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那一年,我們一起追星的日子—細說台灣的太空夢

 
 
三世紀前,牛頓先生發現萬有引力,提出人造衛星的構想,礙於當時並無將人造衛星置入於軌道的技術,迄今藉由火箭技術的成熟,人類終於實現人造衛星的夢想。人類因為夢想而偉大,用來形容世界各國追逐太空夢想的歷程,再貼切不過,我們相信,飛得更高飛得更遠的太空探索,將持續上演,台灣也不會缺席。

台灣於1991年投入太空科技發展,正式加入太空俱樂部,由人造衛星切入,發展出福爾摩沙系列衛星,任務兼顧科技研發與民生應用,也逐步走出自已的特色。4 月15日晚間的演講將簡述人造衛星的原理與應用,並回顧我國太空計畫發展歷程與成果。

講演綱要

本(2016)年春季展望第三場演講,由財團法人國家實驗研究院國家太空中心張桂祥主任擔綱,張主任以「那一年,我們一起追星的日子 —細說台灣的太空夢」為題,和大家分享多年來見證台灣太空發展進程,並站在第一線打造國家築夢太空實力,以及帶領太空中心朝自主研發核心技術,與世界大國一起貢獻成果給全球的寶貴經驗。

國家太空中心不僅長期執行具台灣優勢與競爭力的太空計畫,也逐步建立了完善的太空科技發展體系,是台灣科研的重鎮。在演講開始時,投影幕上看到了太空中心全體穿著防塵衣物,精神抖擻的合照,張主任說以他20年的工作心得,沒有衛星專家,只有衛星團隊,並謙虛的表示很高興長期以來的耕耘終於有了具體的成績!其實,台灣近年藉由太空中心的穩定發展,收到非常豐碩的成果,包含遙測衛星等技術受到世界肯定。太空中心能在相當有限的資源下,讓台灣在世界太空發展上占有一席之地,可說非常不容易!

張主任說根據資料顯示,宇宙的浩瀚與無遠弗屆程度,估計到2050年,人類只能對太空瞭解約0.0000000000001%,說明探索無垠宇宙的代價及所需的廣博知識。而當我們聚焦至地球和太陽間,對日地關係瞭解深一點,即知道地球受到多層的保護:如大氣層、磁力線、臭氧層、電離層,幫助我們抵擋隕石、帶高能量的粒子、紫外線、X-ray等高能輻射的威脅,這些都和衛星的應用有關。從電磁波頻譜可看出,地球的大氣層開了兩道窗口,在地面可藉由接收可見光和無線電波來看宇宙,這也是通訊衛星和其他太空觀測人造衛星被普遍使用的原因道理。

人造衛星能夠在軌道中運行,和過去的大科學家非常有關,從伽利略使用望遠鏡觀察夜空,支持日心說,和說明慣性原理,接著克卜勒三大定律,一直到牛頓的地心引力,每一大步都提供實現人造衛星的重要概念,帶領人類走向理性與文明世界。他也提到自由落體運動與衛星軌道運動的本質相同,藉著播放了一段動畫讓大家思考:如果說有顆很高很高的蘋果樹,半徑大到地球半徑,蘋果掉下來時,會怎麼運動?答案是它應該會如人造衛星一般作軌道運動;若高度在35,786公里左右,且樹是生長在赤道上,則蘋果根本不會掉到地面,這就如同在地球同步衛星軌道,軌道形成所需速度約每小時3.07公里,我們知道現在常見的通訊衛星、提供雲圖的氣象衛星都是在地球同步軌道上運行。張主任也講述了太陽同步軌道,具有公轉軌道面與太陽軌道面夾角相同的特性,一般的遙測衛星,及我們的福衛二號,與未來的五號都是在這種軌道運作,還有莫尼亞軌道(Molniya orbit)的特殊性,這是早期蘇聯所發射的閃電型通訊衛星,以想像力及科學技術克服了先天高緯度地理環境所致。

接著,張主任講到國家太空中心(NSPO)篳路藍縷的過去,在1991年創立,開始推動太空計畫,除了廣為人知的衛星計畫,其實還有探空火箭計畫(探空1號到10號),目的在進行電離層研究及驗證自主衛星元件。截至2015年,全球已有超過57個國家擁有自己的衛星,台灣實際排名第38位,張主任播映了台灣在1999年成功發射當時中華衛星一號衛星(ROCSAT-1,現在稱為福衛一號)轟動一時的歷史畫面。在2006年之前,我們一共發射了8顆衛星,包含福衛二號(1顆)跟三號(6顆小衛星):福衛二號光學遙測衛星2004年在國民期待中披掛上陣,除能每天完整環繞地球15圈,還能在每一天同一時間經過台灣,從離地高891公里的軌道對台灣拍照!也因為其能登高望遠,且有不錯的敏銳度,後來就成為很厲害的救災衛星!以少數能看到極區衛星之姿,高效能的進行全球環境監控。國際上很多學術論文都引用了福衛二號的照片,連NASA也曾使用福衛二號發現四川大地震後形成堰塞湖的照片,據此大陸政府及時撤退了下游居民,避免大災難的發生!還有日本東北大地震海嘯前3小時的影像,所以福衛二號可以說是提供全球災變重要資訊的利器!福衛二號經過台灣上空一次,就可以掃描台灣前後5次,每天固定拍攝台灣遙測影像,主任因此也開了大數據的玩笑,因為國外有篇文章以衛星大數據研究,內容顯示台灣是世界上衛星照相最集中的地方(It's the most interesting place in the world.),他說,其實是因為我們自己有福衛二號,每天都在照我們自己!

即將在今年升空的福衛五號(FORMOSAT-5),是台灣第一顆百分百自製的衛星,特別的是它以台灣優勢技術CMOS感光元件,成為世界第一顆以CMOS拍照的衛星。衛星照相不像一般的拍照,非常複雜,它曝光速度要非常快,而且解析率要非常高,福衛五號的遙測取像,在離地球表面720公里的高度,可以看到2公尺的物體,張主任說了比喻,就像在101樓頂,拿望遠鏡可以看到地上螞蟻的頭!另外還有特別的非同步取像技術,如今成為台灣技術的驕傲!福衛五號搭著臺灣字樣的整流罩標誌已蓄勢待發,準備關照世界。另外具獨特性的福衛三號從2006服役到現在,已經成為太空中最準確的溫度計,並以GPS掩星原理所提供的資料,在歐洲預報中心的分析中對氣象預報誤差的改善高居排行全球前五名,而明年準備發射的福衛七號(12顆)正準備接棒,是由臺美合作的操作型氣象觀測衛星。

愛因斯坦曾經提到,想像力比知識更重要!因為知識是有限的,而想像力是無限的,更是人類進化的泉源。張主任在演講最後說到:「太空是充滿想像的領域,希望是啟發我們下一代最重要的原動力」,自古以來,人類因為對太空天文的觀測,發展令人驚嘆且深奧的學問,他勉勵大家以太空作為發現知識的泉源,開啟未來更多的可能及可行性!
 
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人造衛星(38)
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