2016年5月5日 星期四

巨人的眼睛 ─  福爾摩沙衛星二號
科學發展 2015 年12 月│ 516 期



湛藍的海水、碧綠的山脈、銀白的大地;日復一日,透過巨人的眼睛可以觀察到地球四季的變化,感受這藍色星球的美麗與哀愁。


太空計畫的誕生
「什麼!台灣也有太空中心?!」不要懷疑,位於新竹科學園區內的國家實驗研究院國家太空中心緣起於1991年10 月,行政院核定第一期「國家太空科技發展長程計畫」,因而設立了太空中心做為執行太空計畫的主要單位。太空中心負責執行及運作台灣的太空計畫至今已逾20 年,成功地建立台灣自主的衛星系統整合能力,並且奠定台灣太空科技
發展的良好基礎。
福爾摩沙衛星二號(以下簡稱福衛二號)的規畫始於1997 年,屬於小型的遙測衛星。其中,衛星的本體由法國衛星製造商為主合約商,美國的衛星發射公司提供衛星發射服務,太空中心與國內廠商則負責地面接收站和相關資料處理與分析系統的軟硬體建置,並且由太空中心自主操作衛星執行任務。經過6 年的籌備與整合測試,福衛二號終於在2004 年5 月21 日於美國加州的范登堡發射場發射成功,2004 年6 月2 日成功進入預定的任務軌道運行。

福衛二號從太空中俯瞰地球,並且記錄著地球上的動態,讓我們得以一窺地球的神祕面紗。
在福衛二號的研發過程中,太空中心派遣了優秀的工程師團隊前往法國全程參與衛星製造,還負責衛星系統及部分次系統的設計分析與衛星整合測試。另外和國內廠商協力完成衛星電腦、天線、飛行軟體的設計,讓太空中心從中獲得了許多寶貴的經驗,使台灣得以朝向自主發展衛星的目標順利前進。

福衛二號是個什麼樣的衛星
當登上高山,自山上俯瞰山下時,可以看到壯闊的山陵線、蜿蜒的河道、繁華的市鎮等。而福衛二號就像巨人的眼睛,從太空中俯瞰地球,並且記錄著地球上的動態,讓渺小的我們得以一窺地球的神祕面紗,了解所居住的環境,以及我們對這環境所帶來的影響與衝擊。福衛二號的總重量約760 公斤,高約2.4 公尺,外徑1.6 公尺,具有執行主要任務的遙測照相儀,以及執行科學任務的高空大氣閃電影像儀,因此可進行地表遙測影像的拍攝及高空大氣閃電現象的觀測。福衛二號目前正在距離地球表面891公里的太陽同步軌道上飛行,每日早晚都會經過台灣上空。衛星行經白晝地區時會執行遙測影像的拍攝,這些影像資料提供的地表資訊可應用於國土規畫、自然資源保護與調查、環境監測、災害防治等;當行經黑夜地區時,則會進行高層大氣向上閃電的科學觀測,觀測結果是科學研究的重要資料。福衛二號的主要任務是拍攝遙測影像,影像的幅寬是24 公里。遙測影像可以用黑白或彩色呈現,黑白影像的對地解析度是2公尺,彩色影像的對地解析度則是8 公尺。福衛二號每天以南北方向繞行地球14 圈,因為軌道高且衛星的視角大,所以每天會針對同一地點進行遙測影像拍攝,這樣獨特的衛星軌道設計,稱為「每日再訪」。「每日再訪」是福衛二號的特色招牌,每當國內外有重大事件發生時,由於福衛二號可以「每日再訪」同一地點拍攝遙測影像,因此即時提供了第一手的遙測影像資料,對於救災工作有相當大的助益,也讓福衛二號成為國際間提供即時救災遙測影像的先鋒。福衛二號兼具「遙測」與「科學」兩大任務功能,又是台灣第一顆自主操作的遙測衛星,奠立了台灣太空發展的重要基石,並且驅使台灣的太空科技日漸成熟,得以邁向太空世代的里程碑。發射衛星上太空吧究竟福衛二號是如何發射升空的呢?讓我們把時間倒轉至2004 年。當時福衛二號組裝及測試完成,接下來太空中心工程人員面臨的挑戰,便是設法把這個龐然大物送到891 公里處的地球軌道上運行。
三百多年前,物理學先驅艾薩克‧ 牛頓首先發現,物體因受到地球重力的影響,最終會落到地面。若想擺脫重力,必須使物體達到逃逸速度後才能擺脫地球的引力而不致掉落地面。因此為了順利把衛星送上太空中指定的軌道,就需把它搭載在擁有足夠推力的發射載具上,使它能加速到足以維持在軌道面上的速度。為此太空中心與美國軌道科學公司合作,把福衛二號搭載於名為陶洛斯的XL 型火箭載具上。陶洛斯火箭包括最上端裝置衛星的酬載護罩共有4 節,總長達35 公尺(約10 層樓高),使用固態燃料,總重約80 公噸,在第二、三、四節火箭填裝聯氨燃料,利用噴嘴控制火箭飛行路徑和方向,第三節火箭前端則增加導引系統。準備發射的過程是繁瑣而富挑戰性的,太空中心的工程人員首先把福衛二號安裝在酬載轉接錐及發射載具的分離系統上,再以兩片酬載護罩封裝,並且架設在陶洛斯火箭的最上節,然後進行吊掛作業,把火箭安裝到發射架上,如此便完成發射前的預備動作。在火箭預定發射前的24 小時,必須先打開衛星推進系統的燃料阻流閥,為最後一天發射倒數計時各項繁雜的預備
工作揭開序幕。
這時太空中心、美國軌道科學公司及發射場3 個單位的發射團隊須在發射3 小
時前分別進駐衛星、火箭與發射3 個任務控制中心,準備倒數計時作業。發射工作由美國軌道科學公司工程人員擔任發射執行官,進行倒數程序中133 項的檢驗動作,再由坐鎮在3 個控制中心的指揮官回報各項檢驗動作的結果。