一期的計畫一共發射了3組衛星,分別進行科學研究(福衛一號)、地表拍攝(福衛二號)以及氣象觀測(福衛三號)。太空科技非常仰賴實務經驗,才剛起步的臺灣面對未知的技術、器材及原料,大多只能向太空先進國家購買,但這顯然不是長遠之計。

臺灣的太空夢 自己的衛星自己做

2014年至2018年的第二期計畫就以發展自主技術為目標,舊的衛星光榮退役,新的衛星承接任務。接續二號進行光學遙測任務的「福衛五號」,便是第一個臺灣自主研發的人造衛星。在超過75%元件自主研發下,光學鏡頭色彩的解析度比前輩還要更好!接續福衛三號進行氣象任務的「福衛七號」則是大型的臺美合作研發案之一,國家太空中心與美國國家海洋暨大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)合作,在衛星上搭載陣列式全球定位衛星(global positioning system, GPS)訊號接收器(greedy permeter stateless routing, GPSR),透過無線電掩星技術(radio occultation),獲得完整而即時的氣象觀測資料。

歷經嚴苛的審查及凝聚部會需求的共識,2019年國家太空中心開始了太空長程發展計畫第三期,負責規劃第三期計畫的前國家太空中心主任林俊良教授說,目標是再度提高衛星自製率到90%以上,發展通用型的衛星本體平臺,搭配不同的酬載就可以有不同的用途。規劃一年至少發射一顆衛星,相較於前期計畫,第三期計畫涵蓋的福衛八號、九號、十號會有更好的精密度、更多元的觀測波段,以取得更完整的的氣象變化、國土安全等資料。也會開始評估朝向外太空觀測的機會。

三期太空計畫完成後,臺灣產製的太空元件將可藉三期計畫的執行,進行太空實測認證,切入國際太空產業供應體系,並且擴大應用到民生工業、AI及物聯網創新領域,創造可觀的產業應用效益,進而培育我國太空科技人才。然而,臺灣的太空發展在過去一直有個隱憂:缺少具體法規。直到2021年,臺灣才有了第一部國家太空法案《太空發展法》。

圖二:哈伯太空望遠鏡發射升空後的圖像(左),以及後來維修任務完成後的圖像(右)。圖片來源/NASA Open Source

圖二:哈伯太空望遠鏡發射升空後的圖像(左),以及後來維修任務完成後的圖像(右)。圖片來源/NASA Open Source

《太空發展法》 臺灣邁向太空的第一步

對任何先進國家而言,國家所有的開發與發展都要有法源依據,發展太空產業也是。美國以《國家航空暨太空法案》為基礎,建立了現在人人皆知的「美國航太總署」(The National Aeronautics and Space Administration, NASA);光是1984年到2017年間,就針對國內太空活動的規範立了8次法,因應新的科學技術、目標及國際局勢去做適當的調整、補足。亞洲國家如日本有「宇宙航空研究開發機構」以及《宇宙基本法》、《宇宙活動法》,韓國則有《太空開發振興法》。政府有了完善的法制基礎,才能名正言順地協助推動太空發展業務;民間有了政府的扶植與法規依據,才能在清楚的規範下放手嘗試,這對於整個國家的產業發展有非常大的幫助。

過去臺灣的太空產業因缺少相關的主管機關與具體法規,就容易引發爭議。晉陞科技是臺灣第一家民營的航太火箭製造商,過去在臺灣發射火箭達10餘次之多,都是由學研單位發展。就全面國家太空科技發展方向,理應予以肯定,但因無法可循,在但2019年該公司在臺東縣南田部落即發生因場地申請使用不符規範而取消發射的事件。追根究柢,部分原因也是國內針對火箭發射場域沒有法律規範,業者只好自闢蹊徑尋找場地,因此招致爭議。

2021年6月,立法院三讀通過了《太空發展法》,法源問題開始獲得解決。第一條:「為促進我國太空活動及太空產業之發展,提高國民生活福祉,協助人類社會之永續和平發展,特制定本法」開宗明義楬櫫臺灣太空發展的精神。這在對外購買敏感器材的時候尤為重要:「陀螺儀就是個例子,你買太空規陀螺儀的目的到底是要做巡弋飛彈呢?還是要做科學實驗火箭?」林俊良教授解釋「有了這一條法律律法,就不會招致不必要的質疑。」

《太空發展法》也正式明定科技部(2022年改制為「國家科學及技術委員會」)為太空發展的主管機關,並針對太空載具(火箭)發射做出規範,包含發射申請、事故賠償、罰則等。這些法律保障了要進行火箭試射的政府單位及民間企業。「不用再像以前一樣偷偷摸摸、提心弔膽地做實驗。」林俊良教授笑著表示。而在法律支持下,現在也選定了可能的場域規劃火箭發射場域,目前正積極溝通中。

推進太空教育發展 朝向跨域整合

「《太空發展法》也提到,要把太空帶進教育體系裡面。」林俊良教授補充。教育,就是對未來的投資。要在太空競賽中長跑,教育是非常重要的一環。過去臺灣的大學雖然有「航空太空工程學系」,但大多專注在「航空」而非「太空」。沒有充足的師資,就算學子們有興趣也無法入門。現在國家太空中心和大學研究所的合作計畫愈來愈多,替有興趣投入太空的青年打開大門。教授們的研究受到支持、學生們製作的元件真的會送上太空,這些都能吸引更多人才投入,帶動整個研究的氣氛。而對於那些有興趣投入太空的學子們,除了最重要的「熱忱」和基本的「數理能力」以外,林俊良教授認為還需要「創新」及「跨領域整合」的能力。

太空是一個充滿未知、非常極端的環境。在這樣的環境中,地球上常用的知識往往受到考驗。以溫度而言,外太空因為沒有大氣的保護,衛星面對與背對太陽的高低溫度有著極端的差距。 此外,宇宙間還有許多的高能量輻射。「有點類似要把衛星放在X光室裡面運作一樣!」林俊良教授解釋。有多少地表上的器材可以耐受這樣的極端環境?如果要登陸其他的星球,那還得面對另一個星球的引力、壓力、溫度、土壤性質等各種不同的環境。為了找出並克服這些問題,往往需要跳脫原先的知識框架,將不同領域的科技結合起來,創造出新的技術。

科技,是從失敗中成長

即便研發人員再怎麼小心翼翼,射上太空去的衛星都有可能出現預期外的狀況。就連在地球這樣溫和的環境中的儀器都有可能故障,更何況是身處太空的衛星。無論研究人員在地球上電腦模擬環境、實際測試元件了幾百次、幾千次,上了太空,無法掌握的情況還是難以避免。

美國的哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)就是其中一個例子。哈伯望遠鏡在1990年發射,升空以後卻發現望遠鏡有「近視」,拍下來的照片嚴重失焦。在這之前美國已經執行了30年的太空任務,發射了無數顆衛星,甚至成功將太空人送上月球。即便如此,挑戰太空任務仍會出現預料外的狀況。太空科技與任何科技的進展一樣,都得由失敗中學習成長。太空科技研發的成本這麼高,面對可能的失敗,研發人員們仍能頂住龐大的壓力,而這些科技菁英能堅持在太空發展,最重要的後盾,就是來自國人的理解與支持!

民眾不一定能了解太空發展的重要性,也不一定知道臺灣在太空發展上的成就。民眾或許知道臺灣有福爾摩沙系列衛星,但很可能不知道有國家太空中心負責太空研發事務。如果大眾不理解太空,又怎麼能期待大眾支持太空發展呢?也因此《太空發展法》第九條:「主管機關應透過教育宣導,促進太空科學普及、增進國民對我國太空政策之瞭解,並培育太空人才。」希望能讓大眾知道太空發展的目標、太空發展的重要性,並建立基本的科學素養。國民的支持將能成為太空研發最堅強的後盾。

人類的未來,就在太空

近年來全世界皆積極投入太空產業發展,「整個太空產業可以大致分成4個面向:衛星製造、火箭發射、地面設備、延伸服務」,林俊良教授表示,「其中服務方面的產值是最大的。」太空發展所衍生的服務項目包羅萬象,除了能分析衛星所提供的資料外,「太空商業旅行」也將不再是遙不可及的夢想。就在今年維珍銀河(Virgin Galactic)創辦人布蘭森(Richard Branson)、亞馬遜(Amazon)創辦人貝佐斯(Jeff Bezos)相繼在7月乘坐各自研發的太空船成功到太空邊緣一遊,正式吹響商業太空旅行的號角!

飛機發明至今也不過百年左右,但現今的飛機與1903年萊特兄弟所發展的第一架持續且受控制的空中飛行器已截然不同,1969年,美國太空人阿姆斯壯踏上月球表面,人類從「飛上天空」進步為「飛上太空」只花了60年。在可預期的未來,未來太空科技的進展也會愈來愈快。臺灣若不積極培育人才、發展太空科技及產業,只是坐看先進國家高額經費投入、快速成長,屆時是否能有話語權,現在就是關鍵。

 

(客座總編輯 |國立中興大學電機工程學系講座教授 林俊良教授;研究顧問團隊 | 國立成功大學航空太空工程研究所特聘教授 苗君易、國家實驗研究院國家太空中心 黃楓台、中央研究院物理研究所 張元翰、國立中央大學太空工程與科學系所長 趙吉光;責任編輯 | 段芊卉、葉于甄)

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