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福卫七号小百科与台湾太空科技的未来十年计画

2020-07-27 点赞:634 浏览量:436
福卫七号小百科与台湾太空科技的未来十年计画

台湾的太空计画从1999年开始第一计画,当时还由委外厂商协助台湾建立太空科技基础。从发射福卫一号,历经了20年到今天所发射的福卫七号,算是第二期的太空计画的完美结尾,也宣告了台湾已有太空科技的自主研发能力。

福卫七号小百科与台湾太空科技的未来十年计画
福尔摩沙系列卫星规格表

接下来就是第三期的太空计画,由行政院长苏贞昌上任之后所批的第一份公文核定开始,2019年到2028年预计投入新台币251亿元,发展6枚先导型高解析度光学遥测卫星、2枚超高解析度智能遥测卫星、2枚合成孔径雷达卫星,可说是平均一年一颗卫星的高速发展。第三期的太空计画,目标将是结合国内产学界能量,建立台湾自己的太空产业。

福卫七号大事纪

2010年5月:台美政府签署技术合作协定,双方授权由国研院太空中心与美国国家海洋暨大气总署共同执行福尔摩沙卫星七号计画
2010年8月:任务定义
2011年4月:系统需求定义
2011年6月:科技部核定执行计画书
2012年7月:福尔摩沙卫星七号本体购案决标予英商SSTL
2013年12月:系统初步设计
2015年6月:6枚卫星运抵国研院太空中心
2016年2月:系统关键设计
2016年5月:卫星太空环境测试/卫星与地面系统通联测试
2017年3月:台湾资料处理中心就绪
2017年3月:完成早期轨道操作任务操作模拟
2018年7月:协助美方团队安装科学酬载元件
2019年1月:完成运送前与操作就绪审查会议
2019年4月:卫星运抵美国甘迺迪太空中心
2019年5月:完成任务就绪审查会议
2019年6月:卫星发射

福卫七号科学小百科

今天所发射的福卫七号又是怎样的一颗卫星呢?接下来就由国家太空中心所提供的资料,分为七个问题,来让读者们可以对福卫七号这颗气象卫星有个基本的了解。

1、福卫七号用掩星技术增进气象预报準确度,何谓掩星技术?

光线等波在不同介质的传播速率不同,因此,当光由一种介质进入另外一种介质时会发生折射现象。一个最熟悉的例子便是将筷子放入装水的杯子中,会看到筷子好像弯曲了,因为光在空气与水中速率不同,而造成光的折射。

同样的原理,当无线电波传播在不同的介质中,讯号的传播路径也会产生折射的现象。因此,在轨道上运行的人造卫星,运用无线电波与其它人造卫星或地面控制站互相传送资讯时,均有可能受到大气层的折射。利用这样折射原理而发展出掩星技术,可以推算出电波讯号所受到的折射,进而得到介质的成份与状态。

卫星发射的电磁波讯号经过大气层时,会因为穿透不同温度、压力或湿度的空气层,而产生转向、变慢、减弱等现象。只要分析福卫三号和七号接收到的讯号特性,就能反过来推出地球上空的温度、气压、湿度或电子密度等数据,获得更精準的气象资讯。

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掩星技术示意图
福卫七号小百科与台湾太空科技的未来十年计画
 福卫三号及福卫七号的比较
2、为何遥测卫星福卫二号、五号只要一颗,气象卫星福卫三号、七号却要六颗?

福卫二号、五号是光学遥测卫星,可以对地表进行取像,福卫三号、七号则是透过掩星技术得到大气资料,提供气象预报使用。

过去高性能遥测卫星价格昂贵,而且除了部分国防或是灾害对影像资料有即时性需求外,许多取像对时间的要求并不急迫,可以等卫星绕到要取像的地方再拍摄即可,因此一颗卫星足以满足任务需要。

然而随着科技的进步,遥测卫星的价格逐渐下降,所以有许多商业卫星遥测公司提出大规模卫星星系部署的计画,未来遥测卫星可以对同一地区每日多次再访,也开启了新型态的卫星影像应用。未来台湾遥测卫星也将会採取多颗星系部署的方向来发展。

至于气象卫星,颗数越多,所获取的全球大气资料就越多、越均匀,有助于提升气象预报的準确性;然而卫星计画需考量预算、研製时程、资料数、资料均匀度以及卫星星系部署时程等,经由择优分析,最后选择6颗作为福卫七号星系的卫星数。 

3、为何福卫五号在加州发射、福卫七号却在佛州发射?

福卫五号是太阳同步轨道的遥测卫星,轨道倾角是98.28度。由美国西岸加州的范登堡空军基地向南偏西发射,可以达到98.28度的轨道倾角,而且第一节火箭会落入海中,不会危及空军基地附近居民的人身安全。

福卫七号的轨道倾角是24度,搭配GPS和GLONASS可蒐集南北纬50度内的掩星资料。由美国东岸佛州的甘迺迪太空中心向东偏南发射,可以达到24度的轨道倾角,且第一节火箭不会危及附近居民人身安全。

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福卫五号与福卫七号发射方向 
4、福卫七号6颗卫星如何从刚发射的720公里高空调整到550公里工作轨道?为何要花19个月?

卫星运行速度会影响到高度的升降。高度720公里的卫星,以和运行方向相反的方向进行喷射,使卫星减速,就会造成卫星轨道下降。

当福卫七号第一枚卫星被调降到550公里的任务轨道高度后,它所运行的轨道面会因地球扁圆型重力场的影响,与停留在720公里卫星运行的轨道面每天产生约0.55度的轨道面飘移现象。108天后,第一枚550公里高的卫星轨道面与720公里高的卫星轨道面,就会分开约60度。

接着,第二枚卫星开始从720公里高调降到550公里高的轨道,108天后,第二枚550公里高的卫星轨道面与720公里高的卫星轨道面,也分开约60度,此时第一枚550公里高的卫星轨道面与720公里高的卫星轨道面,已经分开了约120度。

如此依序将第三、四、五、六枚卫星从720公里的轨道高度调降到550公里的轨道高度,从第一枚卫星开始调降轨道高度开始到第六枚卫星调降轨道高度结束止,共花108x5=540天,加上卫星发射后的前四週还在进行健康检查,总共约需19个月。

此时,第一枚550公里的卫星轨道面与第二、三、四、五、六枚550公里的卫星轨道面,已经分别分开了60、120、180、240、300度,就完成了六枚卫星的星系布署。

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发射后19个月完成星系部署
5、为何福卫五号高度是720公里,福卫七号却是550公里?

福卫五号是遥测卫星,选择720公里太阳同步轨道,就是卫星的轨道面永远以相同的角度面对太阳,这样子卫星每次都是在相同的时间经过地球同一地点的上空,因此可以达成两日再访的目标。

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太阳同步轨道即卫星轨道面永远以相同的角度面对太阳

福卫七号的目标是搜集均匀分布在中低纬度的大气资料。福卫七号的6枚卫星会分别分布在6个轨道面上,其任务轨道在500~850公里之间皆可达成任务目标。

6、福卫七号三个酬载任务及其作用方式为何?

全球卫星导航系统无线电讯号接收器:TGRS接收全球导航系统卫星所发射出的无线电波,电波经过电离层与大气层时会产生折射效应,分析这些折射讯号即可以得到大气层中温度、压力、水气以及电离层电子浓度的资料。

离子速度仪:沿着卫星轨道实际量测电离层的离子资料,藉由改变探测器表面电位能,及计算后端电流板所收集的离子入射角,计算出离子的速度。

无线射频信标仪:电离层是无线电讯号传输必经的介质,台湾上空是电离层的不稳定区,科学团队在亚太地区设置多个地面站,接收RF Beacon所发射的电磁波,即可分析出台湾上空的电离层结构。

7、全国学生参与福卫七号发射活动的情形

国研院太空中心、中央大学太空科学研究所与桃园市政府教育局合作,连续三年举办5场为期1週的密集训练营队。邀请桃园市高中生、中央大学大气科学系太空组新生、全国高中职生共152位,参与福尔摩沙卫星七号科学任务训练,从结训学生中遴选出表现积极且学习成果优秀的36位学生。

除部分学生自费参加外,桃园市政府教育局与青年事务局、国研院太空中心、中央大学分别提供全额或部分补助学生前往美国佛罗里达州甘迺迪太空中心,观看福卫七号发射。

今年国研院太空中心又与成功大学及南瀛天文馆于3月举办两天一夜的「太空探索体验营」,由国研院太空中心林俊良主任以福尔摩沙系列卫星的太空科技发展为专题,搭配成功大学太空与电浆科学所所长陈炳志介绍登月任务50周年的主题探讨,加上南瀛天文馆的观测实务,带给台南地区高中生许多学习上的启发与成长。在本次营队中选出10名高中生,由成功大学苏慧贞校长抛砖引玉提供出国经费协助,也一同赴美参加福卫七号发射活动。

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