Google Lunar：想要3000萬美金嗎？去月球上吧！

本文與 威力暘電子 合作，泛科學企劃執行。

想像一下，當你每天啟動汽車時，啟動的不再只是一台車，而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機，後果會有多嚴重？方向盤可能瞬間失靈，安全氣囊無法啟動，整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情，而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天，我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟，汽車的「大腦」—電子控制單元（ECU），是如何從單一功能，暴增至上百個獨立系統？而全球頂尖的工程師們，又為何正傾盡全力，試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化？

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代，當時的汽車工程師們面臨一項重要任務：如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力？「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現，關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間：火星塞的點火時機，也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內，這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一！引擎效率就能提升整整一成！這不僅意味著車子開起來更順暢，還能直接省下一成的油耗。那麼，要如何跨過這道門檻？答案就是：「電腦」的加入！

工程師們引入了「微控制器」（Microcontroller），你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法，在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內，精準計算出最佳的點火角度，並立刻執行。

從此，引擎的性能表現大躍進，油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元（ECU）的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」（Engine Control Unit）。

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功，在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像：「這 ECU 這麼好用，其他地方是不是也能用？」於是，ECU 的應用範圍不再僅限於點火，燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車，甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而，問題來了：這麼多「小電腦」，它們之間該如何有效溝通？

為了解決這個問題，1986 年，德國的博世（Bosch）公司推出了一項劃時代的發明：控制器區域網路（CAN Bus）。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上，就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是，CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如，煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息，絕對能搶先通過，避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題，但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線，並連接各種感測器和致動器。結果就是，一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里，總重量更高達 50 到 60 公斤，等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面，大量的 ECU 與錯綜複雜的線路，也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束，簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障，無疑讓人一個頭兩個大。

汽車電子革命：從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代，汽車電子架構迎來一場大改革，「分區架構（Zonal Architecture）」搭配「中央高效能運算（HPC）」逐漸成為主流。簡單來說，這就像在車內建立「地方政府＋中央政府」的管理系統。

可以想像，整輛車被劃分為幾個大型區域，像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙，就像數個「大都會」。每個區域控制單元（ZCU）就像「市政府」，負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合，並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理，就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台（HPC）擔任，統籌負責更複雜的運算任務，例如先進駕駛輔助系統（ADAS）所需的環境感知、物體辨識，或是車載娛樂系統、導航功能，甚至是未來自動駕駛的決策，通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中， 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子，便精準地切入了這個趨勢，致力於開發整合 ECU 與區域控制器（Domain Controller）功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢，威力暘提供的解決方案，就像是將好幾個「分區管理員」的職責，甚至一部分「超級大腦」的功能，都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力，可同時支援 ADAS 與車載娛樂，還能兼容多種通訊協定，大幅簡化車內網路架構。如此一來，車廠在追求輕量化和高效率的同時，也能顧及穩定性與安全性。

萬無一失的「汽車大腦」：威力暘的四大策略

然而，「做出來」與「做好」之間，還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯？具體來說，威力暘電子憑藉以下四大策略，築起其產品的可靠性與安全性：

1. AUTOSAR ： 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層（RTE）和基礎軟體層（BSW）。就像在玩「樂高積木」，ECU 開發者能靈活組合模組，專注在核心功能開發，從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
   
2. V-Model 開發流程：這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般，左側從上而下逐步執行，右側則由下而上層層檢驗，確保每個階段的安全要求都確實落實。
   
3. 基於模型的設計 MBD（Model-Based Design）： 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具，把整個 ECU 要控制的系統(如煞車)，用數學模型搭建起來，然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前，就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷，，並驗證安全機制是否有效。
   
4. Automotive SPICE (ASPICE) ： ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」，它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性，而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」，也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化，並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作，其能否正常運作，自然被視為最優先項目。為此，威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準：ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統（特別是 ECU）的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」，從概念、設計、測試到生產和報廢，都詳細規範了每個安全要求和驗證方法，唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略，威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準，才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而，ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡，「大腦」變得更集中、更強大後，汽車產業又迎來了新一波革命：「軟體定義汽車」（Software-Defined Vehicle, SDV）。

軟體定義汽車 SDV：你的愛車也能「升級」！

未來的汽車，會越來越像你手中的智慧型手機。過去，車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」，想升級？多半只能換車。但在軟體定義汽車（SDV）時代，汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」，能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA（Over-the-Air）技術，車廠能像推送 App 更新一樣，遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過，這種美好願景也將帶來全新的挑戰：資安風險。當汽車連上網路，就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭，輕則個資外洩，重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV，業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略，確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程，到安全認證，這些努力，讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新，也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力，威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota，以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈，更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴，以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈，並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產，驗證其流程與品質。

毫無疑問，未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷，交由電腦判斷，比交由人類駕駛還要安全的那一天，離我們不遠了。而人類的角色，將從操作者轉為監督者，負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全，人類甘願當一個「最弱兵器」，其實也不錯！

說到當今的登月計畫，除了美國阿提米斯外，中國也有載人登陸月球，並且已經進行過多次無人探測任務。甚至打算建立長期駐人基地，而這個計畫就是——「嫦娥工程」。

近期關於嫦娥工程的新消息：中國宣佈發現了月球上的全新礦物，並將它命名為「嫦娥石」。

中國目前的太空實力究竟如何？嫦娥工程到底在做些什麼？比起五十多年前的美國阿波羅計畫，中國的登月計畫又有什麼不同之處？

中國的太空科技實力

中國的太空實力雖然不是最頂尖，但無疑名列前茅，由於起步相對美俄晚了一些，同時在太空相關領域的透明度又比較低，再加上政治等因素，讓中國的太空發展相關消息蒙了一層面紗，鮮少出現在世人眼前。

回到 1950 年代，美蘇太空競賽如火如荼地進行著，追逐著許多人類從未完成過的壯舉。1957 年 10 月，蘇聯史波尼克一號衛星發射成功，引起全球的高度關注；中共政權看見蘇聯成功的同時，也萌生了自己發射人造衛星的想法……。

時間來到美蘇太空競賽打得最火熱的 1960 年代，中國的太空科技發展也沒有寂靜，由於中共對於軍事科技的需求，又受益於留美學者歸國和蘇聯的技術援助，飛彈及火箭技術逐漸發展成熟；美國阿波羅十一號載人登月成功隔年，中國發射了第一顆人造衛星「東方紅一號」，成為繼蘇、美、法、日後，第五個成功自主發射人造衛星的國家。

值得一提的是，「東方紅一號」由於是運行在幾乎沒有空氣阻力的中地球軌道，至今它仍持續繞著地球轉！

近二十年中國的太空發展也有了許多新進展，2003 年神州五號升空，太空人楊利偉搭著神州太空船繞地球 14 圈後安全返回，完成中國史上首次載人太空任務；在此之後，透過長征系列火箭及神舟太空船，持續執行了好幾次載人太空任務。而在 2022 年底，中國完成太空站「天宮」的建造，亦是目前世上僅有的兩座現役太空站之一。

嫦娥工程

「嫦娥工程」於 2004 年正式啟動，預期的工程方向大致分為：前期的無人探測器探月、中期執行載人登月任務，長期則以建設月球基地並讓基地常駐太空人為目標；目前正陸續進行前期的無人探測任務，中期載人任務則還在準備階段。

美國和蘇聯早在五十幾年前就在進行月球探測任務了，阿波羅十一更在 1969 年成功載人登月，中國現在才在進行探月任務，有什麼亮點是值得我們關注的呢？

和當年美蘇太空競賽時期探月任務相似的是，這一系列任務都是一個國家從無到有探測月球，同時將目標放在未來的載人登月的準備上。然而時間相差 50 年，如今電腦、通訊等各方面技術進展，因此嫦娥工程能用更少的任務次數和更精簡的預算，完成任務目標。

例如前期的無人探測器探測，技術難度由簡單到困難大致可以分為：飛掠、硬著陸、繞行、軟著陸，最困難的則是軟著陸後，採樣返回地球；而為嫦娥工程打頭陣的嫦娥一、二號兩項任務，都是一次就成功進入月球軌道環繞月球，到嫦娥三號就已經軟著陸月球，並讓玉兔號月球車在月球上行駛，還拍下了嫦娥三號在月球表面的照片。

不過，中國嫦娥工程的獨特之處，從接下來的任務才開始。

翻開過去登月任務的歷史紀錄就會發現，由於受到地球潮汐力影響，月球永遠都是以同一面面對地球（該現象被稱為「潮汐鎖定」），因此所有的登月任務，不論是無人探測器，或是阿波羅計畫中的每一次登陸，都是在月球面向地球的這一面進行。

那該怎麼解決這個難題的呢？中國在月球後方的「地月第二拉格朗日點」，設立了一座名為「鵲橋」的通訊中繼衛星；如此一來，鵲橋衛星就可以一直駐留在月球背面運行，維持地球與月球背面不間斷的通訊。

2018 年鵲橋衛星成功抵達預定軌道，從此讓月球的背面不再是無法觸及的通訊死角，同年年底嫦娥四號成功著陸月球背面，玉兔二號也開始在月球背面行駛，在人類的探月歷史上，達成一項全新的成就。

嫦娥工程最近一次的任務是在 2020 年，嫦娥五號完成了月球表面樣本採樣，並帶回了將近兩公斤的月球岩石；這是自 1970 年代後，終於再次有月球表面的樣本被送回地球。就在不久前，中國科學家從這批樣本中發現了目前只在月球上被發現、全新的礦物種類，並且命名為「嫦娥石」。

中國載人登月真的會實行嗎？未來的展望如何？

根據目前（2023）已知的規劃，嫦娥工程預計將發射嫦娥六號、七號、八號三顆無人探測器。

嫦娥六號原本是嫦娥五號的備份探測器，因此整體設計與任務流程應與嫦娥五號大同小異；但與嫦娥五號不一樣的是，嫦娥六號將飛到月球背面進行採樣。若成功，這將會是人類史上第一次獲得來自月球背面的月岩樣本！

嫦娥七號則將聚焦在探月計畫中各國的必爭之地——月球南極。本次任務進行兩次發射，第一次預計於 2024 年進行，將發射「鵲橋二號」中繼通訊衛星前往月球軌道；與前輩鵲橋號一樣，目的是為了確保未來多個任務與地球之間能夠隨時保持通訊。第二次任務則在 2026 年，將一次發射軌道器（Orbiter）、登陸艇（Lander）、探測車（Rover）與飛躍器（Hopper）在月球南極的永夜隕石坑（Permanently shadowed crater），尋找對未來月球開發至關重要的水冰。

最後，嫦娥八號的初步規劃與嫦娥七號類似，都是由四個部分組成；但比起嫦娥七號的「探測」，嫦娥八號有個更重要的任務，那就是為中國的「國際月球科研站 ILRS」打下基礎。這輪世界各國探月競賽不只是要上去插旗子而已，而是要建立永久基地，永續利用月球資源。

在無人探測之外，中國對載人登月的準備也在如火如荼進行中。雖然具體細節仍不明朗，但是中國多年來一直有在研究比長征五號更大、更強、能夠進行承擔登月任務的新火箭。

比如前陣子在中國載人航天工程三十年成就展上，就展出了下一代載人火箭長征十號，以及其搭配的載人太空船與登陸艇的模型。根據目前的規劃，長征十號將於 2027 年首飛，能將 27 公噸的酬載送往月球。

經過二十年的努力，中國的探月計畫順利地走過了無人繞月、登月以及採樣返回的過程，交出相當亮眼的成績，未來更有多個任務正蓄勢待發……。

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50 年前，美蘇之間的太空競賽造就了無數的故事和科技創新。50 年後，一支從 SpaceX 太空競賽誕生的以色列團隊，要挑戰一件前無古人的事情：靠著民間資助及技術能力，送一顆探測器上月球去。

目前歷史上只有 3 個國家曾經在月球上成功降落過探測器（軟著陸，不是計劃性墜毀的硬著陸），按時間排列依序為蘇聯、美國、中國。而最近幾年民營太空計畫和重返月球的話題和重要性越來越明確，Space X 的成功、美國宣布重返月球、中國登陸月球背面等等的事情，一再的告訴我們～舊愛可能還是最美，熟悉的月球在未來最對味。

或許有些天文迷已經知道 SpaceIL 團隊和創世紀號（希伯萊語： Beresheet）的故事。但在最終報告還沒出來之前，我們還有很多時間可以認識一下這近期最野心蓬勃的登月計畫和與其團隊 SpaceIL 奮鬥的故事。

功敗垂成的 Lunar X Prize大賽

｢今天我們要向世界各地的民間團隊提出挑戰，請他們設計、建造月球探測器，並儘速將成品送上月球表面，讓探測器在月面上移動 500 米，還必須回傳 1G 的高解析影像及數據。｣

以上～就是大名鼎鼎的 Lunar X Prize 的比賽重點，看起來很單純是吧？這個著名的獎項在 2007 年宣布，原本預計在 2012 年結束，但是經過不斷的延期，最後才在去（2018）年 3 月由主辦單位宣告比賽結束。

長達 11 年的比賽過程，有將近 30 支隊伍參加，但沒有人完成任務。有些人可能會認為 Lunar X Prize 失敗了，但這其實可以視為一場慘烈的大成功：因為這些（雖然沒有成功登月的）團隊靠自己的能力，發展出了新時代的硬體和技術。

以色列登月團隊 SpaceIL的誕生

來自以色列，打造了創世紀號的SpaceIL 團隊，就是參賽隊伍之一。他們在漫長的競賽結束之後，仍決定堅持下去，試著去完成任務。

一切要從 2010 年說起，一位名叫亞里夫‧巴許（Yariv Bash）的年輕工程師，聽說了當時 Lunar X Prize 的事，而有個瘋狂的構想（可參見預告片 5:45的畫面），他找了另外兩位夥伴，分別是電子工程師跟電腦學家，想要從零開始參加這場競賽，連草圖都在第一天完成了，上面還寫了可能會有的問題和時程表。

但是就像每一個剛起步的民營公司、創業者會遇到的問題：他們需要錢。

他們很幸運的某個大型會議上遇見以色列媒體業富豪莫里斯卡恩（Morris Kahn），非常樂意贊助整個計畫。 SpaceIL 團隊由此建立，開始了他們另類的月球探測器計畫，該探測器後來經由民眾投票取名為創世紀號。

創世紀號很小，沒裝燃料大約才 160 公斤，尺寸跟廚房餐桌差不多大。而在沒有多餘時間或人力設計零件的情況下，他們利用很多現成物件，加入一些巧思，然後大量運用 3D 列印技術來產生需要的設備，例如它的腳有另外鋁製的蜂巢結構，用來吸收與月球表面接觸時的衝擊能量。為了節省太空艙的建造費用，SpaceIL 甚至沒在上面裝太多的防護設備。

「老實說……這些東西（太多的零件）很可能會變成阻礙，在前往月球的路上就壞掉，所以你如果想做個簡單的首次太空任務，只要規劃能撐幾天的系統就好」計畫主持人巴許在紀錄片《登月50周年鉅獻：以色列登月計畫》裡面說到。

Lunar X Prize 競賽宣布結束後，很多團隊都停止開發，但是仍有少數幾個公司繼續堅持自己的道路，SpaceIL 就是其中一個（另一個比較有名的是Moon Express）。Lunar X Prize 宣布結束時，創世紀號已經設計好，也準備好要搭載在 Space X 的火箭上，只差沒有發射。團隊此時需要新的一輪資金才能在接下來 1 年內順利發射，幸好另一位猶太裔富商謝爾登‧阿德爾森（Sheldon Gary Adelson）此時加入了這場計畫。最後～創世紀號完成了，花的不多……總共花了大概 1 億美金。

創世紀號的旅程與目的

2019 年 2 月 21 日，創世紀號搭著獵鷹型火箭，跟著一個美國空軍的機密衛星和印尼的通訊衛星一起升空。

它預計在離開地球軌道之後，獨自旅行七週才會到月球……等等，阿波羅計畫不是 4 天就到了嗎？為什麼創世紀號要這麼久？這也就跟整個創世紀號的設計理念有關──它並不是走最快路線，而是要靠著重力拋射，走抵達月球最省燃料的路線。創世紀號總共要走 640 萬公里，比阿波羅 11 號還遠了 1 倍，但它只需要裝 570 公斤的燃料而已，跟其他登月計畫相比，根本是芝麻般的重量。

至於創世紀號的任務是什麼呢？當然不只是拍拍照這麼簡單。

在今年月球與星球科學協會（Lunar and Planetary Science Conference, LPSC）中，SpaceIL 團隊針對創世紀號的任務提出了詳細的說明。除了研究與測量月球本身的磁場之外，創世紀號最特別的任務內容大概就是要重新登陸在當年阿波羅 17 號著地的地點：澄海。當年阿波羅計畫總共在澄海登陸兩次，傳回的資料讓科學家發現這個地方有磁場異常，這在月球上是很少見的一件事情。

紀錄片《以色列登月計畫》中提到：「我們計畫連接磁場異常與特殊地形的關係，主要利用剩磁的特性。磁場與月球地貌的理應是連續性的關係，如果我們假設寧靜海的磁場相對於月球其他地方（或其他區域的玄武岩）更高但是也比較穩定，但這裡只有表面破裂的地方產生磁場，因為場線與地貌有關係。」

團隊希望創世紀號上面搭載的磁力儀能帶給我們更多資訊，讓我們瞭解月球的磁場變動歷史。將月球岩石磁力與地質年代的研究連結起來，會讓我們對月球的形成歷程有新的認識。

創世紀最後的旅程與未來

密集研究月球地磁，需要在月球軌道上待很久的時間，這也是創世紀號面臨的挑戰。因為資料需要花兩天的時間傳送回地球，這段期間內會遭遇到月球軌道上高得誇張的溫差。在任務第四天，正準備要點燃推進器的那一刻，甚至發生了電腦停擺的情況。SpaceIL 團隊認為故障原因可能是宇宙射線或范艾倫帶的輻射線能量超出預測值，儘管最後使用遠端通信的方式修復了這種情況，但並不是這台迷你探測機最後的苦難。

今年的 4 月 11 日，創世紀號離開月球軌道開始往月球表面墜落，過程中通訊都沒問題就此進入著陸程序，創世紀號逐漸往月球表面降落，途中還傳來一張在太空中拍攝的照片。在接近月球表面時，創世紀號點燃反向火箭，照理講這時候應該要減速的，但回傳資料顯示垂直速度還是很快，主引擎似乎出了問題，在離地 150 公尺處……創世紀號的訊號停止了。

所有軟登月的任務中，任務是否成功都要取決於著陸。沒錯，最近一次嘗試要登陸月球的新成員創世紀號，最終與以失敗收場。SpaceIL 團隊在斷訊後就無法再聯絡上創世紀號，只是到今天，都還沒有確定的答案到底為什麼機械會在最後一刻失靈。

但是之後無論是誰、無論來自宇宙何方，只要找到創世紀號，就會發現團隊在船上塞了幾件非常特別的物品：一枚小硬幣上刻寫了整部聖經，每個字母都只有微生物大小；還有一個時光膠囊，這個時光膠囊容納了所有參與建造這艘太空船的人的夢想和希望。

雖然創世紀號的登月最終失敗了，但要提醒大家，最偉大的技術和突破，都是在一群人協力追逐同一個夢想中的過程產生的。

Discovery頻道《登月50週年鉅獻》每週六晚間 7 點播出
《登月50週年鉅獻：以色列登月計畫》8月3日晚間 7 點首播