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中央大學發射首顆自製人造衛星 為台灣產業舖路

  • 鄭斐文DIGITIMES企劃

國立中央大學太空科學與工程學系教授張起維。DIGITIMES攝
國立中央大學太空科學與工程學系教授張起維。DIGITIMES攝

針對低軌衛星領域的發展,已然是產業界重要的話題之一,台灣雖然在產業供應鏈方面已有一些著墨,然長期而言,產官學三方的通力合作,然是台灣能否在全球低軌衛星產業站穩腳步的重要關鍵。國立中央大學近期在自製太空衛星領域已有相當具體且重要的成果,包括前期投入乃至於成功發射,以及衛星本身在軌道上運行所面臨的問題,皆可為台灣低軌衛星產業未來發展之重要借鏡。

人造衛星微型化,加速太空產業進展

國立中央大學太空科學與工程學系教授張起維表示,過去全球太空產業有相當明顯的進展,主要的原因在於人造衛星的普及化所帶動,由於過去的太空衛星的體積較大,要求的穩定度及壽命非常高,不論是成本或是研發時間都相當驚人,但隨著人造衛星的「微型化」風潮開始之後,讓許多商業人造衛星業者的思維開始有所改變。

依照美國FAA(聯邦民航局)的定義,該單位將人造衛星的質量加以分類,一般業界所定的小型人造衛星的質量大約介於600~1,200公斤,200~600公斤則被稱為迷你衛星,像是台灣的衛福7號(重量約為300公斤)便是一例,而奈米衛星則是介於1~10公斤,中央大學所發射的衛星重量(為4.5公斤),便是在此一範圍內。

張起維談到,儘管大型衛星的質量較大,能夠肩負的任務較多、電池容量較大以及太陽能板面積也有所增加,所以拉長了大型衛星的使用壽命,但在研發時間與成本都過高的情況下,相對的小型衛星的優勢是研發時間較短,燃料與發射成本較為低廉,所以也成為新一代太空產業的選擇。

據統計,近年太空衛星的數量呈現逐年成長的態勢,截至2021年4月,數量已有4,084顆,散布於地球同步軌道(Geostationary Orbit;GEO)、中地球軌道(Medium Earth Orbit;MEO)與低空地球軌道(Low Earth orbit;LEO),其中又以低空地球軌道的衛星數量最多。

中央大學飛鼠號,諸多次系統自行開發

針對中央大學所自製的第一顆人造衛星飛鼠號(IDEASSat),張起維指出,該顆衛星是由太空中心所補助,在2021年1月24號升空,該衛星的主要任務是負責偵測高層大氣環境,其主要的酬載系統就是CIP(Compact Ionospheric Probe;微型電離層探測儀)是由中央大學自行開發,內部也有太陽能板搭配電池模組與配電盤,同時也有指向系統,飛過地球日照面時,遇到太陽時,能面向太陽進行最大程度的充電,藉由SpaceX的火箭所發射升空。原訂於需要兩年的時間完成所有工作,後來在進度落後的情況下,花了三年完成此案。

談到該衛星的開發過程,張起維進一步談到,中央大學的團隊在內部評估過後,認為可以在兩年內完成開發的次系統,便自行開發,若不行,則是採購市場已經商業化的組件,最後再加以整合測試。

所以這邊就會談到非常重要的概念:飛行履歷(Flight Heritage),它是一個評測標準,由美國NASA與國防部所提供,該標準稱為TRL(Technology Readiness Level;技術完備等級),最高等級為TRL 9,若只是初期構想的程度,就是為TRL 1,等級愈高其產品售價為愈高。不同等級的價差也有相當大的差距。目前中央大學所開發的次系統中,除了電力次系統僅達TRL 8外,其餘皆達TRL 9。

至於外購的元件,像是姿態感測、通訊元件的收發器與太陽能電池等,就是採用外部的商業化元件,等級就是TRL9。張起維強調,這些自製的次系統皆是從TRL1開始做起,最後才達到這樣的水準。在現階段,中央大學還有其他衛星專案在進行當中,其中也包含如美國與新加坡等之間的國際合作。

發展衛星產業,台灣仍有重要課題需思考

而在這次的投入過程中,中央大學累積了相當豐富的經驗,張起維認為台灣太空衛星產業發展上,最重要的課題之一,就是台灣並非ITU(國際電信聯盟)的會員國。一般來說,衛星所使用的頻率要避免與其他衛星共用,造成干擾問題,所以必須要以ITU會員國的身分向ITU提出頻率指配的申請,像是中華電信與新加坡電信的合作案例,也是由於新加坡是會員國的關係所以才得以成功。

另外則是國外投入太空產業已有不短的時間,有很多新的太空衛星公司不但會提供擁有完整飛行履歷的衛星本體或是次系統,然後再搭配客戶的酬載進行整合。以這種運作模式來說,廠商可以針對客戶的酬載或是任務構想,將衛星的製造過程、整合與測試甚至是發生跟發生後的資料取得,都是由這些衛星服務公司來處理,再將這些資料傳上雲端,由客戶來取得資料。甚至已經有業者發展出一條龍的商業模式,台灣供應鏈必須思考,要從何種角度切入,這也將是另一重要課題。


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