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手機飛上天

日常生活中使用的手機,除了打電話外,還能做什麼?中國大陸有句俗話:「只要風夠大,豬也能飛上天。」手機比豬輕多了,應該也可以飛上天吧!
 
 
 
手機可用以通話、傳訊息、上網、付款、導航等,已成為現代生活的必需品,在都市中甚至已到人手一機的地步。但除了這些習知的應用外,你可知道手機也能用於天空及太空領域嗎?就像中國大陸有句俗話:「只要風夠大,豬也能飛上天。」手機也能飛上天!

仔細觀察,現代的智慧型手機所搭配的周邊裝置和人造衛星頗有相似之處。手機微處理器的運算速度甚至已略勝一般的衛星電腦,其輕薄短小的體態更是遠勝衛星電腦。惟其略遜一籌的是手機因採商用零件,所以在耐震、操作溫度範圍、抗輻射能力等方面還不如衛星電腦。

既然手機功能這麼好,價格又便宜,有沒有可能把它應用在人造衛星上,送到太空中呢?基於這一發想,2011年美國航空暨太空總署(NASA)用台灣宏達電公司生產的Nexus One智慧型手機研製了「手機衛星」(PhoneSat),以它為立方衛星(CubeSat)的控制器。

這種衛星是邊長各10公分的立方體,重量只有1公斤。為能了解這樣的衛星能否在太空中存活,NASA還進行了振動測試、真空艙內高低溫測試、輻射測試等,也用探空火箭、探空氣球發射升空做過試驗。

2013年4月美國航空暨太空總署成功發射了3台手機衛星(PhoneSat 1.0)上太空,這幾個手機衛星在太空中存活了7天,除了用無線電訊號下傳自身運作狀況的資料外,還用手機內建的相機拍攝地球照片傳回地面。因考慮到它是使用業餘無線電頻段,傳送速率較慢,把所拍到的影像分割成許多小段,衛星一邊飛行,一邊下傳給當地的地面站,然後把各地所得的檔案拼湊在一起才形成整張的影像圖案。

以這成功的經驗為基礎,美國航空暨太空總署又陸續發射了幾次手機衛星。因為手機衛星造價便宜,研製時程短,很適合當作新技術的實驗平台。若同時分布多顆手機衛星在空中繞地運行,還可以增加涵蓋地表的範圍及再訪次數。未來甚至有機會送手機衛星到繞月軌道呢!

要如何才能把智慧型手機改裝成適合太空中使用呢?

外殼:手機外殼不夠堅固,可以去掉外殼放到衛星結構內。
螢幕:在太空中不需要螢幕顯示影像,而且螢幕易碎,應拆除。
天線:手機通話的頻率和衛星不同,因此需更換成衛星所用頻段的天線及收發機。
喇叭:太空中幾乎沒有空氣,喇叭派不上用場。
電池:手機電池容量不夠大,應換成較大容量的鋰電池,但手機的內建電池充放電管理功能可以派上用場。
照相機:可用在太空中拍照,但若要更高的照相品質,則需要額外訂製。
主機板:這是手機運作的主要組件,可以用在衛星上,惟可增加記憶卡以擴大儲存空間。不過手機的輸出入介面很少,需用手機USB介面接到擴充電路板上。

於是,可想像手機衛星的系統功能方塊圖應建置如下,以手機模組為衛星主要控制器,搭配Arduino®電路板做周邊設備輸出入的控制器,以控制整個衛星的運作。手機模組內含照相機介面,並有內建記憶體和可擴充記憶體以儲存影像及衛星資料。手機模組和輸出入控制器透過UART或USB介面交換資料,輸出入控制器則透過序列介面、類比/數位轉換、數位/類比轉換、雙準位輸入、雙準位輸出等介面和衛星其他組件互動。

由於衛星是以太陽能板提供電力,以鋰電池蓄電,因此經由電源轉換器可轉成各組件所需的電壓,再經電源開關提供電力給各衛星元件。手機衛星的無線電通訊一般是使用業餘頻道,例如145 MHz、435 MHz頻率。衛星姿態控制元件則有GPS接收器、陀螺儀、磁力計、磁力棒、轉輪等。

手機由於使用者眾多,造就了網際網路上有很多的開放及免費的軟體資源。比如要把手機當作空中的檔案伺服器,在安卓(Android)系統的Google Play市集就可以找到免費的檔案伺服器軟體(FTP server App)。再搭配無線通訊數據機,就可把檔案上傳到空中的手機,或自空中的手機下載檔案,達到遠距離檔案分享的目的。

例如手機在空中拍攝影像,把檔案放在伺服器內。地面使用者則可使用FTP協定把檔案自空中下傳到地面。或者甲地的使用者把檔案上傳到空中手機,當手機飛到乙地上空時,乙地使用者再把它下載。

手機除了可以搭火箭升空外,還有其他交通工具可以選擇。例如搭乘探空氣球可以飛到32公里的高度,沿途探測大氣的溫度、溼度、氣壓等,再回報給氣象單位作天氣預測。另外,現在無人飛機功能強大,如同會飛的智慧型手機,透過自動導航系統,就可以設定飛行路徑,並搭載攝影機進行地面景物的空拍。甚至有貨運公司、餐飲店已開始試驗用無人飛機來送貨。

手機還可以有什麼用途呢?讓你的想像力起飛吧!手機也會隨著飛起來呢!
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