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福衛七號在美國的實況報導(上):升空前人造衛星要經過哪些測試?

活躍星系核_96
・2019/06/21 ・2754字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 533 ・七年級

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  • 文/國家實驗研究院國家太空中心
    整合測試組組長陳維鈞博士
    2019.06.13 下午 11:00 於美國佛羅里達州

怎樣將人造衛星放上任務軌道呢?

人造衛星通常是指在地球大氣層以外的太空環境,繞行地球運行,具有任務目標的人造飛行器。運行方法是讓人造飛行器具有在運行軌道切線方向的高速度,以其所造成的慣性來抵抗地心引力。因為幾乎沒有空氣阻力,所以根據牛頓運動定律,人造飛行器幾乎不需要推進動力,就可以持續在繞行地球的軌道上運行。

接下來的問題是,怎麼把人造衛星放到預定的軌道上運行呢?

答案是火箭。

火箭具有在太空環境,可以不須空氣助燃產生推力、將人造衛星推至抵抗地心引力的高速慣性。同時也是人類繼熱氣球與飛機之後,另一個可以脫離地球表面的重大發明。

一開始是第二次世界大戰在歐洲的德軍為了要精確打擊遠在英國的本土目標所發明的。在 1942 年德國成功研發 V-2 火箭,是世界上第一個可以飛行到太空高度的人造物體。

二戰後,德國的 V-2 火箭科技可說是當時兩大強國,美國與蘇聯發展火箭與太空科技的基石。火箭當時不僅可以作為軍事用途的飛彈之外,1946 年美國發射了一枚 V-2 火箭到數百公里的高空,用來觀測大氣層以外太陽所產生的紫外線,是 V-2 火箭第一次應用於太空研究,從此開啟了太空科學的新頁。

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適逢人類登入月球的50周年,我們不妨來探討執行太空任務的載運火箭。source:wikimedia

今年適逢人類第一次登陸月球後的五十周年,現代發展可攜載任務酬載執行太空任務的載運火箭亦稱之為發射載具,具有更龐大的推力、更高的攜載能力,除了可以精準地將不同高低軌道的人造衛星放在不同型態的任務軌道之外,還能載人登陸月球、攜載探測器到火星執行科學任務等。例如:地球同步軌道衛星,其重量約 5000 公斤,運行於圓形軌道,軌道距離地面高度 35,786 km;以及哈伯望遠鏡衛星,重量 11,000 公斤,運行於橢圓形軌道,軌道高度 559 公里。

歷史上最大的運載「火箭農神五號」就是美國運送阿波羅系列太空船到月球的發射載具,直徑達 10 公尺,加滿燃料以後,總重量達到 3000 噸,可以將近 140 噸重的酬載送到高度小於 2000 公里的近地軌道,也可以將41噸的酬載送上月球,是目前使用過的最高、最重、推力最強的運載火箭。現在仍在發射運轉、載重最大的火箭為美國太空探索科技公司(SpaceX)將要在今年六月進行第三次發射的獵鷹重型火箭,也只有農神五號火箭二分之一的運載能力。

火箭一點也不「舒適」!升空會給人造衛星哪些考驗?

載運火箭具有高推力,在升空過程中噴射推進燃燒會產生強力振動與巨大噪音。以獵鷹重型火箭為例,升空過程可產生 6 倍以上重力加速度與振動,還有總音壓強度高達 140 分貝左右的噪音。

所以將人造衛星放到火箭之前,可得經過一系列的測試與驗證,證明衛星本身與火箭相容,而且可以耐受火箭升空的惡劣環境。衛星對火箭的相容驗證包括有:機械容積驗證、衛星質量特性量測與電磁相容測試。衛星耐受火箭環境的驗證測試有:振動測試、音震測試與分離爆震測試。

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太空中心工作人員在整合測試廠房內進行福衛七號振動測試準備。振動測試是以火箭實際發射過程產生的振動值加上測試裕度,驗證衛星結構強度與組裝品質,例如:組裝的固鎖螺絲與電路板上的焊接點。圖/國家太空中心提供

台灣的六枚福爾摩沙衛星七號星系,簡稱福衛七號,即將在今年 6 月底由美國太空探索科技公司(SpaceX)的獵鷹重型火箭搭載升空,到達 550 公里高的圓形軌道執行任務,福衛七號在台灣太空中心整合測試廠房完成組裝與功能測試後,隨即進行相容驗證環境測試

相容驗證包括以下項目:

  1. 機械容積驗證:是使用電腦軟體組合圖進行比對,確認衛星實際的外型尺寸小於裝載衛星的火箭酬載艙內容積。
  2. 衛星質量特性量測:包括量測衛星重量、質心位置與三軸的轉動慣量,提供給火箭升空與入軌的姿態控制以及衛星在軌道上運作的姿態控制與軌道轉換。
  3. 電磁相容測試:主要驗證火箭與衛星之間各自無線電通訊是否會互相干擾,不過福衛七號在整個火箭發射升空到與火箭分離的過程均未開機,所以不會有干擾的可能性。

在太空中心整合測試廠房具備的衛星耐受火箭環境的驗證測試設備,包括有:大型高推力振動機、音震測試艙與高速數據擷取設備,可以分別模擬火箭發射產生的振動與噪音以及與火箭分離的環境,測試衛星承受這些環境考驗後,仍可以正常運轉。

福衛七號在太空中心整合測試廠房音震艙內的測試型態,音震測試艙可以模擬火箭產生的巨大噪音,藉以測試衛星中大面積的脆性材料,例如太陽能板上的太陽能晶片與遙測酬載上的鏡片,還有高頻的振動對衛星產生的影響。圖/國家太空中心提供

另外,比較特殊測試的是執行衛星分離爆震測試驗證對衛星的影響。分離爆震來自於衛星與火箭分離時,分離裝置引發火藥,將固定火箭與衛星的固鎖環鬆開,使得衛星可以順利脫離火箭分配轉接環。

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脫離前引發的火藥侷限爆炸所產生的爆震波,將以高頻率傳遞到衛星各處。所以衛星分離爆震測試是驗證高頻率震波傳遞,不會損害衛星元件內的電子零件,例如對爆震波敏感的陶瓷電容等。

衛星與火箭分離裝置固鎖環引發火藥後分開的照片,衛星端的上環脫離固鎖環與連接在火箭分配轉接環的下環。圖/國家太空中心提供

福衛七號如何抵達卡納維爾角的發射場?

福衛七號在運送前審查會議結束,確認衛星功能測試與環境測試的結果,符合任務需求的系統與測試規格之後,在今年 4 月 15 日將六枚福衛七號衛星與地面支援設備,從太空中心送到桃園機場,接著藉由空運送到在地球另一端的美國佛羅里達州邁阿密機場,再由陸運運送到卡納維爾角空軍基地,進行發射前的準備作業。

運送衛星的氣墊車車隊從邁阿密機場出發,抵達美國佛州卡納維爾角空軍基地SpaceX的酬載作業廠房。圖/國家太空中心提供

上圖為運送三個衛星運送箱的氣墊車,車隊會率先抵達卡納維爾角空軍基地 SpaceX 的酬載作業廠房。相關的地面支援設備會依序從運送箱移出,並進行測試前準備與設置。

福衛七號衛星運送箱在美國佛州卡納維爾角空軍基地SpaceX的酬載作業廠房內開箱實況,照片顯示每一個衛星運送箱裝載兩枚福衛七號衛星。圖/國家太空中心提供

為確保衛星運送箱內外溫溼度平衡,衛星運送箱先送入溫溼度控制良好的潔淨室靜置一天,上圖即是工作人員再進行開箱,準備移出兩枚福衛七號。

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六枚衛星安全運抵發射場作業廠房,並順利的移出衛星運送箱之後,接下來會進行那些發射前準備工作呢?下篇 福衛七號在美國的實況報導(下)將會有詳細的介紹。

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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停工即停薪:如何證明你的時間值多少?車禍背後的認知 x 情緒 x 金錢 x 法律大混戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/01/09 ・3286字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與 PAMO車禍線上律師 合作,泛科學企劃執行

走在台灣的街頭,你是否發現馬路變得越來越「急躁」?滿街穿梭的外送員、分秒必爭的多元計程車,為了拚單量與獎金,每個人都在跟時間賽跑 。與此同時,拜經濟發展所賜,路上的豪車也變多了 。

這場關於速度與金錢的博弈,讓車禍不再只是一場意外,更是一場複雜的經濟算計。PAMO 車禍線上律師施尚宏律師在接受《思想實驗室 video podcast》訪談時指出,我們正處於一個交通生態的轉折點,當「把車當生財工具」的職業駕駛,撞上了「將車視為珍貴資產」的豪車車主,傳統的理賠邏輯往往會失靈 。

在「停工即停薪」(有跑才有錢,沒跑就沒收入)的零工經濟時代,如果運氣不好遇上車禍,我們該如何證明自己的時間價值?又該如何在保險無法覆蓋的灰色地帶中全身而退?

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如果運氣不好遇上車禍,我們該如何證明自己的時間價值?/ 圖片來源: Nano Banana

薪資證明的難題:零工經濟者的「隱形損失」

過去處理車禍理賠,邏輯相對單純:拿出公司的薪資單或扣繳憑單,計算這幾個月的平均薪資,就能算出因傷停工的「薪資損失」。

但在零工經濟時代,這套邏輯卡關了!施尚宏律師指出,許多外送員、自由接案者或是工地打工者,他們的收入往往是領現金,或者分散在多個不同的 App 平台中 。更麻煩的是,零工經濟的特性是「高度變動」,上個月可能拚了 7 萬,這個月休息可能只有 0 元,導致「平均收入」難以定義 。

這時候,律師的角色就不只是法條的背誦者,更像是一名「翻譯」。

施律師解釋「PAMO車禍線上律師的工作是把外送員口中零散的『跑單損失』,轉譯成法官或保險公司聽得懂的法律語言。」 這包括將不同平台(如 Uber、台灣大車隊)的流水帳整合,或是找出過往的接單紀錄來證明當事人的「勞動能力」。即使當下沒有收入(例如學生開學期間),只要能證明過往的接單能力與紀錄,在談判桌上就有籌碼要求合理的「勞動力減損賠償 」。

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PAMO車禍線上律師的工作是把外送員口中零散的『跑單損失』,轉譯成法官或保險公司聽得懂的法律語言 / 圖片來源: Nano Banana

300 萬張罰單背後的僥倖:你的直覺,正在害死你

根據警政署統計,台灣交通違規的第一名常年是「違規停車」,一年可以開出約 300 萬張罰單 。這龐大的數字背後,藏著兩個台灣駕駛人最容易誤判的「直覺陷阱」。

陷阱 A:我在紅線違停,人還在車上,沒撞到也要負責? 許多人認為:「我人就在車上,車子也沒動,甚至是熄火狀態。結果一台機車為了閃避我,自己操作不當摔倒了,這關我什麼事?」

施律師警告,這是一個致命的陷阱。「人在車上」或「車子沒動」在法律上並不是免死金牌 。法律看重的是「因果關係」。只要你的違停行為阻礙了視線或壓縮了車道,導致後方車輛必須閃避而發生事故,你就可能必須背負民事賠償責任,甚至揹上「過失傷害」的刑責 。 

數據會說話: 台灣每年約有 700 件車禍是直接因違規停車導致的 。這 300 萬張罰單背後的僥倖心態,其巨大的代價可能是人命。

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陷阱 B:變換車道沒擦撞,對方自己嚇到摔車也算我的? 另一個常年霸榜的肇事原因是「變換車道不當」 。如果你切換車道時,後方騎士因為嚇到而摔車,但你感覺車身「沒震動、沒碰撞」,能不能直接開走?

答案是:絕對不行。

施律師強調,車禍不以「碰撞」為前提 。只要你的駕駛行為與對方的事故有因果關係,你若直接離開現場,在法律上就構成了「肇事逃逸」。這是一條公訴罪,後果遠比你想像的嚴重。正確的做法永遠是:停下來報警,釐清責任,並保留行車記錄器自保 。

正確的做法永遠是:停下來報警,釐清責任,並保留行車記錄器自保 。/ 圖片來源: Nano Banana

保險不夠賠?豪車時代的「超額算計」

另一個現代駕駛的惡夢,是撞到豪車。這不僅是因為修車費貴,更因為衍生出的「代步費用」驚人。

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施律師舉例,過去撞到車,只要把車修好就沒事。但現在如果撞到一台 BMW 320,車主可能會主張修車的 8 天期間,他需要租一台同等級的 BMW 320 來代步 。以一天租金 4000 元計算,光是代步費就多了 3 萬多塊 。這時候,一般人會發現「全險」竟然不夠用。為什麼?

因為保險公司承擔的是「合理的賠償責任」,他們有內部的數據庫,只願意賠償一般行情的修車費或代步費 。但對方車主可能不這麼想,為了拿到這筆額外的錢,對方可能會採取「以刑逼民」的策略:提告過失傷害,利用刑事訴訟的壓力(背上前科的恐懼),迫使你自掏腰包補足保險公司不願賠償的差額 。

這就是為什麼在全險之外,駕駛人仍需要懂得談判策略,或考慮尋求律師協助,在保險公司與對方的漫天喊價之間,找到一個停損點 。

談判桌的最佳姿態:「溫柔而堅定」最有效?

除了有單據的財損,車禍中最難談判的往往是「精神慰撫金」。施律師直言,這在法律上沒有公式,甚至有點像「開獎」,高度依賴法官的自由心證 。

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雖然保險公司內部有一套簡單的算法(例如醫療費用的 2 到 5 倍),但到了法院,法官會考量雙方的社會地位、傷勢嚴重程度 。在缺乏標準公式的情況下,正確的「態度」能幫您起到加分效果。

施律師建議,在談判桌上最好的姿態是「溫柔而堅定」。有些人會試圖「扮窮」或「裝兇」,這通常會有反效果。特別是面對看過無數案件的保險理賠員,裝兇只會讓對方心裡想著:「進了法院我保證你一毛都拿不到,準備看你笑話」。

相反地,如果你能客氣地溝通,但手中握有完整的接單紀錄、醫療單據,清楚知道自己的底線與權益,這種「堅定」反而能讓談判對手買單,甚至在證明不足的情況下(如外送員的開學期間收入),更願意採信你的主張 。

車禍不只是一場意外,它是認知、情緒、金錢與法律邏輯的總和 。

在這個交通環境日益複雜的時代,無論你是為了生計奔波的職業駕駛,還是天天上路的通勤族,光靠保險或許已經不夠。大部分的車禍其實都是小案子,可能只是賠償 2000 元的輕微擦撞,或是責任不明的糾紛。為了這點錢,要花幾萬塊請律師打官司絕對「不划算」。但當事人往往會因為資訊落差,恐懼於「會不會被告肇逃?」、「會不會留案底?」、「賠償多少才合理?」而整夜睡不著覺 。

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PAMO看準了這個「焦慮商機」, 推出了一種顛覆傳統的解決方案——「年費 1200 元的訂閱制法律服務 」。

這就像是「法律界的 Netflix」或「汽車強制險」的概念。PAMO 的核心邏輯不是「代打」,而是「賦能」。不同於傳統律師收費高昂,PAMO 提倡的是「大腦武裝」,當車禍發生時,線上律師團提供策略,教你怎麼做筆錄、怎麼蒐證、怎麼判斷對方開價合不合理等。

施律師表示,他們的目標是讓客戶在面對不確定的風險時,背後有個軍師,能安心地睡個好覺 。平時保留好收入證明、發生事故時懂得不亂說話、與各方談判時掌握對應策略 。

平時保留好收入證明、發生事故時懂得不亂說話、與各方談判時掌握對應策略 。 / 圖片來源: Nano Banana

從違停的陷阱到訂閱制的解方,我們正處於交通與法律的轉型期。未來,挑戰將更加嚴峻。

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當 AI 與自駕車(Level 4/5)真正上路,一旦發生事故,責任主體將從「駕駛人」轉向「車廠」或「演算法系統」 。屆時,誰該負責?怎麼舉證?

但在那天來臨之前,面對馬路上的豪車、零工騎士與法律陷阱,你選擇相信運氣,還是相信策略? 先「武裝好自己的大腦」,或許才是現代駕駛人最明智的保險。

PAMO車禍線上律師官網:https://pse.is/8juv6k 

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太空夢成真!自費就能上太空?SpaceX 與賈里德如何推動載人航太新里程碑
PanSci_96
・2024/11/21 ・2375字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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北極星黎明:開創商業太空漫步的新紀元

2024 年 9 月 10 日,載人航太任務迎來了歷史性的突破。由美國富豪賈里德·艾薩克曼率領的四名太空人,乘坐 SpaceX 的獵鷹九號(Falcon 9)火箭和龍飛船(Crew Dragon),開始了為期五天的「北極星黎明 Polaris Dawn」任務。這次任務實現了人類首次商業太空漫步,並打破了過去五十年人類距離地球最遠的紀錄。這也是美國四十多年來首次推出的新設計太空衣,進行了「人體測試」。

這次任務的成果不僅僅令人振奮,還為未來的商業航太業開啟了新的篇章。為了解這次突破的意義,我們先一起來體驗「北極星黎明」任務的精彩旅程。

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 獲取更多深入淺出的科學知識!

這位賈里德是何許人也?

賈里德·艾薩克曼,現年 4 1歲,是一位白手起家的美國富豪,擁有零售支付公司的成功經歷。他還是一名充滿冒險精神的飛行家,駕駛輕型飛機創下環球飛行的紀錄,並且會操縱戰鬥機與進行特技飛行。他甚至創辦了「私人空軍」公司德拉肯國際,為美軍訓練飛行員。

賈里德對飛行的熱愛讓他不斷追求新的高度,最終使他與 SpaceX 合作,共同邁向更遙遠的天空。2021 年,他啟動了「靈感四號 Inspiration 4」任務,選擇了三名來自不同背景的一般人,與他一同踏上三天的太空旅程。這次任務向世界展示,普通人也有機會踏上太空,而不僅僅是經過嚴苛訓練的專業太空人。

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然而,賈里德並不滿足於此。他希望飛得更高、更遠,甚至挑戰從太空船內走向船外,完成首次商業太空漫步。這便是「北極星黎明」任務的起源。

太空漫步的挑戰

太空漫步並非簡單地穿上太空衣、打開艙門便能完成。以國際太空站為例,太空人在漫步之前需要進入氣閘艙(Airlock),一個介於太空站內部和太空之間的小房間。在氣閘艙中,太空人需要進行數小時的「預呼吸(Pre Breath)」過程,以降低大氣壓力,適應太空衣中的低壓環境,並避免潛水時常見的減壓病風險。

然而,SpaceX 的龍飛船並未設計氣閘艙,這意味著要讓太空人進行漫步,就必須將整個太空艙降壓至真空狀態,再在太空漫步結束後重新加壓。因此,團隊對龍飛船進行了大幅改造,增強了生命維持系統,並安裝了更多氮氣與氧氣槽。

此外,SpaceX 原先設計的太空衣是艙內使用的(IVA Suit),僅用於緊急情況下保護太空人,並不適合太空漫步。為了這次任務,SpaceX 不得不設計一款全新的艙外太空衣(EVA Suit),這是美國自四十年前以來首次設計新型艙外太空衣。

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北極星黎明任務的突破

2024 年 9 月,SpaceX 成功發射「北極星黎明」任務,這是首次由私人機構執行的太空行走任務,開創了商業太空探索的新紀元。 圖/envato

在完成了艱鉅的準備工作後,「北極星黎明」任務終於在 2024 年 9 月 10 日順利升空。這五天的旅程充滿挑戰與創舉,為商業航太寫下了新的篇章。

任務的前兩天,重點是進入 1400 公里高的軌道,這是自 1972 年阿波羅 17 號以來人類距離地球最遠的記錄。此外,兩名任務專家莎拉·吉利斯(Sarah Gillis)和安娜·梅農(Anna Menon)也成為飛得最高的女性。

在完成軌道調整後,第三天的重頭戲——商業太空漫步正式開始。龍飛船內部的氣體被排空後,賈里德和莎拉輪流將身體探出艙外,進行了一系列新太空衣的測試,而其餘兩名組員則留在艙內監控系統。這次太空漫步雖然並未像電影中那樣「漫步」在太空,但其意義非凡,因為這是由私人資金支持的商業艙外活動。

科學研究與未來展望

除了太空漫步之外,任務組員還進行了多項科學實驗和技術測試,包括微重力對人體各器官的影響研究,這些研究對於人類未來長時間在太空生活至關重要。此外,團隊還測試了星鏈(Starlink)雷射通訊技術,以提高太空中數據傳輸的效率。

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在任務期間,任務專家莎拉·吉利斯還在太空中用小提琴演奏了《雷伊主題曲》,並通過星鏈技術將影片傳送回地球,與全球音樂家合作完成了一場跨越時空的演出。

任務的最後一天,龍飛船安全返回地球,成功在墨西哥灣降落,為這次史無前例的太空任務畫上了圓滿的句號。

北極星黎明的意義

商業航太突破在即,未來實現太空旅行的可能或許離我們越來越近。圖/envato

對於熟悉太空史的朋友來說,這次的太空漫步似乎並不如 1960 年代的雙子星任務那樣驚險。然而,真正的突破在於「商業」二字。這次任務由賈里德自掏腰包資助,展示了商業公司在航太探索中的潛力,就像 SpaceX 在過去二十年所取得的成就。

任務中進行的大量技術測試和科學研究,證明了這不僅僅是富豪的太空旅遊,而是一次充滿挑戰的科學與技術驗證任務。這些經驗和技術將成為未來挑戰月球與火星的重要基石。

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「北極星黎明」任務雖然已經結束,但賈里德的太空夢還在繼續。這只是「北極星計畫」的第一步,未來還有至少兩次任務正在籌備中,其中第三次任務將搭乘 SpaceX 的星艦(Starship),進行首次載人飛行。

隨著技術的進步和更多私人資金的投入,還可以期待人類接下來在商業航太領域能取得更多突破。在未來,要來趟真正的太空之旅,看來除了熱愛科學,還需要努力賺錢了。

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從地球到太空:解密衛星通信的未來
數感實驗室_96
・2024/06/11 ・900字 ・閱讀時間約 1 分鐘

本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

衛星的製造和發射成本相當高,普及程度也有限,那麼,你認為「人人都能使用衛星通信」是遙遠的未來,還是即將實現的夢想呢?

如果你近年來有密切關注這個領域,你可能會發現,過去天上的衛星並不多,但最近幾年似乎有了顯著增加。根據 Statista 的數據,2010 年時活躍衛星還不到 1000 顆,2018 年突破了 2000 顆,而到了 2022 年,這個數字已經逼近 7000 顆。

那麼,為什麼我們需要這麼多衛星呢?

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科技的進步當然是主要因素之一,但更重要的是「衛星種類的多樣化」。根據運行高度,衛星可以分為四種類型:高橢圓軌道衛星、同步衛星、中軌道衛星與低軌道衛星。這些不同種類的衛星各有其特定的用途和優勢,使得衛星通信變得更為普及和高效。

摩斯當年靠電報解決了地球上的通信問題,但在宇宙尺度上,我們還有很多需要努力的地方。

隨著衛星技術的發展,衛星通信正逐步走進我們的日常生活,並成為可期待的商業服務。然而,我們還面臨許多挑戰,例如低軌衛星可能影響天文觀測,衛星相撞風險增加,以及太空垃圾的問題。但也許在不久的將來,我們每個人都能輕鬆使用衛星通信。讓我們一起展望這個充滿潛力的未來吧!

更多、更完整的內容,歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

參考資料

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數感實驗室_96
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數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/