即將升空的太空魔方

上一期提到臺灣已經開始邁出自製火箭、發射火箭的步伐，那火箭上去要做什麼呢？

這就要根據目標來搭載不同的儀器，專業術語叫酬載。你可以放個攝影機，也可放個量測儀如溫度計，不過高空中的溫度很極端，被太陽直接照射時很熱，走到陰暗處溫度馬上降很低，因此即使是量測溫度的儀器也與地面常見的溫度計的不大一樣。還可以放望遠鏡看外太空，哈伯太空望遠鏡大家應該耳熟能詳吧！

臺灣的太空發展

那臺灣到底想做什麼？關於酬載我們有沒有自製能力？

其實臺灣早已經民國88年就發射福爾摩沙一號人造衛星（簡稱福衛一號）升空，後來又陸續發射了二號、三號，這些分別是科學研究、遙測、氣象，不過當時都規劃雖是國內科學家負責，但製造是請國外來做。

105年應該是臺灣太空科技新的里程碑，今年臺灣要發射的福衛五號，它的兩項酬載都是由國人自製、通過種種測試。這篇文章要介紹的是站在福衛五號遙測攝影鏡頭肩膀上的儀器—太空魔方。

太空魔方是一個10公分立方「先進電離層探測儀」，這是由中央大學太空所趙吉光教授所設計、製造，希望能量測福衛五號在720公里高的軌道上，其在地環境之電子與離子的溫度、離子的密度與速度。因為該酬載的主體是個的儀器，很像放大版的魔術方塊，因而得名。

類似的量測曾經在福衛一號做過，當時趙吉光是博士生，跟著老師學習模擬帶電粒子進入至探測器內的運動與量測結果，因此他對儀器的設計很了解，也明白種種理論與實務差距的原因，並構思改進方法。之後他還曾經負責爬梳衛星資料的原始檔案，這不容易之處在於理論與實際的差距，得要了解許多細節之後才能將造成問題之處做些校正。

然而趙吉光花了兩年時間把資料處理完畢，事後他找國外學者請問類似經驗，別人聽他只花兩年，表示非常驚訝，外國專家自道他們的衛星花了十年資料才能對外公布。

有了這樣的對照，讓趙吉光對自己更有信心。而當年的觀測還是全世界少數宏觀的電離層資料，確認了許多局部地區觀測所推導出的假說，並提供更豐富的內涵，對電離層的模型建立幫助非常大。甚至，中大的劉正彥教授還發現，地震發生前當地的電離層上空離子會大幅減少。

此外臺灣位處低緯度，此處的電離層會有些不規則的變化，這易對GPS使用者和其他衛星通訊相關的應用產生干擾，福衛一號的電離層資料有助於改善太空天氣預報與全球通訊品質。

從科學領域跨足高科技儀器設計製造

中央大學太空所原本走的路線比較偏理論，但後來則想要發展硬體，趙吉光也就在那時候從科學理論研究，跨足到儀器設計、製造，還有部份的測試。這是段漫長發展的歷程，然而他不貪快，一步步地訂下目標，認真學習，克服所遇到的困難，也剛好他請問的國外對象對他很支持，因此他得以從合作過程中不斷進步、獨立，可以根據研究目標、載具界面去設計、定規格、製造、測試，最後獲得有意義的數據去分析。

一開始他是從太空火箭的載具開始。研究太空的工具可分為四類，分別是從地面觀測、施放探空氣球、發射探空火箭與發射人造衛星，各有適用範圍，可相互參照互補。在地面50公里以內大氣密度較充足，屬於探空氣球的領域，300公里空氣稀薄人造衛星可繞行探測，至於50公里到300公里之間則由探空火箭來負責。

國內的探空火箭計畫是由中科院和太空中心合作。趙吉光便一起參與，設計並製造電離層探測儀。這並不能像人造衛星一樣不斷繞行，而是會飛越一、兩百公里後就掉回地面，歷時約5到10分鐘，因此觀察到的現象會屬於當地上空的資訊。雖然這時間很短，但是幾次下來看到電離層細膩的結構，這讓他們對自製儀器與自製能力越來越有信心，也期待能長時間觀測獲取更多的資料，於是便挑戰人造衛星酬載而順利被福衛五號選上。

嬌小卻多功能的太空魔方

福衛五號主要是遙測設備，另外有額外的電力與空間分配給太空魔方，不過很有限。空間就是他鏡頭下方肩膀的角落，電力就五瓦！幸好科技文明不斷進步，許多儀器都可做得輕薄精巧，因此他得以設計製造出一個多功能一體（all in one）的探測儀，以「分時」的方式去量測不同的資料。此時由於電子技術與資料傳輸頻寬的進步，因此取樣率提高為之前的八倍，如此可以分析出非常精細的空間資訊，而且外型僅10公分為邊長的立方體，重量則不到1公斤，而使用功率也符合標準。

從某個角度來說，這與福衛一號的電離層探測儀有點類似，但在許多方面更加精巧。例如為了去捕捉離子與電子需要一個篩網提供一個等電位面，福衛一號是用不鏽鋼鍍金線編織而成。在縱橫交錯當中每根金屬線細看都是上上下下彎彎曲曲，這會造成電位不平均。趙吉光在福衛五號則用3D列印出一個一體成型的網面，因此結構較強，等電位面更加理想。

目前一切就緒，福衛五號正準備送去美國，預計在六月份搭乘獵鷹九號發射升空。未來希望能對電離層環境更加了解，預測太空天氣，提供衛星通訊、定位、導航在電離層雜訊干擾下的修正基礎，甚至還希望能更強化地震前兆的分析，對防災研究提供具有科學基礎的資訊。

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