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第一顆台灣自主研發的衛星「福衛五號」要啟程了,你對他,以及造他的人了解多少?

Taiwan No.1~~! 如果你是太空迷,你應該已經知道,第一顆完全由台灣自行研發的遙測衛星,預計六月在美國發射;如果你還不知道,翻翻台灣衛星發展歷史,從 1999 年第一顆衛星(福衛一號)升空至今,將近二十年時間,國家實驗研究院太空中心才算是真正自製一顆衛星,不需要完全向國外採購衛星本體和重要元件,你就會了解這個消息對台灣太空界來說,意義非凡。

但衛星到底可以做什麼?特別對台灣來說,我們需要花那麼多錢做嗎?

記得 2009 年八月來襲的莫拉克颱風吧!短短幾天,台灣就有 681 人死亡,它造成近五十年來,台灣最嚴重的水災(沒有之一)。豐沛雨量引起土石流,位在高雄甲仙的小林村,一夕之間幾乎全遭洪水掩埋,當時國家太空中心提供關鍵的災區空拍影像,讓救難隊第一時間進行災情分析,加快救災與重建工程進度,背後功臣就是已經升空十多年、「人瑞級」的福衛二號遙測衛星。

2009年莫拉克颱風,福衛二號拍攝小林村災前(小圖)和災後(大圖)的改變。圖/太空中心提供

2009年莫拉克颱風,福衛二號拍攝小林村災前(小圖)和災後(大圖)的改變。圖/太空中心提供

原先預定執行五年就要退役的福衛二號,已經「超時」服役 11 年多,可以說是用到夠本,但終究要汰舊換新,後續任務就將由六月升空的福衛五號接手。

自主研發光學遙測酬載

「這是二十幾年來,我們第一次自己負責全部設計。」福衛五號計畫主持人張和本,跟我們談起第一顆全由台灣自主研發的遙測衛星,語氣興奮。

過去台灣擁有的衛星,零件大多購自國外,卻常因為無法取得關鍵零組件延誤發射時程。這次國家太空中心花費八年左右規劃,從衛星的規格設計、到內部軟體開發通通自己來,在沒有相關經驗的情況下土法煉鋼,光是一開始衛星規格的設計就耗費三年。張和本以「全新的挑戰」形容這次經驗,過程中辛酸血淚,就跟很多男生都有的當兵經驗一樣,如今想起來在心中也是甜。(大概啦)

差一點行嗎?科學家的艱困挑戰 太空中固定超大型鏡面

遙測衛星就像是太空中的超大型數位相機,繞地球的同時幫忙紀錄地表影像變化,福衛五號每隔一天的早上 10 20 分經過台灣,能提供黑白影像(兩公尺)、彩色影像(四公尺)的照片,相較於福衛二號解析度提高不少,舉凡國土規劃、環境監測、災害評估都是衛星影像能應用的範圍。其中「光學酬載」就是福衛五號影像成形中最重要的部分,主要由「遙測取像儀」、「聚焦面組合件」與「電子單元」等三個次系統所組成。

遙測取像儀好比一顆大型的太空級望遠鏡頭,包含一個主鏡與一個次鏡,其中主鏡片直徑長達 45 公分,是國內製造最大的非球面鏡片。你可以想像,要把這麼大一個鏡片固定在 720 公里的外太空拍照,鏡面還要在火箭發射時加速度最大值達到 25G 的情況下不變形,足夠讓研究團隊搔破頭皮。最後,太空中心利用一種特殊的機械角鍊(isostatic mount, ISM)配合特殊膠合技術,才成功讓變形量下降到 10 奈米以下,大約是人類頭髮的萬分之一。(這過程之後有機會再詳細介紹)

福衛五號在太空中心廠房內。圖/太空中心提供

福衛五號在太空中心廠房內。圖/太空中心提供

 

量身訂做金縷衣  保證衛星零失誤

除了要確保衛星不會在發射過程因為震動損壞,太空中極大的溫度落差(最高攝氏 120 度、最低負 120 度)也是衛星運轉要克服的主要環境因素。想像自己白天在非洲大草原上揮汗如雨、太陽下山後卻要適應北極零下的嚴寒氣候……好吧,根本無法想像。總之,鐵打的金屬可能都會因溫差過大而故障。為了確保儀器在太空中能確實執行任務,太空中心替福衛五號量身打造金光閃閃的「多層熱絕緣體」,用來隔熱與保暖。

每個衛星在送上太空之前,都會經過光學、震動、電磁干擾、熱真空艙等一系列的測試,確保衛星在運送升空過程,不會因為劇烈震動、噪音溫差等問題罷工。「我們會附上一個保證書,不是保固喔!保固只是說壞了我們會負責修,保證書是保證它不會壞掉。」太空中心整合測試組組長陳維鈞對福衛五號的測試品質毫不猶疑(真希望我的手機廠商也能這樣)。

福衛五號進行震動測試。圖/太空中心提供

福衛五號進行震動測試。圖/太空中心提供

福衛五號熱真空測試。圖/太空中心提供

福衛五號熱真空測試。圖/太空中心提供

難以計數的投入 成就一個福衛五號

斥資 36.64 億(其中 20 億為火箭發射成本)打造的福衛五號,從數字看來超級昂貴,但負責品管的陳維鈞形容,站在大家面前的成果,只是研發團隊心血結晶的冰山一角,一般人或許只看到這顆重達 525 公斤、高 2.8 公尺的衛星,不清楚要撐起這樣一個衛星,背後需要投注多大的研究心力,不只軟硬體開發、相關配備也要一併到位。「我們希望用五號證明給世界看,台灣真的可以自己把衛星做出來!」福衛五號從無到有,張和本就像是她的爸爸一樣。

福衛五號太空中心團隊合照。圖/太空中心提供

福衛五號太空中心團隊合照。圖/太空中心提供

說到這裡,你可能會想,能自己做衛星又如何?畢竟如果跟國外買省時又省事,何樂而不為?

「如果有人把美國 NASA 開發出來的科技應用,標示在民生用品上的話,你會發現,其實很多產品都跟太空研究脫不了關係。」張和本說。

我們都知道,雖然不直接為了產業而研發,但因為要克服太空任務的極端挑戰而征服的技術與創意高峰,時常能回過頭來在地球上派上用場。但這種不確定性高的前瞻投資在台灣似乎很難被認同。身為計畫主持人,張和本不方便多說,但依舊感嘆,台灣有很多優秀的研究人員,技術研發不輸給外國,假設國家對太空科技有更長遠的規劃,或許衛星研發可以不用再等下一個十年。

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關於作者

彭 琬馨

琬馨

一路都念一類組,沒什麼理科頭腦,但喜歡問為什麼,喜歡默默觀察人,對生活中的事物窮追不捨。相信只要努力就會變好,相信科學是為了人而存在。 在這個記者被大多數人看不起的年代,努力做個對得起自己的記者。