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微衛星發展歷程與現況

No.18   1994 June   p48~57,   by 國立成功大學 航空太空工程研究所 / 蕭飛賓、官文霖



    1957 年 10 月,蘇俄發射人類第一顆人造衛星 SPUTNIK 1 號後,隨著 80 年代的半導體工業革命,各種迷你而功 能完備的晶片問世,因應各類需求,而發展出琳琅滿目的人造衛星。

    衛星依其重量來分類,可區分為五種:
大衛星 (large satellite): 大於 1000 公斤。
小衛星 (small satellite) :500 至 1000 公斤。
迷你衛星 (mini satellite): 100 至 500 公斤。
微衛星 (micros satellite): 10 至 100 公斤。
毫衛星 (nano satellite): 小於 10 公斤。



    由於微衛星於太空科技發展中扮演積極的角色,且有鑑於國內對衛星科技推廣的殷切,本文中將詳細討論微衛星發 展的必要性,詳述先進國家微衛星之發展過程,與目前微衛星的主要發展方向。


微衛星研究的必要性

    由於迷你化的電子半導體晶片技術成熟,小型衛星發射成本低廉 (大型通信衛星製造成本約美金一至二億,微衛星 製造成本約五百萬美元以內),而且研製時程較短,整體發展計畫經費較低,以及相較於大型衛星,有較高的成功 發射率,因此,目前有許多國家,以獨自發展,或國際合作方式,來發展微衛星。就實用化及商品化的階段而言, 現今已進入白熾化的競爭場面,許多國家都期盼,能在微衛星發展上,扮演重要角色。

    常有人因大型衛星的使用,與其服務功能的完備,而否認小型衛星的發展性 (或潛力),或是對小型衛星的過度依 賴,而否定未來發展大型衛星的必要性。以下讓我們作一些觀念的澄清:

未來大型衛星發展的必要:
    大型衛星較小型衛星能提供多重用途及高度可靠的功能,而小型衛星的發展,多著重於新技術的測試,及短期發展 的訓練與教育等方面。

適用於小型衛星的新技術:
    衛星群的通訊網路、分封轉存 (store and forward) 通訊發展的高性能通訊協定 (Protocol) 驗證,及微衛星各 次系統的軟、硬體發展等技術。

發展小型衛星的價值:
    小型衛星能提供一簡單且價格低廉的系統,以短期的時間,訓練新進太空研究者,及相關科系的學生與工程師。

未來小型衛星的發展方向:
    提供掌上型的通訊服務,低軌道微衛星群通訊網路,分封轉存系統的研發,及移動 (mobil) 通訊服務。

政府支持小型衛星的必要:
    藉由政府部門的整合財務支援,將更有效的促進小型衛星技術的發展,例如通訊系統的最佳化、系統電腦電路的最 簡化和標準化、以及新進技術的驗證。


各 國 發 展 微 衛 星 的 過 程

    目前有能力發展衛星的國家很多,然因各國財力和相關單位的參與興趣相異,較有計畫發展微衛星的主要國家有: 美、英、俄、日,及一些微衛星發展中的國家,例如:韓國、巴基斯坦、葡萄牙、以色列、義大利等。

    本章分成美國、英國、南韓、日本、蘇俄、其他國家等八大分支,來探討其微衛星計畫的發展過程:

美國的微衛星計畫

    自從美國陸軍於 1958 年,成功發射探險家一號 (Explore 1) 後,相關研究單位 (NASA)、民間公司 (AT&T),便 熱心投入各種重量級衛星科技的研究。

    由於美國政府每年均有編列發展微衛星的經費,所以在微衛星科技方面,美國大多採獨自發展,少有國際合作。

    另外,由非營利性團體所組成的業餘無線電衛星組織 AMSAT (The Radio Amateur Satellite Corporation),對微 衛星的設計、建造及測試,比其他國家有較積極投入研究的風氣。

    以下區分為 AMSAT、學校教育訓練課程、相關政府財援研究單位 (海軍、空軍以及航空太空總署) 等三方面來說明:

無線電業餘衛星組織 (AMSAT) 的微衛星發展

    早在 1959 年間,美國許多從事無線電話務通訊的「火腿族」 (HAM),致力發展屬於業餘無線電組織的衛星,限於 當時的財力和電子零件等技術,他們開啟了由非營利性團體,發展第一代微衛星的新紀元。

    這個組織稱為「業餘無線電衛星組織」(AMSAT),由他們設計建造,進而發射升空的微衛星,定名為 OSCAR (Orbiting Satellite Carrying AmataUr Radio)。

    其他國家的部份火腿族,亦共同投入微衛星研究工作,所以這個組織有許多分會 (英國的 AMSAT-UK、美國的 AMSAT-NA、日本的 JAMSAT 等)。

    1961 年,定名為 OSCAR-1 的第一顆由業餘玩家發展的微衛星發射成功,它只攜帶一個 144MHz 的信標 (beacon) 發射機。到了 1965 年的 3 月 9 日,他們又成功發射第一顆具即時通訊能力的微衛星,這比由 AT&T 公司發展的 Telstar 1 第一顆商用型即時通訊微衛星,只晚了將近三年 (Telstar 1 發射日期為 1962 年 7 月 10 日)。

    國際業餘衛星組織有鑑於不同國家之火腿族發展的微衛星,以 OSCAR 命名,會有所混淆,且為避免命名時的爭論 ,目前常見的命名方式如下:

    AMSAT-OSCAR-X,代表定名為 X 號的微衛星是由美國本土的業餘人士所發展。

    UoSAT-OSCAR-X,代表由英國地區發展的微衛星。

    Fuji-OSCAR-X,代表由日本 JAMSAT 所發展的微衛星。

    然而由蘇俄業餘發展之衛星,卻以 RS-X 來代表。

    經過 1970 年代的蓬勃發展, AMSAT 著手設計許多不同階段與不同任務導向的業餘衛星,詳見附表一。

階段性 主要特色 衛星名稱
第一階段 使用年限短。簡單訊號收發實驗。 OSCAR I to V
ISKRAs 2 & 3
第二階段 使用年限長。具遙測「轉存通信」、驗證新技術「宇宙射線量測」以及數位訊號處理等能力。 AMSAT-OSCAR 6 to 8
RS-1 to 8, RS-10/11
Fuji-OSCAR 12 & 20
[UoSATs] UoSAT-1 to 5
[MicroSATs]OSCARs 16 to 19
第三階段 使用年限長。不同通信協定與通信模式之實驗,較高軌道,以及橢圓軌道之通信品質測試。 AMSAT-Phase 3-A
AMSAT-OSCAR 10
AMSAT-OSCAR 13
AMSAT-Phase 3-D [已進行組裝]
第四階段 使用年限長。同步軌道及微衛星通信應答機實驗,以及多頻道訊號重置服務。 AMSAT-OSCAR 4
AMSAT-Phase 4-A [發展中]
表一:國際業餘衛星組織發展微衛星的階段。

    其中最值得一提的是,1986 年至 1987 年著手設計建造和測試,於 1990 年 1 月 22 日,亞利安火箭的備用酬載 (secondary payload) 發射成功的微衛星群,OSCAR-16、17、18、19。它們是伴隨法國商用型地球資源觀測衛星 SPOT-2 號一起發射的。

    OSCAR-16 至 OSCAR-19 是 AMSAT 中的北美、巴西、美國韋伯大學及阿根廷所設計,屬於 10 公斤級的小型微衛星。

    1993 年 9 月 25 日,又有四顆微衛星群,伴隨 SPOT-3 號商用地球資源觀測衛星,佈置於軌道,定名為 KO-25、 IO-26、AO-27 及 POSAT,分別由南韓、義大利、美國 AMSAT 及葡萄牙所設計建造的。其中,KO-25、IO-26 與 POSAT,是以英國的蘇瑞衛星科技有限公司 SSTL (Surry Satellite Technology, Limited) 所開發的 50 公斤級 UoSAT 系列為本體。

美國學校教育訓練微衛星計畫

    美國對微衛星教育的推廣,著重於設計和技術發展方面,而對於硬體線路方面的操作與發展較少。目前有三個學校 單位,參與未來衛星計畫發展,和硬體技術訓練:

    克羅拉多州立大學參與 NASA 的 SME (Solar Mesosphere Explorer) 計畫,該校定位於控制本顆探測衛星,以及 提供學生發展控制程式等訓練。

    猶他州韋伯大學的研究計畫,在師生共同努力下,設計了一顆重約 12.8 公斤的微衛星, WEBER-OSCAR-18 (WO-18)。

    該衛星為 AMSAT 標準的微衛星本體,具有五個功能模組 (module),它的酬載實驗是經過改良的中等解析度電子耦 合元件 (CCD) 攝影機,以每秒 1200 位元的傳輸速率,傳送拍攝影像回地球上的各地接收站。

    韋伯大學對學生的教育訓練,著重於影像編碼、處理和衛星本體設計等。

    阿拉巴馬大學的國際合作衛星計畫,定名為 SEDSAT 1 的微衛星,其酬載實驗有:栓鏈投擲實驗、三軸加速實驗、 大氣層和太空影像觀測系統的研發。

    本顆衛星的教育訓練,著重於各酬載系統的設計、建造和測試,以及控制軟體、硬體線路等。(成大航太所參與第 三項的酬載實驗)。

美國政府財援研究單位的微衛星計畫

    美國第一顆人造衛星,探險家一號,1958 年 1 月 31 日成功發射,因其重量只有 14 公斤,所以算是繼蘇俄史潑 尼克一號 (SPUTNIK 1) 衛星後的第二顆微衛星。

    像這類政府財援發展的微衛星,難以計數,1970 年代以前較有名的有:1958 年 NASA 發射的 SCORE (45.4 公斤 播放錄音帶語音);1960 年 NASA 發射的 ECHO (75 公斤,第一顆被動穩定型通信衛星);1962 年 AT&T 發射 TELSTAR (77 公斤,即時通信衛星);1963 年美國空軍的第一顆軍事衛星 (40 公斤)。

    自從美、蘇兩國軍事競賽開啟 1970-1980 年代問的冷戰,這期間,雙方在衛星科技方面有長足的發展。由於文獻 甚多,此處只針對冷戰後期,各政府財援研究單位的微衛星發展計畫,和現今美國微衛星發射載具的發展狀況作說 明 (見表二)。其中由 DARPA 單位設計的微衛星,以衛星群的網路連結方式,執行任務。

衛星名稱 研發單位 發射日期 發射載具
MACSAT 1 & 2 DARPA 1990 年 5 月 Scout
CRO 1 to 3 SDIO 1991 年 4 月 太空梭
REX Air Force 1991 年 6 月 Scout
SALT Navy 1990 年計畫中止
ProFile Navy 1991 年計畫中止
Microsat 1 to 7 DARPA 1991 年 7 月 Pegasus 2
STEP 1 to 3 Air Force 1990 年 3 月 Pegasus & Taurus
DSPSE SDIO 1994 年 Atlas
表二:最近美國政府財援已發展的小衛星計畫。

    目前美國從事微衛星發射服務的公司,計有:

  1. 麥道公司 Delta 火箭系列,提供多重微衛星軌道佈置服務,然而 Delta 火箭對小型酬載的發射能力,較法國的亞利安火箭不完備。
  2. 通用動力 Atlas 火箭系列,與 Delta 火箭一樣,定位於中、小型衛星,以彈射 (Piggy back) 方法佈置微衛星。
  3. 專為太空科學研究微衛星 Orbcomm-X 系列所發展的發射系統是 OSC (Orbital Science Corporation) Pegasus 火箭系列。
  4. 目前尚處於研究測試階段的微衛發射火箭有 Conestoga 和 Taurus 等。

英國的微衛星計畫:

    英國的微衛星計畫,本來也是由業餘衛星組織 AMSAT-UK 分會在推廣的。到了 1979 年,蘇瑞大學開始重視微衛星 科技的教育,進而與工業界人士結合,共同創立蘇瑞衛星科技有限公司 SSTL (Surrey Satellite Technology, Limited),而於 1980 至 1990 年間,成功發展了許多具有遙測、分封轉存數位訊號處理等多重功能,而價格低廉 的高水準微衛星。

    1981 年 10 月 6 日,發射第一顆屬於英國的衛星,定名為 UoSAT-OSCAR-9,或稱 UoSAT-1。1984 年 3 月 1 日 , SSTL 又成功的發展了第二顆微衛星。定名為 UoSAT-2。

    以上二顆微衛星的酬載科學實驗包括:(1) 地球影像捕捉與傳送;(2) 分封通信 (packet communication); (3) 語音播放實驗; (4) 太空垃圾偵測等四個項目。

    衛星本體實驗則重於:(1) 導航、姿態控制和穩定平衡;(2) 電腦軟、硬體與介面之發展研究;(3) 最佳通訊系統 等三部分。附表三是 SSTL 微衛星的發展歷程和酬載系統。

    SSTL 發展的微衛星,以國際合作和 UoSAT-5 最為引人注目,其中定名為 UoSAT-OSCAR-22 的 UoSAT-5,是第一顆 提供全球性,電子郵件網路服務的非營利性微衛星。

    UoSAT-5 為軌道高度 800 公里之圓形軌道的太陽同步衛星,它以每秒 9600 位元的傳輸速率,與地面接收站進行 電子郵件傳輸。就未來的發展性而言,若能設計多顆此型衛星,構成微衛星群網路,將可縮短非即時性的分封轉存 時間遲滯,以提升使用效率。

衛 星 名 稱 與 發 射 載 具 主 要 酬 載 系 統 與 實 驗
UoSAT-1 1981[NASA] *1
560 公里極軌道
高頻與微波指標訊號發送、CCD 影像拍攝、微晶片技術應用於太空之驗證、提供學校教育性實驗。
UoSAT-2 1984 [NASA]
700 公里極軌道
分封轉存通信實驗、CCD 影像拍攝、微晶片技術與穩定控制器應用於太空之驗證、提供學校教育性實驗。
UoSAT-3 1990 [NASA]
800 公里極軌道
宇宙射線探測實驗、分封轉存通信應答器、姿態和穩定控制器試驗、微晶片和高容量記憶體技術之驗證。
UoSAT-4 1990 [Ariane]
800 公里極軌道
新型太陽能晶片性能測試、應答器與姿態儀感測器之安裝、遙測影像於母板電腦處理實驗。
UoSAT-5 1991 [Ariane]
765 公里極軌道
分封轉存通信竇驗、新型太陽能晶片性能測試、藉由母板電腦對影像和數據之處理能力,強化微衛星遙測功能。
S80/T 1992 [Ariane]
1300 公里中軌道 (法國) *2
測試超高頻帶通信服務之發展性、微衛星商用化之可行性。
KITSAT-A 1992 [Ariane]
1300 公里中軌道 (南韓)
分封轉存通信實驗、影像拍攝系統、數位訊號處理實驗、輻射強度量測。
KITSAT-B 1993 [Ariane]
800 公里太陽同步軌道 (南韓)
分封轉存通信實驗、影像拍攝系統、數位訊號處理實驗、輻射強度量測、接收全球定位資料強化遙測數據。
HELATHSAT 1993 [Ariane]
800 公里太陽同步軌道 (美國 SateLife公司)
以微衛星分封轉存酬載系統,架設緊急醫療通信網路。
POSAT-A 1993 [Ariane]
800 公里太陽同步軌道 (葡萄牙)
分封轉存通信實驗、影像拍攝系統、數位訊號處理實驗、輻射強度量測。
CERISE 1994 [Ariane]
800 公里太陽同步軌道 (法國政府)
新型科學性酬載實驗、新式數位通信模式之驗證。
*1 [xxx]:代表發射載具為 xxx 單位或公司
*2 [yyy]:代表擁有本衛星之國家為 yyy
表三:英國 SURRY 衛星科技有限公司發展微衛星的歷程。

南韓的微衛星國際技術轉移歷程:

    1989 年,南韓韓國高等理工學院 KAIST (Korean Advanced Institute of SciencE and Technology),成立衛星科 技研究中心 (Satellite Technology Research Center),該中心成立的主旨是,落實太空科學教育和太空科技研 究員的訓練。

    KAIST 與英國 SSTL 進行國際合作,藉由韓國的第一顆微衛星 KAISAT-A 的設計發展,讓 SSTL 的工程師,對微衛 星的設計、組裝、測試及控制站建立等階段,教育訓練該校相關研究人員和工程師。

    南韓共花費一千兩百萬美金,與 SSTL 進行兩階段的 KITSAT 計畫,其中包括 KITSAL-A 全部的發展經費與技術轉 移。技術轉移部份,主要是讓南韓在使用 UoSAT 系列的微衛星本體,而有能力自行設計、建造酬載系統,及從事 相關的軟硬體技術開發。此兩階段的計畫,於 1992 年 8 月 11 日,KITAST-A 發射成功,1993 年 9 月 25 日, KITSAT-B 再度成功的佈置於 800 公里的圓形軌道上。

    KITSAT 系列微衛星的主要任務是:分封轉存數位通信、大氣層和太空影像高等解析度 (一個像素解析度約為 200 至 300 公尺) 觀測系統、數位訊號處理實驗、以及宇宙射線探測等。

日本的微衛星發展歷程與未來展望:

    日本於 1970 至 1980 年代的微衛星發展計畫,僅限於業餘人士與歐美地區的 AMSAT 會員,共同從事非營利性的 微衛星設計與建造等工作。有鑑於國際對於微衛星科技的重視,日本政府在 1990 年 1 月,成立了小型衛星酬載 研究小組 SPWS (Small Payload Workshop),致力於日本小型衛星整體性的規劃和發展。

    日本的業餘衛星組織 JAMSAT (Japan AMSAT),於 1986 年 8 月 12 日,首度透過自行研發的 H-I 火箭,將第一 顆衛星 Fuji-OSCAR-12 (FO-12),或稱 JAS-1,佈置於軌道上。

    1992 年 2 月 7 日,再度成功佈置第二顆衛星,定名為 Fuji-OSCAR-20 (FO-20),或稱為 JAS-1b。FO-20 是目 前微衛星中,運行軌道較高的衛星,因此,每次可通信的時間,較美國發展的微衛星來的長。

    FO-12 和 FO-20 的酬載實驗有:語音播放、數位封包轉存通信及遙測數據傳送等方面。

    日本 SPWS 將微衛星科技的研究推廣分為任務、本體技術和發射系統三大部分:

微衛星任務:主要研究方針定位於衛星群通訊網路的建立,衛星間交互光纖通信 (cross optical link) 的研究, 遙測資料結合全球定位系統 GPS (Golbal Positioning System) 資料,提供地面更實用化的應用,以微衛星建立 緊急醫療通訊系統,及新進技術的驗證和實驗。

衛星本體技術標準化:為降低研製時間和成本,SPWS 倡導微衛星本體系統和相關設備的標準化設計。為了具體實 施此一標準化研發工作,SPWA 將未來日本微衛星的重量,區分為 25、50 和 100 公斤三個等級。

    同時。此三個等級中的各系統重量百分比,平均為:30% 重的任務酬載,23% 重的結構和溫度控制等機構,28% 重 的功率次系統,和 5% 重的通信、遙測與控制指令次系統。

    另外,為推展國際服務的發展性,將此二等級的微衛星本體成本,定為二至四百萬美金,四至八百萬美金,和七百 至一千四百萬美金三級。

衛星發射系統的發展:日本是所有微衛星科技發展國家中,同時致力於發射載具系統研發的國家,以下概述其火箭 系統的現況:

  1. H-II 火箭是 H-I 火箭的改良型,為兩節的固態火箭,第一節用以酬載二公噸級的通信衛星,第二節則用於酬載單一火箭或多重微衛星。
  2. J-I 火箭預計於 1995 年進入實用階段,主要任務用於佈置一公噸級小衛星。
  3. Mu 系列發射載具用於酬載 770 公斤級的小衛星,佈置於 250 公里圓形軌道上。
  4. 空射型載具藉著波音 747 客機,將 M-V 型發射器攜帶至 10 公里高的空中,以每秒 200 公尺的初速,點燃 M-V 型火箭,可將 1270 公斤重的大衛星,佈置於 250 公里圓形軌道中。

蘇俄的微衛星計畫發展歷程:

    1970 年代中期,蘇俄工程師和業餘衛星組織,開始非營利性的微衛星發展計畫。

    1978 年 10 月 26 日。蘇俄的火腿族。成功的佈置兩顆定名為 RS-1 與 RS-2 的業餘衛星;直到 1980 年代初期 ,共發展了八顆 RS 系列的微衛星。

    這些衛星的酬載系統任務,主要是摩爾斯碼 (Morse Code) 書信傳送、類比式應答器 (Transponder)。

    1980 年代中期,又繼續發展功能更強,任務愈多樣化的微衛星。1987 年 6 月 23 日,發射了 RS-10/11。 RS-l0/11 是由兩個獨立的無線電應答器 (Transponder),提供摩爾斯碼語音與遙測數據播放等功能。

    1991 年 1 月 29 日,蘇俄佈置了 AO-21,主要用於數位分封通信實驗操作,它以相位調變的訊號傳送率,提供了 每秒 400 位元至 9600 位元的速率,以及低速掃描電視實驗 SSTV (Slow Scan Television) 等酬載實驗。

歐洲地區的微衛星計畫發展現況:

   東柏林科技大學:發展一顆重為 32 公斤定名為 TubSat 的微衛星,於 1991 年 7 月 16 日,由亞利安火箭佈置 於軌道上,主要任務是藉由輕便型接收器,進行數位訊號傳送重置的研究。

   西德大學:發展 Bremsat,用於進行短期科學性太空實驗和大氣層觀測。

   法國:由法國太空機構主導的 S-80/T 微衛星,由蘇瑞大學與馬特拉太空電子科技公司負責建造,用於實驗超高頻 帶 VHF 通信和訊號轉存服務的研究,於 1992 年 8 月發射成功。

   以色列:以色列發展 172 公斤旋轉穩定型 Offeq-2 微衛星,於 1990 年 4 月 3 日發射成功。本衛星計畫用意, 是證明以色列有能力發展微衛星科技,並探討未來發展的方向。

   巴基斯坦:巴基斯坦於 1990 年 7 月間,透過中國大陸的長征 2 號火箭,發射 BADR-A 型微衛星,預計 1994 年 再發射 BADR-B,以 BADR-A 和 B 作為遙測、分封轉存通信等功用的微衛星。

   巴西:巴西航太推廣機構於 1987 年,著手設計並建造屬於本國型的微衛星,Dove-OSCAR-17 (D0-17)。

   1990 年 1 月 22 日,首度與 AMSAT-NA 三顆微衛星,由亞利安火箭佈置於 800 公里的圓形軌道上,主要任務是 數位語音處理、頻移調變式進行遙測數據傳送。

   葡萄牙:葡萄牙交通部於 1991 年,與蘇瑞衛星科技有限公司 (SSTL) 合作,使用 UoSAT 系列的微衛星本體,酬 載實驗當中以接收全球定位系統資料,加以強化遙測數據最引人注目,POSAT 於 1993 年 9 月發射。

   義大利:義大利業餘衛星組織與美國的衛星組織共同設計,建造新一代的微衛星,定名為 ITAMSAT-A (IO-26),主 要用意在於整合本國各界,對於微衛星科技發展的意願與未來方向,於 1993 年 9 月發射。


目 前 微 衛 星 主 要 發 展 方 向

    目前從事微衛星科技研究的國家甚多,有能力同時具備很好之發射載具的國家則不多,最負盛名的是法國亞利安火 箭;美國 Delta 火箭、日本的 H-I 系列火箭、與中國大陸的長征系列火箭。

    因此,就微衛星本體技術而言,有朝標準化發展的趨勢,對於酬載系統和科學性實驗,亦有共同的設計與建造手法。

    以下茲介紹微衛星的主要發展方向:

標準化的本體造型:

    由 AMSAT-NA 所發展的一系列微衛星,以 XXX-OSCAR-YY 來命名 (其中 XXX 代表研製單位或國家,YY 代表序號) 。其標準本體是採用 10 公斤級五個獨立功能模組 (module) 的系統。這五個模組是功率模組、母板控制電腦、接 收模組、發射模組、酬載模組。

Fig 01
圖一:美國的韋伯大學師生,與業餘衛星人士,共同設計出 WEBERSAT-18。 1990 年 1 月 22 日,由亞利安火箭發射升空。
    由英國蘇瑞大學所發展的 UoSAT 系列微衛星的標準本體,是採用 50 公斤級十二個獨立功能模組的系統,此十二 個模組包括:結構、表面黏貼型太陽能板、電池模組、功率耗損控制及電池充電器模組、發射和調變模組、接收和 調變模組、控制指令和遙測模組、RCAl802 版的母體主控電腦模組、INTEL 80C186 版本的母體主控電腦、系統管 理和控制軟體模組、姿態感應和控制模組友感應器模組。

    日本小型衛星酬載研究小組 SPWS) 所發展的 25 公斤、50 公斤和 100 公斤等三級微衛星的本體,由六個部份組 成:本體系統、功率系統、結構和溫度控制系統、姿態穩定系統、控制指令和通訊系統、任務酬載設備。

    最值得一提的是,此三型微衛星,對於 50 和 100 公斤等級的姿態控制系統,都各自發展,採用圓柱型旋轉穩定 、多邊型旋轉穩定、微重力平衡棒或三軸主動平衡穩定等控制方法。

    圖一即為美國韋伯大學與業餘衛星玩家所設計的微衛星 Weber-OSCAR-18 WeberSAT-18)。

科學性遙測技術的發展:

    諸如 WEBER-OSCAR-18、UoSAT-5 和 KITSAT-A 等微衛星所拍攝的太空影像,其位置解析度介於 300 公尺至 2 公 里之間,相較於資源觀測衛星 SPOT-2 和 3,與 LandSAT 的解析度 10-20 公尺而言,品質是差了很多。

    然而,英國蘇瑞衛星科技有限公司 (SSTL),與南韓新研製的 KITSAT-B 微衛星,其酬載 CCD 拍攝的影像解析度, 已達 200 公尺;同時,SSTL 更致力於未來能開發,小於 100 公尺解析度的科學性遙測觀測衛星。

    德國柏林大學、卡羅大學和澳洲,共同研製 SAFIR 微衛星遙測系統,主要的目的是,建立數顆軌道為 600-800 公 里的微衛星群,在地面建立許多自動化資料收集站,由太空中的微衛星群,呼叫待命中的地面站,進而以既定的通 訊協定,將遙測數據傳回。

    此一遙測計畫所運用的技術,多為目前已開發成功,而且成熟的方法;例如:資料傳輸速率為每秒 1200 到 2400 位元,採用相移調變;兩地面站的自動化資料收集系統,則採用個人電腦來處理。

學校與工業界人土共同設計、建造微衛星:

Fig 02
圖二:美國阿拉巴馬大學結合學術界、工業界,共同研製出 SEDSAT 1,預計於 1994 年 11 月發射升空。
    一般而言,學校的微衛星科技教育訓練,首重於任務設計、軟體控制程式發展等方面;而業餘人士,則對發射機、 天線等微衛星硬體電路,較為專精。透過學有專精的工程師領導,便能把這小組的微衛星計畫,執行得十分完善。

    美國的韋伯大學於 1980 年代中期,致力推廣大學生對衛星科技的訓練,1988 年由師生共同設計的 WEBSAT-18, 就是同時與美國的業餘衛星人士,採自願共同的合作方式,建造完成。本微衛星於 1990 年 1 月 22 日,由亞利 安火箭發射升空。

    美國阿拉巴馬大學在 1989 年提出,結合學術界、工業界,共同研製,定名為 SEDSAT 1 的微衛星構想。本計畫出 阿拉巴馬大學、韋伯大學、及成功大學等學術界參與;工業界參與者,已包括波音公司和高賓公司等單位,共同研 製。預計 1994 年 11 月發射升空。圖二為 SEDSAT 1 的外觀模型。

分封轉存通信實驗:

Fig 03
圖三:英國蘇瑞大學 SSTL 與葡萄牙共同研製的高傳輸率酬載實驗任務微衛星 PoSAT。
    早期微衛星的功能,大多停留在重置地面站訊號,發送摩爾斯碼等階段。現今的微衛星,五臟雖小,但功能絕不遜色。

    以微衛星借重其低成本、低軌道和高可靠度等特性,而研擬商業性服務的發展,正如雨後春筍般的林立著;例如摩 托羅拉公司的銥計畫,AT&T 公司的輕便型接收器 Hobbit 開發案。這方面最大的技術層面應是高速、低錯誤通訊 方式、靈活的分封轉存通信的技術提昇和應用。

    AMSAT-NA 所發展的微衛星數據傳輸率,大多為每秒 1200 位元,採相移調變。SSTL 所發展的 UoSAT 系列微衛星 ,其數據傳輸率,已由成熟的每秒 9600 位元,邁向 19200 或 38400 位元。

    不論 AMSAT-NA 或 SSTL,都共同致力於研究交互傳輸 (cross-link) 的可能性,以期下一世紀,建立微衛星數位 網路,讓世界各地的使用者,均能透過掌上型設備,在任何地方進行國際通訊,處理個人信件和傳真等事項。

    圖三為 SSTL 與葡萄牙,共同研製進行高傳輸率酬載實驗任務的微衛星 PoSAT。


結     語

    由 1970 年代迄今,微衛星科技,在先進國家,已開發的淋漓盡致,各種可能的應用領域,不論在科學酬載實驗、 新技術驗證、或未來掌上型移動式的微衛星通訊,微衛星科技發展,將提供絕佳的學習途徑,且都可能迅速達到實 用目的。

    對於新進加入衛星科技舞台的開發中國家而言,藉由微衛星的教育訓練,由「具體而微」的技術,以至全系統的整 合、測試與驗證,無疑的,微衛星科技將提供一項絕佳的入門利器。

    總而言之,雖然微衛星具有體積小、重量輕、任務單純與較經濟的特質,且經由過去,先進國家對於微衛星的發展 經驗,我國欲進入衛星科技的新領域,先由微衛星科技著手,會是一項最佳的選擇。 END



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