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細說台灣的太空夢 不只追星也做衛星—2016春季展望演講

可能有不少人知道美國總統甘迺迪於 1962 年 9 月 12 日,在美國德州萊斯大學的演講「We choose to go to the moon」(全名:Address at Rice University on the Nation’s Space Effort),也應該不少人很清楚其中的那句經典名言:「我們選擇在這10年內登陸月球並不是因為這是件簡單的事,而是因為它很困難。」(We choose to go to the Moon in this decade and do the other things, not because they are easy, but because they are hard.)

而2016 年 4 月 15 日,國家實驗研究院國家太空中心主任張桂祥在展望演講的最後表示:

「我更喜歡演講後面的那句話:『因為這個目標將整合、考驗我們的能力及技術。(because that goal will serve to organize and measure the best of our energies and skills.)』」。

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國家太空中心的張祥桂主任。圖/展望系列演講

的確,我從接觸到太空科學、歷史的時候開始,這句名言的前半部分一直在我腦海裡揮之不去,但我卻很少去注意到後面那句話,以及整個演講的重點——太空發展究竟可以把一個國家的技術帶到何種層面?

跟展望演講大部分的講者不太一樣,張桂祥現在不是個天文物理教授或研究員(當然以前是沒錯),而是站在台灣太空科技第一線、整合資源、國家太空研究中心的領導者,他不是來談其中一個領域的研究,而是給了當天在場不管是學生、小朋友或是社會人士對台灣太空計畫的現況一個全盤瞭解。

當天演講人潮眾多,連走道和第一排前都坐滿了人,環顧四週,會發現其實小朋友到高中生占了很大的比例。我想可能是因為這次的演講主題「那一年,我們一起追星的日子 —細說台灣的太空夢」是個相當平易近人的主題,不管年紀,只要是對台灣的太空夢想有興趣的人,都很適合走進台灣大學應用力學所的演講廳,聆聽張桂祥解說發展太空科學的必要常識、台灣發展衛星的秘辛、福爾摩莎衛星的未來計畫、以及太空中心未來的展望。

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當天座無虛席,走道上也都是人。圖/展望系列演講。

從古到今,那些造就衛星的人們

衛星,指的是繞著行星運行的天體,如我們渾然天成的月亮,但如果人類想要創造出一個繞行地球而不會墜落的物體,需要的可是幾百年知識的累積。從伽利略開始,克卜勒、牛頓……等科學家其實在 19 世紀前已經把發展人造衛星的必要理論、公式建構完成了,剩下來的就是硬體。但這要等到二戰後,挾著洲際飛彈的技術,我們總算有了將物體以足夠的速度發射到軌道上的技術,開啟了衛星的時代。

目前天上有超過 3000 個衛星,以許多不同的軌道繞行地球,而正是這些軌道,讓科學家和工程師們傷透腦筋。為了因應各個國家特殊的地區或需求,很多的不一樣的軌道被開發出來,如俄羅斯因為地理位置相當北方,現階段發展的同步軌道都無法有效提供訊號,只好自己發展一種特殊的衛星軌道稱為閃電軌道,以極大的傾角提供訊號高緯度的地區。

而台灣也有一群人,數十年前,從福爾摩沙一號開始,就幫台灣實現太空夢,而張桂祥就是其中一人。

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衛星種類與他們的軌道,其中的 Cosmic/Formosat,代表福衛三號。而 Sun-Synchronoous 太陽同步軌道則是福衛二號的軌道。有興趣的話這個網站還有介紹其他軌道的衛星特徵。圖/Sciencelearn.com

日以繼夜工作的福爾摩沙號們

到目前為止,台灣擁有福衛一、二、三號,除了一號已除役外,剩下的衛星儘管年事已高,但仍在地球外執行他的工作。

其中,張桂祥表示:「福爾摩沙二號可是救過很多人性命的一顆衛星。」當時福爾摩沙二號因為是由法國購入,在軌道上有所限制,無法使用一般商用衛星的低軌道以提高解析度,但也由於身處距離較遠,在同樣一個軌道下它拍到的範圍比其他衛星更廣。而在太陽同步軌道下,它每天繞行地球14圈,而這14條軌道中除了勢必要有經過台灣外,也湊巧的涵蓋了很多重要地區,而當這些地區有所需要時,福衛二號可以每天經過這些軌道時特別為他們拍照,最有名的例子即日本 311 大地震和最近熊本地震的衛星空拍圖;也拜福衛二號每天經過細長型的台灣之賜,我們是全世界衛星空拍圖最多的國家,這顆長青衛星的照片在世界上的泛用性很高,該是我們的驕傲。

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黃色區域為福衛二號可以正常照相的範圍,亦即側照角度小於45度;緊急情況下,衛星也可用54度側照,可以看出來基本上世界各地重要區域都在範圍內,甚至包括極區,是唯一可以為全世界每天拍照的衛星。(圖片來源:國家太空中心)

而身為一顆氣象衛星,福衛三號做的大概是衛星界最吃力不討好的工作。張桂祥以「蝴蝶效應」形容全世界的氣象變化,只要一個輕微的變化,局部地區的大氣狀況就會變得很難捉摸,這也是為什麼分析天氣現象是最需要超級電腦的領域之一。光是福衛三號就有 6 顆個別的資料衛星,每天產出上萬筆的資料等著分析,從大氣的各種性質推斷出的氣溫、氣壓是我們氣象預報的重要資訊。你可以說氣象預報都不準是福衛三號的錯,但任誰都無法看清地球在變什麼花樣,對吧?(【科學不一樣】福衛三號應用折射原理 推算地球溫度

而和福衛二號同樣的情況,才歡度 10 歲生日的福衛三號,需要更高規格的硬體來提升未來的天氣資訊獲得的精確度及數量,所以我們需要下一代的衛星,即福衛五號及七號。

看見台灣,夢想起飛

國家太空中心 NSPO 科普 Blog 中「看見台灣,夢想起飛」這張圖,描繪福衛七號及福衛五號,以及後面可能的探索火箭。圖/國家太空中心。

觀測地球的生力軍

原定今年初將升空的福衛五號近況如何呢?有鑒於今年 1 月 Space X 的 Falcon 9 火箭在一次試驗中爆炸,使得之後 Space X 所有的發射時間都因為火箭的檢修而延遲,所以原本預計 1 月發射的福衛五號,也就順勢排隊等著發射,將會等到 6 月左右才會升空。到時候,福衛五號,一顆完全 MIT 的影像衛星,將會取代福衛二號繼續從太空中看著台灣及這個世界

另外將會於 2017 年加入的福衛七號則是與 NASA 合作的 13 顆衛星綜合體,這 13 顆氣象衛星會拆成不同的時間發射,並在不同的時間定位、並軌道繞行地球,比福衛三號多了更多的監測點與資料,將提供我們比以前更精準的氣象變化,預計 2017 年發射的先將會是 6 顆低傾角衛星,之後的 7 顆將隨 Space X 公司的行事曆逐漸升空。

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Space X的Flacon 9火箭。圖/國家太空中心。

太空與未來

Imagination is more important than knowledge. Knowledge is limited. Imagination encircles the world

張桂祥在演講的最後,送了這句話給大家。儘管軌道公式的部分讓我有點不解,衛星的內部構造及功能也讓我有著數不清的問題;最重要的是,在這浩瀚的宇宙下,你的想像力才是帶你前進的力量。自古以來,探索宇宙是人類進步的動力。台灣從當初只能從國外購入衛星,到現在能夠全程自製福衛五號,與 NASA 合作福衛七號,未來還會發展探索火箭,來彌補衛星(300 km 以上)和高空氣球(50 km 以下)之間的資料不足。之後,張桂祥也希望,太空科技的發展,最後能與甘迺迪總統所說的一樣,將國家的發展帶到下一個境界,而到時候,我們也樂見其成,看著台灣在藍色星球外圍佔有一席之地。

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演講結束後,許多的學生們圍著張主任詢問問題,其實許多人都已經是天文大師,問的問題相當有深度,而且充滿創意。圖/筆者攝影。

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福衛五號及背後團隊,謝謝他們為台灣的太空夢努力。圖/國家太空中心。

參考資料

關於作者

Rock Sun

泛科學的實習編輯,目前就讀台大生物環境系統工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但這或多或少已經不重要了。除了環境外,也對太空科學和科普教育有很大的興趣。在吊車尾的物理數學影響下,多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。

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