台灣太空計畫的領航員

國家太空中心主任張桂祥博士，不僅是太空中心的元老，也是衛星計畫達成任務的幕後推手，用穩紮穩打的方式帶領台灣太空技術推向國際舞台。


靠著這樣的信念，張桂祥在龐大且複雜的太空計畫中，讓人才各得其所，彼此合作無間，打造一隻跨領域的堅強團隊。這二十多年來他全程參與福爾摩沙衛星一號、二號與三號衛星計畫的任務執行，並負責推動福衛五號及福衛七號計畫，對我國太空計畫的發展與運作，具有豐厚的實務經驗。他表示，「設定具有挑戰性的目標，讓團隊保有成長動力，對工作保持熱忱，才能走得長遠。」


衛星所蒐集的資訊在民生應用及國土安全上有相當大的幫助，對於改進天氣預測的貢獻度也是世界前茅，這證明了Made in Taiwan的技術已經獲國際間的肯定與認同，但仍然遭遇許多困難與挑戰。


「國內挹注在太空方面的研究費，相較國外來說少很多。一般民眾對太空研究的直覺就想到比較美國NASA的豐功偉業。加上太空計畫高投資、高風險的特性，在經費爭取上較難取得共識。」張博士指出。


因此，如何利用有限資源、保持務實態度來推動太空計畫是目前當務之急。太空科技不只在宣揚國力，更可帶來科技升級、人才培育、產學應用、社福民生及科普教育等綜效。張桂祥相信，「只要有決心，我們一定能做到！」未來他將持續帶領臺灣的太空計畫航向國際舞台。


圖/邱顯洵

文/ 呂欣晏、劉辰岫

火箭是如何飛行？

火箭是個複雜又精密的機器，以每秒11.2公里的速度飛向月球與火星，推動力足以供舉起好幾千噸。在20世紀初，人類根本不會飛；但20世紀之末，人類要飛向未及之處，靠著火箭，我們辦到了! 而火箭到底靠著什麼飛上天際？又是如何飛行的呢？


火箭就像發動機一樣，需要裝滿燃料，大多數的火箭將燃料轉換為熱氣，當火箭燃料燃燒之後會產生高溫高壓氣體，藉噴嘴加速排氣到外界。由於牛頓第三運動定律「作用力等於反作用力」，這些氣體便是推動火箭的原動力。簡單的來說，火箭就像是一顆洩氣的氣球，當氣體的噴力強且快速，就能使火箭高速飛行。

但是太空中沒有燃燒所需要的氧氣，火箭是如何燃燒呢？

事實上，火箭燃料中自備了氧化劑，為燃料提供大量的氧氣來助燃，這樣可以不受大氣的限制。通常火箭可分為液態燃料與固態燃料，液態燃料可自由調整燃料流量、動力及速度；固態燃料構造較簡單、燃料易儲存，在價格上也較便宜，因此許多火箭都使用固態燃料，但其效率相對較低，所以長途飛行的太空船大都使用液態燃料火箭。


火箭大致上可以分為酬載段、控制段及推進段。火箭飛行時會猶如金蟬脫殼般，其各節火箭點火、脫離、滾轉控制，以及鼻錐整流罩分離，都必須按時序準確執行，直到將「酬載」的衛星或科學儀氣送達正確的位置。


圖/邱顯洵
文/ 呂欣晏、劉辰岫

台灣人的火箭

「自己的火箭自己做！」很多人小時候都玩過水火箭，必須精確的測量、裁切與組合，當看到自己的水火箭升起時，有一種無比的感動。而現今有一群台灣科學家，致力於打造屬於台灣的火箭，掌握了火箭關鍵技術，讓台灣在太空留名！


這些在國家太空中心內工作且勇於突破的科學家們，自1998年起至2014年間共發射了14個100%由台灣自製的探空火箭，讓台灣火箭夢翱翔於天際。探空火箭比起大型火箭雖然是小巫見大巫，但在航太科學觀測上具相當重要的地位。然而，到底什麼是探空火箭呢？台灣有哪些高水準的航太科技讓國際驚豔？


在太空科學的研究主要有四種，分別為地面觀測、探空氣球、探空火箭及人造衛星。這四種探測工具各有其特色及限制，需要互相銜接配合。其中探空火箭是用來彌補探空氣球與衛星探測的不足，50公里以內有大氣層保護因此探空氣球及地面觀測可以蒐及詳細的資訊；300公里之外由人造衛星來執行資訊蒐集的任務，但在50公里到300公里位於中氣層到電離層，一般探空氣球無法這麼高的高度，因此需要利用探空火箭來擔任蒐集資訊的重要角色。


而台灣所研發的探空火箭，最厲害的在於使用混合式火箭推進，具備「高效能低成本」火箭引擎。同時，這火箭的高壓燃料筒，可利用於氫燃料儲存電廠多餘的電，未來將可實質展現產業應用的效益，因此非常具有國際競爭力。


圖/邱顯洵
文/ 呂欣晏、劉辰岫

太空旅行的考驗

從最早的《月球之旅》一直到最近超夯的《星際效應》，科幻電影滿足了人類內心對於浩瀚的外太空好奇與想像。到底外太空長什麼樣子？無重力狀態又是什麼感覺？為了滿足人類渴望，許多大型航太公司紛紛推出了「太空旅行」，實現人們成為「太空人」的夢想。然而要把人送上太空必須面對一個連串殘酷的問題：

一、如何安全的降落？

太空船返回地球的過程充滿驚險。首先，來自「地球引力」的影響，太空船會以25倍音速行進。再來「大氣層」也是決定安全的關鍵，太空船需要調整姿態，在準確的返回軌道，如果進入的軌道角度過陡，會導致返回艙快速進入稠密大氣發生劇烈摩擦，有焚燬風險；如果進入的軌道角度過於平緩，返回艙會像打水漂一樣被上層大氣彈起。


二、太空人的健康？

宇宙輻射，是一種源自地球以外自然產生的電離輻射，由太陽輻射和太陽系以外的銀河輻射組成，長期暴露於宇宙輻射之下可能引致癌症。該如何阻隔輻射對於人類傷害，是航太公司需要思考的問題。

三、太空旅行的花費？

畢竟一趟太空航程所費不貲，而其中花費最多的部分是建造火箭，但火箭通常只能發射一次，在任務結束後就會報銷。因此未來必須建造可回收的火箭，才能降低太空飛航的成本。


目前提供太空旅行的最低票價約為20到25萬美金，而且是屬於次軌道太空飛行，也就是說速度低於進入地球軌道所需的每秒7.6公里，因此返回大氣也安全多了。


在日新月異的科技，相信未來這些困難將會一一克服，成為「太空人」不再是夢想。

圖/ 邱顯洵
文/ 呂欣晏、劉辰岫

氣象千里眼

颱風經常帶來生命財產的損失，在秋夏之季經常聽到氣象預報：「下周颱風將襲台…」，明明還有好久的時間，氣象人員是如何提早掌握颱風動向的呢？以往氣象觀測人員都是透過數學計算的方式了解天氣系統的演變，但現在透過氣象衛星的資料，氣象人員就能隨時大範圍地觀測天氣變化情形。

而「福衛三號」、「福衛七號」就是台灣的氣象千里眼，衛星分佈於地球表面 700~800 公里高之不同軌道中，分別圍繞著地球運轉，接收GPS衛星資訊，交互觀測全球大氣層與電離層的最新動態。

地表上各種物體會發射出不同範圍的電磁波，衛星就是透過感應這些電磁波來進一步分析天氣的變化，一般我們最常見的衛星雲圖，就是靠著光照射在雲面上反射回來的太陽光的大小程度來轉換為影像。當雲層越厚反射的陽光越強，就會看到衛星圖中的雲層越白；相反的，當雲越薄時，反射陽光的能力越差。因此會看到衛星圖呈現灰白的雲，但到了晚上沒有陽光怎麼辦呢？

每一個雲團都有它的溫度及高度，而紅外線雲圖就能將它反映出來，當雲較低時溫度較高，紅外線圖就越顏色越白；雲較高時溫度較低，紅外線圖就越顏色越灰。專業的天氣分析人員就是透過衛星雲圖與紅外線圖互相參照比較，來判斷出鋒面或氣團的屬性，給予我們準確與快速的天氣資訊。


圖/邱顯洵
文/ 呂欣晏、劉辰岫

台灣有衛星??

沒錯，台灣自己有衛星計畫喔!

而且與衛星有關的經驗與研究已經有二十多年了！

我們從下面的發展史就可以瞭解衛星與太空科技的演變輪廓~

另外，你也可以發現衛星的功能與發射順序的奧妙喔!!

延伸閱讀：
https://www.facebook.com/narlnspo
http://www.nspo.narl.org.tw/tw2015/

咦!! 這塊大理石地板怎麼出現一大片綠色的碎片呢?!

這其實是從福衛二號角度看到的〝西班牙埃布羅河三角洲〞耶~

它就位於西班牙東北部地中海位置，是地中海西部最大濕地之一，三角洲沿岸圓滑的樣子證明了泥沙沉積及海浪侵蝕間平衡的模樣。

你在綠色隧片中有發現一條大理石入侵的痕跡嗎? 那條白色的線其實就是埃布羅河，它是西班牙境内最長的河流，也是伊比利半島第二長的河流(約910公里)喔!!

福衛二號衛星於2015年07月13日所攝得埃布羅河影像，經融合及色彩平衡等後製處理。

圖/取自國家太空中心網站--福衛二號影像

環繞地球的大時鐘－GPS

現今我們對於衛星導航習以為常，使用Google Map一下就能知道我們的所在地點，指引我們前往目的地，而到底衛星定位是如何找到我們的所在位置呢？其實衛星定位技術是靠著「全球定位系統（Global Positioning System，GPS）」，來精準地量測我們的位置和時間，每顆都像是個大時鐘似地環繞著我們。


GPS 基本上來說，是利用衛星上所承載的原子鐘來量測位於地面的GPS使用者所在的位置和其時間，最少會需要四顆衛星，其中三顆各別發出圓球形的訊號範圍，而三個圓球的交界之處就是我們的所在位置。但由於我們的智慧手機相較於衛星時間不夠精準，因此需要有第四顆校正，如果少了衛星校正，手機的無線電波一來一往的傳遞，可能就會造成就會產生將近370公里的誤差。


GPS使用範圍廣泛，從軍事、星際導航、車輛防盜系統都可看見它的蹤跡。科技的日新月異，現在的衛星導航還多了衛星街景畫面，為了讓使用者能夠更清楚地看到地圖上的建築與環境。這項功能將GPS地圖結合衛星影像，而太空中心所發射的「福衛二號」及「福衛五號」就是個捕捉畫面的專業攝影師，衛星運行於地球表面700-800公理之高度，拍攝台灣及全球陸地及海域的數位影像資料，除了用於地圖之外，拍攝的影像資料可應用於國土規劃、資源探勘、環境保護、防災救災…等，大大的改善我們的生活。


圖/ 邱顯洵
文/ 呂欣晏、劉辰岫

看見台灣，夢想起飛

「5、4、3、2、1，發射！」，台灣的衛星「福衛五號」、「福衛七號」將在2016年運到美國發射，台灣的太空夢想將跟著火箭一同起飛，你知道台灣在太空舞台重要地位嗎?

從1991年國家太空科技計畫開始，台灣締造了許多太空紀錄，第一顆台灣自主擁有的衛星「福衛一號」可以說是我國太空技術的里程碑，它裝載了三項科學實驗，成功地貢獻台灣的海洋與電離層等科學研究，及衛星通訊之應用開發。

「福衛二號」像是個地球的攝影師，它是全球唯一可以每天在同一地點拍攝的衛星，位於高度891公里太陽同步軌道，每天會經過台灣上空兩次，在大災難的發生第一時間拍攝最完整的現場畫面，曾經拍攝過南極冰棚崩解、北韓核子試爆、汶川大地震後情景…等，可以說是台灣的「衛星外交」。

「福衛三號」則像是個氣象偵查員，共有六顆組成，約三個小時能夠完成全球氣象資料蒐集、電離層與氣候觀測資料。

未來「福衛五號」、「福衛七號」將一起加入保衛地球的行列，其中「福衛五號」將裝載自製的「電離層探測儀」，將成為全球第二顆能夠做為預測地震研究的衛星；「福衛七號」主要執行氣象任務，相較來說，比福衛三號多出3~4倍的氣象資訊，期待未來台灣的太空技術在國際上發光發亮，讓太空夢想成真！

圖/邱顯洵
文/ 呂欣晏、劉辰岫

人造衛星會不會掉下來?

仰望藍天，看似晴空萬里，但是你知道上頭佈滿了千百顆人造衛星環繞嗎？它們就像鷹眼般俯瞰地球，用最快速的時間蒐集地球上的巨量資料，可用於觀測氣候、GPS、軍事用途等，就像是人類的守護者。但你有沒有想過，如果有一天衛星失靈了，會不會因此掉下來變成人造隕石威脅人身安全呢?

人造衛星在被火箭送入軌道後，即開始以地球為中心作圓周運動，並且靠著地心引力作為圓周運動所需要的向心力。而這個向心力剛好和圓周運動所產生的離心力大小相等，因此才能互相抵消，使得人造衛星穩定環繞著地球不停地運轉，不會墜落到地表上，也不會脫離軌道飛向外太空中。

根據美國太空總署NASA統計，目前地球上空約有3,000顆衛星正在運作，當衛星失靈、燃料殆盡時就會成為太空垃圾，有24,500物件環繞在地球周圍，但因為初始速度的關係，死去的衛星會哪也不去地在原來的軌道上，以高速每秒約7.9公里的高速度持續繞地球運行。

但低軌道的人造衛星，一旦失去動力，它就會聽命於地心引力越繞越低，最終受到大氣層的影響一路摩擦燃燒，大部分的物件將成為「人造流星」，無法燃燒殆盡的則掉入地面，因為海洋占地球的70%、人類的居住地約5%，因此民眾被人造衛星砸中機率幾乎「微乎其微」。

圖/邱顯洵
文/ 呂欣晏、劉辰岫

衛星為何長得又醜又笨重?!

1. 省錢，推送進太空時，衛星多一分重量，就要多花好幾分錢。

2. 反正在外太空，也沒有人看阿!

3. 在外太空，衛星不用考量阻力的因素，所以衛星不管是流線型或方方正正的，跑的都一樣快，那為何要花時間和金錢設計呢？

4. 義大利工程師說: 外星人要是看到這麼醜的衛星，那我們豈不是很丟臉，所以只有義大利的衛星好看一點....

圖/邱顯洵

太陽同步

西漢有一個著名的經濟學者，也當過漢元帝的丞相，他叫做匡衡。

匡衡年輕的時候十分好學，但是他家裏很貧困，買不起蠟燭和油燈，一到夜晚，屋裏就漆黑一片。

匡衡想讀書，又沒有亮光，怎麼辦呢？他見隔壁人家點著蠟燭，有明亮的光線，就想出了一個方法，在牆壁上悄悄地鑿了一個小孔，讓微微透過洞口的燭光映在書上，就這樣勤奮學習，常常讀到深夜。

我們都知道光線最重要的來源就是太陽，其實在衛星當中，也有一種是以太陽光線為考量設計的衛星，叫做「太陽同步軌道衛星」。

特色就是讓衛星的繞地球軌道平面和太陽始終保持相對固定的方向， 讓衛星在有陽光的照射下進行拍照。

同時利用軌道設計，可以讓衛星繞到某個定點位置的時間都一致，在同樣的陽光角度下進行遙測，藉用此原理進行同地點的觀測比較，台灣的福衛五號就有運用此原理喔!

另外因為衛星要在地球南北兩極附近通過，因此又稱之為近極地太陽同步軌道衛星，主要分佈在1000公里以下的高空，我們可以在白天看到極軌道衛星由「北方」地平線升起，再由「南方」地平線落下，不同於月球的東升西落。

因為高度愈低，衛星繞行的速度要愈快，極軌道衛星的速度要大於每秒7.36公里，繞地球一周約需100分鐘左右，因此每天可繞南北轉約14圈左右。

一般而言，近極地太陽同步軌道衛星的高度較低，比較靠近地球，可以對地表變化的情況看得更清楚、更仔細，同時也能飛掠地球任何一個地方。所以採極軌道飛行的有地球資源探測衛星、氣象衛星以及軍事間諜衛星等。

圖/邱顯洵

地球同步

周星馳電影食神 裡，有一段這樣的對手戲，就是在食神爭霸賽中，不論對手唐牛炒什麼菜，做什麼事情，周星馳飾演的史提芬周都做一模一樣的動作，於是有了下面的對話。

唐牛：「我抗議 ! 他學我啊 !  我做什麼他就做什麼 ! 」

擔任評審的好姨說：「比賽就是這樣，就像跑步游泳一樣 ， 還不是你做甚麼他也做甚麼，有甚麼好抗議的，抗議無效。」

其實在衛星當中，也有一種這樣的學人精，就是「地球同步衛星」。

他有三個特點，

1、 同步衛星永遠在赤道上方22,300英哩（約35,000公里）的高度

2、 繞地球的方向和地球自轉的方向相同

3、 運行週期與地球自轉一周的時間相等 (即23小时56分4秒)

所以從地球上看這種衛星都一直在天空中的同一個位置，完全跟你同步，絕不變換地點，你要對他抗議也是無效的!!

地球同步衛星因為可以對同一地區連續的工作，所以常用於通訊、氣象、廣播電視、導彈預警、資料中繼等方面。例如我們在電視氣象報告中常常看到的颱風動態行進畫面，就是利用地球同步衛星可以針對同一個地點拍攝天氣雲圖，再把每個時間點拍攝到的畫面連續放映出來，就可以清楚看到颱風的變化和動向。

另外也因為地球同步衛星的高度夠高，可以避開高山和建築物的遮蔽，所以對於手機、網路、電視視訊的通訊都可以有很強大功能的轉接服務，可以避免斷訊的狀況發生，地球同步衛星對於人類的現代生活可是扮演著越來越重要的角色啊!

圖/邱顯洵