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福衛三號觀測電離層大氣層有助台灣科學發光

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【大紀元12月24日報導】(中央社記者韋樞台北二十四日電)福衛三號衛星載著國人滿滿的祝福抵達美國加州范登堡發射場,開始進行一連串整測。

福衛三號計畫總主持人陳正一看著福衛三號「長大」,對它寄予厚望;尤其衛星上的三個科學酬載將逐一解開電離層和大氣層的謎,全球氣象團隊也期望獲得資料,這個衛星將是另一個讓台灣發光的機會。

福衛三號是一個大型的台美雙邊國際合作計畫,由雙方政府授權執行,代表單位分別為台灣國家太空中心與美國大學大氣研究聯盟 (UCAR)共同合作執行,主要是以建立全球大氣即時觀測網的先進技術發展計畫,又稱為「氣象、電離層及氣候的衛星星系觀測系統」,簡稱為FORMOSAT-3/COSMIC計畫。

福衛三號是由六顆微衛星組成一個星系,每顆微衛星含燃料重62公斤,形狀類似大圓餅,直徑約103公分,高約16公分,它有兩片圓形太陽能電池板,分別展開121度和59度,任務軌道屬於圓形軌道,六顆微衛星各相距約24度,彼此高度均不同,各距地表約700到800公里高空,以傾角72度繞行地球一週約100分鐘,壽命達2年以上 (設計壽命5年以上)。

陳正一表示,福衛三號所使用的發射載具是美國空軍提供的Minotaur火箭,六顆微衛星在發射前組合在一起成為一個衛星堆,火箭將六顆微衛星一起送入低地球軌道 (LEO)的停駐軌道 (Parking Orbit)後,衛星依序彈離發射載具,再利用本身的推進系統配合進動作用(Nodal Precession)進行軌道轉換,預計13個月後到達任務軌道。

他指出,六顆微衛星分別圍繞地球運轉,組成涵蓋全球的低軌道微衛星星系,接收距地表2萬2千公里高空美國24顆全球定位衛星 (GPS)所發出的訊號。

六顆微衛星觀測範圍涵蓋全球大氣層及電離層,每天提供均勻遍佈全球2500個點的資料值。衛星約每3小時完成全球氣象資料蒐集及計算分析,約每90分鐘更新一次。

值得一提的是,微衛星上各載有三個科學酬載,第一是「全球定位系統氣象量測儀」 (GPS OccultationExperiment,簡稱GOX):每一顆衛星上安裝四個GPS天線,接收現有24顆GPS衛星的L1及L2頻段的電波訊號,GOX主要利用電波訊號穿過電離層和大氣層時受電子密度、溫度、壓力、及水氣含量等影響而轉折的時間延遲,推算電離層和大氣層相關的資料。

陳正一說,GOX可量測70到800公里的電離層,以及最高到60公里的大氣層的參數,高度的橫切面非常大,因此可以獲得完整的大氣參數;此外因為大氣密度隨高度改變,再加上大氣中含有介質,會影響GPS衛星所送出的訊號軌跡 (呈彎曲狀)和速度,也因此可以量測訊號彎曲的程度和介質的關係。   

其次是「小型電離層光度計」 (Tiny IonospherePhotometer,簡稱TIP):使用光譜頻段為135.6nm,藉以推算沿衛星對著地球方向的電子密度總量。它是一種輔助GOX 的工具,主要是將電子密度在電離層和大氣層所受的影響區別出來。

第三是「三頻段信標儀」 (Tri-Band Beacon,簡稱TBB),它使用 150、400、1067MHz三個頻段的偕同無線電發射機 (coherent radio transmitters)發射電波信號,經由分佈全球各地的接收站接收後,推算在超電離層高度 (90~700 公里)的高解析度的電子密度場和總電子含量。

陳正一解釋,太空天氣 (SPACE WEATHER)會影響通訊,且GPS導航系統會受到電離層變化的影響,而會產生變化的原因主要來自太陽磁暴,所以信標儀的三個頻段等於是不同切面的三維空間,用來觀察電離層和太陽磁暴的變化,對於了解太空天氣有很大的幫助。

陳正一說,信標儀是美國海軍研究所研發,美國海軍在全球已建立很多接收站,台灣的國立中央大學也決定在台灣本島建立三個接收站,另外在南沙群島、菲律賓、琉球等地續建其他七個接收站,以獲得更多電離層的研究資料。

至於衛星上所接收到的電子總量等資料將傳送到瑞典北部的KIRUNA和阿拉斯加FAIRBANKS兩個海外追蹤站,再傳到位於美國科羅拉多州的UCAR資料處理中心,處理後的資料再送到台北的中央氣象局做進一步運用。

陳正一說,台灣的大學教授們正在研究如何運算那些初步的資料,未來可以讓氣象局自行運算那些初步資料,獲得更符合研究的數據。

陳正一很有信心說,福衛三號順利升空後,太空中心將逐一檢查衛星本體和科學酬載的「健康狀況」,大約二週後就會有第一筆資料傳送下來,此後待衛星調整到任務軌道後,不同的資料就會逐漸顯現價值。

他強調,待計畫上軌道後,不僅提高氣象預報更新的頻率,使氣象報告具有實際的效益外,還可研究長時間的氣候變遷、對電離層進行動態監測、進行全球太空天氣的預報和提供地球重力研究等相關科學研究,並與國外交流氣象觀測資料,提昇台灣在這方面的國際地位和重要性,福衛三號可再為台灣在國際上發光發熱。

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