福衛七號發射!衛星卻得花19個月就定位?6個必知的冷知識

2019.06.25 by
王郁倫
科技部
福衛七號升空,將成為最新氣候觀測預報利器,為什麼一次要發送六顆衛星?為何此次發射地點選在佛州?為什麼要花19個月讓衛星抵達工作軌道?這個首度使用台灣自主研發的衛星操控系統,有6個知識必須要知道。

福爾摩沙衛星七號簡稱福衛七號,已於台灣時間25日下午2時30分順利發射升空,衛星發射173分鐘後,福衛七號的訊號順利傳送至澳洲達爾文地面站,台灣自此可以與位在720公里高空運行的六枚福衛七號通聯。

台灣發射福衛七號後,將可以觀測到正負45度之間低緯度地區氣象數據,每天傳送訊號四個時段,未來對台灣氣象預測,尤其是降雨預報準確度將大有幫助,這也是福衛三號之後,美台再度合作。

政府砸251億,推動太空計畫,要讓台灣有自己的「太空產業」。
太空中心

關於福衛七號衛星發射,受到各界矚目,面對外界關心,科技部也解答7個疑問,供外界有更多瞭解。

問題1:為何福衛二號、五號只要1顆,福衛三號、七號卻要6顆衛星?任務有何不同?

福衛二號、五號是光學遙測衛星,可以對地表進行照相取像,福衛三號、七號則是透過掩星技術,獲得大氣資料,可以提供氣象預報使用。

福衛七號是氣象衛星,顆數越多,所獲取的全球大氣資料就越多、越均勻,有助於提升氣象預報的準確性;但考量預算、研製時程、資料數、資料均勻度以及衛星星系部署時程,最後選擇以6顆作為福衛七號星系的衛星數。

過去因高性能遙測衛星價格較為昂貴,多數時候取像時間急迫性不高(除了部分國防或是災害),因此1顆衛星就能滿足任務需要,不過隨科技進步,遙測衛星價格逐漸下降,也有許多商業衛星遙測公司提出大規模數量的衛星星系部署計畫,未來遙測衛星就能對同一地區每日多次再訪,將開啟新型態的衛星影像應用可能,台灣未來遙測衛星也計劃採取多顆星系部署。

問題2:福衛七號用「掩星技術」增進氣象預報準確度,什麼是掩星技術?

全球定位衛星發射的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。

福衛七號用「掩星技術」增進氣象預報準確度。
科技部

「掩星技術」能分析福衛三號和七號接收到的訊號特性,就能反過來推出地球上空的溫度、氣壓、濕度或電子密度等數據,掌握地球氣候情報。

問題3:福衛五號選在加州發射,但福衛七號卻在佛州發射?

考量發射點進入軌道傾角及火箭落點不危害居民安全為條件,福衛七號的軌道傾角是24度,搭配GPS和GLONASS可蒐集南北緯50度內的掩星資料。從美國東岸佛州的甘迺迪太空中心向東偏南發射,可以達到24度的軌道傾角,且第一節火箭(如果不回收的話)不會危及附近居民人身安全。

福衛五號是太陽同步軌道的遙測衛星,軌道傾角是98.28度。由美國西岸加州的范登堡空軍基地向南偏西發射,可以達到98.28度的軌道傾角,而且第一節火箭(如果不回收的話)會落入海中,不會危及空軍基地附近居民的人身安全。

福衛五號選在加州發射,但是福衛七號卻在佛州發射。
科技部

問題4:福衛七號6顆衛星為何花19個月才能到任務軌道?

衛星運行速度會影響高度的升降,當高度720公里的衛星,以和運行方向相反的方向進行噴射,就能讓衛星減速,並造成衛星軌道下降。

當福衛七號第一枚衛星被調降到550公里的任務軌道高度後,它所運行的軌道面會因地球「扁圓型重力場」的影響,和在720公里衛星運行的軌道面每天產生約0.55度的軌道面飄移現象。

到第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公里高的軌道,108天後,第二枚550公里高的衛星軌道面與720公里高的衛星軌道面,也分開約60度,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,已經分開了約120度。

如此依序將第三、四、五、六枚衛星從720公里的軌道高度,調降到550公里的軌道高度,從第一枚衛星開始調降軌道高度開始,到第六枚衛星調降軌道高度結束止,共花108x5=540天,加上衛星發射後的前四週還在進行健康檢查,總共約需19個月。

問題5:福衛五號高度是720公里,福衛七號卻是550公里?

太陽同步軌道即衛星軌道面永遠以相同的角度面對太陽。
科技部

福衛七號的任務是搜集均勻分布在中低緯度的大氣資料,所以福衛七號的6枚衛星會分別分布在6個軌道面上,任務軌道在500到850公里之間。

福衛五號是遙測衛星,選擇720公里太陽同步軌道,是讓衛星的軌道面永遠以相同的角度面對太陽,這樣衛星每次都是在相同時間經過地球同一地點的上空,因此可以達成兩日再訪的目標。

問題6:福衛七號3個酬載任務是什麼?

全球衛星導航系統無線電訊號接收器(TGRS):TGRS接收全球導航系統(Global Navigation Satellite System, GNSS)衛星(包括GPS和GLONASS)所發射出的無線電波,電波經過電離層與大氣層時會產生折射效應,分析這些折射訊號就可以得到大氣層中溫度、壓力、水氣以及電離層電子濃度的資料。

離子速度儀(IVM):沿著衛星軌道實際量測電離層的離子資料,藉由改變探測器表面電位能,及計算後端電流板所收集的離子入射角,計算出離子的速度。

無線射頻信標儀(RF Beacon):電離層是無線電訊號傳輸必經的介質,台灣上空是電離層的不穩定區,科學團隊在亞太地區設置多個地面站,接收RF Beacon所發射的電磁波,就能分析出台灣上空的電離層結構。

福衛七號升空
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