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台灣的太空夢─國家長程太空發展的目標與關鍵科技
福衛五號是台灣第一枚由設計、組裝到測試皆由國人自主發展的高解析度遙測衛星。福衛五號於2017年8月25日成功發射進入軌道,截至目前,已在任務軌道上正常運行一年多,國家太空中心也在2018年9月21日開始進行福衛五號影像的商業銷售。 福衛五號的成功發射,是台灣太空發展史的重要里程碑。根據福衛一號至福衛三號計畫的經驗,福衛五號的成果是整合本土產業界,學術界和科研機構太空技術能力的一個成功典範。
 
 
作為一個新興的太空國家,台灣經福衛五號計畫,成功地證明了台灣已經有能力自國外引進太空技術,利用國內科技、人才和完整的產業鏈,製造具備商業應用潛力的衛星。在福衛五號成功的基礎上,進一步提升本土太空技術能力,建立國內太空產業鏈,是台灣下一階段太空發展的戰略目標。 於此背景下,第三期國家太空科技發展計畫(2019~2028)便是為了實現上述目標而規劃,此一階段的主要任務是提升本土太空技術、挑戰尖端太空任務、建立台灣太空產業,以及滿足社會需求。 本次演講將簡介台灣國家太空科技發展的目標和規劃,其中包括通用衛星平台及高解析光學遙測衛星星系,超高解析度智能遙測衛星星系,合成孔徑雷達衛星系,外太空探索、科學創新計畫,以及基礎能量整備。未來十年國家太空中心將陸續發射滿足台灣社會需求並能帶動產業發展的衛星。 除了三項衛星星系計畫外,支持本土製造商研製太空級關鍵元件和模組,是建立國內太空產業能力的重要步驟,台灣製造的衛星可作為驗證這些衛星關鍵元件的平台。研製衛星關鍵元件的主要目的不僅是要建立台灣衛星的供應鏈,也要希望帶動國內廠家進入國際衛星市場的供應鏈。 本演講中,也將介紹目前國產衛星關鍵元件的發展現況與一些代表性的具體成果。
 
講演綱要(撰文|孫維新)

12月14日晚間的第五場秋季展望演講,由國立中興大學電機工程學系中興講座教授,同時借調至國家太空中心(NSPO)擔任主任的林俊良博士擔綱,林主任以「台灣的太空夢─國家長程太空發展的目標與關鍵科技」為題,將時光推回至九零年代初期,台灣積極展開太空計畫的歲月。沒有奇蹟,只有累積,詳實地呈現完整歷程,述說一群人作的夢最終成真的故事,實現台灣有能力發展衛星的理想。福衛系列的成就,煥發出台灣太空史的榮耀,也培植了我國下一波的太空自主實力,與科技創新的能量!

 

在講座開始之初,林主任先講述一段求學的故事,原本他對航太領域了解並不多,也沒有特別的興趣,直到因緣際會下,在研究所時選了一個「相對枯燥」的題目,卻就此踏上人生的另一條路。綜合各項經歷和研究訓練,林主任從學校畢業後,輾轉服務於中科院、中興大學,現在又接任太空中心主任,回到航太的工作崗位。他很認真地對台下同學說,不要小覷看似無聊的題目,他鼓勵學生不要挑題目,因為人生真的非常奇妙!接下來林主任說明了這幾次太空中心規劃執行的衛星任務,強調台灣持續積極發展太空科技,而且技術也日漸成熟。

 

國家太空中心位於新竹,建築樓頂可以看到一個明顯的白球。林主任表示,如果大家有興趣的話,可以上網申請參觀行程,現在正是個非常難得的好時機。因為「福衛七號」的計畫正在進行中,預計將發射六顆微衛星,執行歷時5年的科學任務計畫,現在去還有機會在上太空之前看到它們!

 

太空中心的前身為1991年成立的「國家太空計畫室」,直到2005年改為現稱「國家太空中心」。整體太空發展藍圖可分為三個階段:第一階段是「學習」,派遣學者和新進人員去國外觀摩學習;第二階段是「消化」,較有指標性的如去年發射的福衛五號,代表我國從「學習」階段慢慢轉為「消化」成長期;未來將邁入第三階段,期望在衛星的研製和測試方面,都能由國內的專家完成。

 

細數具有研製衛星能力的國家,科學酬載、導航衛星、探空火箭主要是由太空大國主導,新興衛星發展國則以遙測、通訊,和氣象等應用科技為主。隨著太空發展逐漸產業化和民間化,這也使得近十年這個領域的創新發展速度大為提升,產生了許多重要的突破。他也說到,在大國陸續往太空前進的今日,許多小國也希望能投入太空領域,有些會選擇到台灣學習經驗!

 

這次的講座重點之一,當然就是「衛星」。林主任依據衛星的質量,向大家介紹衛星名稱的定義:大型衛星大於1,000公斤;中型衛星介於500到1,000公斤之間;小型衛星(或稱「迷你衛星」)則介於100到500公斤之間;微衛星在10到100公斤之間;奈衛星則在10公斤以下。我們的「福衛二號」屬於中型衛星,而福衛五號的重量接近中型衛星。林主任指出,台灣未來主要會發展在300到400公斤左右的衛星計畫,原因是將衛星送到太空需要運載火箭,這需要與國外的發射計畫協調,以「共乘」的方式才能降低成本。他說目前的也在研製「立方衛星」,是以10 cm x 10 cm x 10 cm 為單位的微小化衛星,每一個單位重量不超過1.33 公斤。

 

台灣的太空長程計畫發展歷程,起源於1990年的國家太空計畫草案:第一期太空科技長程發展計畫(1991-2006)目的在建置基礎能量;第二期太空科技長程發展計畫(2004-2018)為建立初步自主太空研發能量;第三期太空科技長程發展計畫(2019-2028)為精進太空技術、開創太空關鍵產業,包含先導型光學遙測衛星星系、超高解析度光學遙測衛星等,衛星的發射頻率也將隨之變得提高。林主任強調,希望國家太空發展不要停滯在第二期,希望持續推進第三期,因為太空成果的積累不是一蹴可幾的,需要國家長久的支持與發展,才能往更具前瞻性的方向邁進!

 

接著林主任介紹了台灣的衛星到目前為止,主要的科學和應用的成果。第一個是「福衛一號」(1999-2004),為科學衛星,主要包含通訊實驗、海洋水色研究,與電離層特性研究。第二個是「福衛二號」(2004-2016),為遙測衛星,進入了距地球表面891公里的太陽同步軌道飛行。福衛二號的任務為對台灣及全球陸地及海域進行遙測作業,它在白晝地區拍攝的影像資料可應用於國土規劃、資源探勘、環境保護,和防災救災等,觀測結果多作為科學實驗研究,主任也展示在四川大地震前後的遙測影像。因此可知福衛二號的任務兼具「科學研究」和「遙測應用」兩大目標。林主任也解釋了太空科技之所以如此耗資,正是因為衛星的各項設備,皆須承受太空中的惡劣環境所致。

 

「福衛三號」(2006-)則為一顆氣象衛星,由台美雙邊合作推動,採用「掩星」的觀測方法記錄大氣層內的參數變化。此計畫不僅提高了氣象預報的更新頻率,在長時間氣候變遷現象的研究、對電離層進行的動態監測、全球太空天氣的預報、和提供地球重力研究上等相關科學研究皆有貢獻。發射的六顆微衛星,分佈在地球表面 700~800 公里高之不同軌道中,組成涵蓋全球的低軌道微衛星星系,來接收美國 24 顆全球定位衛星(GPS)所發出的訊號,觀測範圍涵蓋全球大氣層及電離層,每天提供全球平均2,500點的輸入資料值,因此有「太空中最精準的溫度計」的美譽。原本任務設計為五年的「福衛三號」,如今已經運作了12年,有些因為電池失效已經失去了聯繫,而在不久的將來,「福衛七號」就將接替它們的工作。

 

「福衛五號」(2017-)接續「福衛二號」,是台灣第一個幾乎完全自主研發的光學遙測衛星。福衛五號在運行上有其特殊設計,為了能拍到地球上所有區域,設計為每48小時繞過相同地點,它運行於720公里太陽同步圓形軌道上,延續衛星遙測技術與應用的服務,推廣太空科學任務,並支援學術研究。「福衛五號」從去年發射至今,經仔細校正後正常運作,成果包含台灣全島的空照圖,這張完整的圖像耗時約兩個月才拍攝組合完成,影像十分珍貴。不只是因為衛星的拍照範圍受到限制,同時也要面對台灣上空天氣變化,時而有雲層遮擋的情形。「福衛五號」也會應用在國土監測、國土變遷、國安需求等方面。

 

林主任接著講到即將發射的「福衛七號」(2019-),時間預計在明年,將搭乘獵鷹重型運載火箭升空。「福衛七號」是「福衛三號」的後續計畫,任務目標為建立一高可靠度操作型氣象衛星系統,延續「福衛三號」的掩星氣象觀測任務,將於低傾角佈署6枚任務衛星,負責中低緯度觀測,以密集提供該區域的氣象資料,獲得的資料量與下載速度都較以前有所增進。而在2020年預計發射的衛星「獵風者號」,名字取自希臘文Triton,意思是「海洋上的訊息者」,任務主要為海洋上的天氣觀測,未來升空後將配合福七,負責大氣風場的相關數據蒐集工作,將有助於預測颱風的路徑。

 

林主任在演講最後談到NSPO未來的規劃和願景,從美國和以色列等其他的太空國家所訂定的發展策略,反觀台灣「小國大戰略」的發展可能,我們應以宏觀的觀點發展太空計劃,基於已奠定的自主衛星科技研發、製造、操控、影像處理,及整測的能力,帶動太空產業將高附加價值的太空產品推向國際市場,希望藉著已有的電子零組件與機械精密加工產業鏈、優秀的科技人力資源,和良好的國際合作網絡等優勢,未來可開發微衛星和小型衛星,採取星系部署方式提高全球覆蓋率與每日再訪率,並與國際合作進行外太空如月球和火星的探索,同時以衛星發展帶動各項相關產業,航向國際太空產業藍海。

 

林主任也期許我國太空中心要能洞察國際潮流、認清自己的能耐,發揚出台灣的特色,找到適合自己的路,而且以開闊的眼光和膽識去進行太空的研究發展!未來的第三期計畫還有許多挑戰需要克服,他勉勵在座的同學能投身航太領域,未來加入太空中心,為台灣的太空事業努力!他希望大家知道,太空中心的大門永遠會為參觀的國人,以及有志的青年而開!在聽完主任當晚的分享後,大家都為過去振奮人心的成果喝采,也深刻體認太空中心發展計畫的辛勞。我們都會以行動繼續支持太空中心,並相信我國日益精進的太空科技水準,未來可以發展更大型的計畫,造就更多的精彩太空任務,進而完成更高層次的使命!
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