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太空科技的濫觴

  • 林一平

圖一:收藏於中華電信的通訊衛星模型

今日我們談第六代無線通訊,主角之一是低軌道、低成本的通訊衛星。通訊衛星(Communications Satellite;COMSAT)是用於電信的人造衛星。圖一是收藏於中華電信的通訊衛星模型,當中圖右為Intelsat-3衛星,設計壽命5年,造價530萬美金。

通訊衛星的原始構想來自於科幻小說大師克拉克(Arthur Charles Clarke,1917~2008年;圖二) 。他於1945年在《Wireless World》這份雜誌上發表文章“Extra-terrestrial Relays”陳述通訊衛星的概念。他提出以火箭發射衛星到地球軌道上,當作接收和反射地面信號的中繼站,實現遠距離通信。他特別建議佈建3顆等距離的同步衛星,組成全球通信網,並提出殺手應用(Killer Application),利用衛星同時向幾個地區轉播廣播節目。

克拉克的理論受到兩個人的影響:前蘇聯的齊奧爾科夫斯基 (Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky,1857~1935年;圖三)及奧匈帝國的波托西尼克(Herman Potočnik,1892~1929年;圖四)。齊奧爾科夫斯基與波托西尼克的影響層次不僅只於通訊衛星,更涵蓋火箭技術及外太殖民等議題。齊奧爾科夫斯基小時候因病失聰,被拒絕進入小學念書。他只好自我教育,獨自到圖書館找書唸,之後擔任高中數學老師。他受到凡爾納(Jules Gabriel Verne,1828~1905年)的影響,開始研究太空科學,並於1929年出版一本書《Space Rocket Trains》,倡導多節火箭(Multistage Rocket)的概念,奠定火箭航行的理論基礎。齊奧爾科夫斯基被歸類為「怪博士」之流,大部分研究被當時的人們認為不切實際(例如設計外太空殖民地的食物養殖)。不過他的想法影響後世科學家,被稱為「火箭之父」。

另一位太空科技先驅波托西尼克出身軍校,專長為鐵路及橋樑工程。他參與第一次世界大戰後,因結核病於1919年除役。退役後他到維也納大學拿了電機博士學位,卻因結核病痼疾,找不到工作,也娶不到老婆。1925年他開始研究火箭及太空科技,並於於1929年出版《The Problem of Space Travel》一書。他在同一年貧病交迫,僅37歲便英年早逝。他往生之後,著作風靡了30多年,被認為是研究人類長期居住外太空的權威。

齊奧爾科夫斯基和波托西尼克不但影響了克拉克的想法,也影響到美蘇太空爭霸戰的兩位關鍵人物:布勞恩(Wernher von Braun,1912~1977年)以及科羅萊夫(Sergei Pavlovich Korolev,1907~1966年)。美蘇在太空競爭上有極為戲劇性的過程。由於科羅萊夫的貢獻,蘇聯一路領先美國,最後卻因為科羅萊夫早逝,被美國捷足先登的上了月球。這個故事告訴我們,起始輸不算輸,最後贏才是贏!

圖二:克拉克(Arthur Charles Clarke,1917~2008年)。林一平繪
圖三:齊奧爾科夫斯基(Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky,1857~1935年)。林一平繪
圖四:波托西尼克(Herman Potočnik,1892~1929年)。林一平繪

現為交通大學資工系終身講座教授暨華邦電子講座,曾任科技部次長,為ACM Fellow、IEEE Fellow、AAAS Fellow及IET Fellow。研究興趣為物聯網、行動計算及系統模擬,發展出一套物聯網系統IoTtalk,廣泛應用於智慧農業、智慧教育、智慧校園等領域/場域。興趣多元,喜好藝術、繪畫、寫作,遨遊於科技與人文間自得其樂,著有<閃文集>、<大橋驟雨>。