中低緯度氣象預報大幫手:福衛七號懶人包

作者 | 發布日期 2019 年 06 月 27 日 11:06 | 分類 天文 , 尖端科技 , 航太科技 follow us in feedly


台灣做為衛星觀測資料輸出國之一,近日再成功將新氣象衛星「福衛七號」送上太空,福衛七號採用了哪些特殊技術、未來可能立下哪些功勞?更多細聞整理詳見下文。

福衛七號衛星已於台灣時間 6 月 25 日下午 14 時 30 分,從美國甘迺迪太空中心搭著獵鷹重型火箭(Falcon-Heavy)升空;發射後 91~106 分鐘,福衛七號 6 枚衛星依序與火箭分離完畢,進入預定的 720 公里高度繞地「待機」;同日晚間 8 時 48 分,確認 6 枚微衛星發射的訊號皆接收成功。

福衛七號是「1 顆衛星」,還是「6 顆衛星」?

答:6 顆衛星。雖然口語上常簡稱「福衛七號衛星」,但實際上,福衛七號是由 6 顆外型與配備一模一樣的微衛星組成,它們依序脫離獵鷹重型火箭後,會先在離地 720 公里的暫駐軌道繞地運行,等地面中心檢查完所有衛星的健康狀態,原本擠在同軌道面的 6 胞胎衛星會開始一個一個分開,下降至離地 520~550 公里範圍的不同軌道,部署成先進氣象衛星星系,每日提供南緯、北緯各 24 度之間約 4,000 筆資料,大幅增加包括台灣在內的低緯度地區氣象資料。

福衛七號 V.S 福衛三號衛星特性

(製表:科技新報)

什麼是衛星星系?

答:在天文學上,衛星星系是指因引力影響而環繞另一個大星系的星系,比如我們銀河系最大的衛星星系為大麥哲倫星系;但在航太科技方面,衛星星系是指人造衛星從原本的獨行俠變成大規模聯盟,數顆人造衛星各自分開於任務軌道上運行,但彼此又相互關聯,有如攣生兄弟一樣出任務,我們的福衛三號、福衛七號都屬於氣象衛星星系;未來,由於衛星製造成本降低,台灣的遙測衛星也將會朝星系部署方向發展。

小補充:福衛五號就是單一顆遙測衛星。

衛星如何從 720 公里軌道調整至 550 公里軌道?

答:衛星的運行速度會影響到軌道高度升降。當衛星燃料往運行方向的相反方向噴射,就會使衛星減速並造成衛星軌道下降,當福衛七號第一枚衛星開始減速並調降到 550 公里後,它所運行的軌道面會因地球扁圓型重力場影響,與停留在 720 公里的衛星運行軌道面,每天產生約 0.55 度的軌道面飄移現象。

108 天後,第一枚 550 公里高的衛星軌道面與 720 公里高的衛星軌道面,就會分開約 60 度;接著,第二枚衛星開始從 720 公里高調降到 550 公里軌道,108 天後,第二枚 550 公里高的衛星軌道面,也與 720 公里高的衛星軌道面分開約 60 度,而此時第一枚 550 公里高的衛星軌道面,與 720 公里高的衛星軌道面分開了約 120 度。

6 枚衛星依序類推,等全部就定位共需耗時約 19 個月,第一枚 550 公里的衛星軌道面與第二、三、四、五、六枚 550 公里的衛星軌道面,分別分開 60、120、180、240、300 度,完成星系部署。

衛星的軌道傾角會影響什麼?

答:傾角是指衛星軌道面與赤道面的夾角,福衛七號傾角 24 度,也就是說它的資料收集範圍落在赤道以南、以北各 24 度內,而福衛三號則可以收集赤道以南、以北各 72 度內的資料。雖然這樣看起來,福衛三號的資料分布較廣也較均勻,但福衛七號勝在熱帶地區的資料密度更高,可以大幅提升此區間的氣象預報準確度。

台灣獨步全球的掩星技術是什麼?

答:全世界只有台灣的福衛三號與福衛七號是利用「掩星技術」來進行氣象觀測,「掩星」原本是天文現象,衛星科技借用其觀念發展掩星科技,利用電磁波訊號經過大氣層時,會因為穿透不同溫度、壓力或濕度的空氣層,而產生轉向、變慢、減弱的現象,反過來推出地球上空的溫度、氣壓、濕度或電子密度等數據。

福衛七號有哪些先進儀器?

答:福衛七號的 6 枚衛星身上都有一個任務酬載和兩個科學酬載,任務酬載為「全球衛星導航系統無線電訊號接收儀(TGRS)」,可以接收來自中地球軌道的導航衛星所發射之無線電波(福衛七號的軌道屬於低地軌道),導航衛星包括美國的全球定位系統 (GPS)、俄羅斯的格洛納斯系統(GLONASS),透過分析電波經過電離層與大氣層時的折射訊號,TGRS 能進一步得知大氣層的溫度、壓力、水氣以及電離層電子濃度。

科學酬載則是離子速度儀(IVM)及無線電射頻信標儀(RF Beacon),前者如其名用來計算電離層離子的速度,其量測資料可以提升 TGRS 準確度;無線電射頻信標儀則可量測電離層閃爍,分析台灣上空的電離層結構,得出電離層異常區分佈情形。

為何福衛五號從美國西岸發射、福衛七號卻在東岸發射?

福衛五號衛星的發射地點位於美國西岸范登堡空軍基地(加州),而福衛七號則是在美國東岸的甘迺迪太空中心(佛羅里達州),兩者發射地點不同有什麼考量在內嗎?有。

答:福衛五號是位於太陽同步軌道的遙測衛星,軌道傾角 98.28 度,而從美國西岸的范登堡空軍基地向南偏西發射,可以讓福衛五號達到 98.28 度軌道傾角,並且第一節火箭如果回收失敗也會直接落入海中(太平洋),不會有危及居民人身安全的問題。

至於福衛七號的軌道傾角是 24 度,如果從美國東岸的甘迺迪太空中心向東偏南發射,就可以達到 24 度軌道傾角,並且第一節火箭如果沒有成功回收,也會直接落入海中(大西洋),比如這次獵鷹重型火箭的主推進器就回收失敗,撞向海面燃成火球。

▲ 福衛五號與福衛七號發射地點不同。(Source:科技部)

太空中心成立於民國 80 年,歷經 20 多年發展,至今已發射過福衛一號、二號、三號、五號、七號,其中 2017 年發射升空的福衛五號,是第一顆完全由台灣自主研發的衛星,而今年發射的福衛七號則是歷年來最大型的台美雙邊合作計畫。

雖然福衛七號原訂共有 12 顆任務衛星+1 顆自主衛星,後因美方經費問題只發射 6 顆任務衛星(自主衛星待發射),或多或少讓觀測精準度打了些折扣,但其功能依舊比福衛三號強大,並可以彌補福衛三號於中低緯度觀測量不足的問題,對台灣的颱風路徑、颱風結構分析能力將會更上一層樓。

(Source:科技部)

註:福衛七號的自主衛星 FORMOSAT-7R 目前已完成衛星關鍵設計,準備進行整合測試,並另外尋求共載發射機會。

(首圖來源:太空中心提供)

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