一年只有9億經費、194名人力,最「窮」的福衛五號卻拍出美、日都想買的影像

一年只有9億經費、194名人力,最「窮」的福衛五號卻拍出美、日都想買的影像
Photo credit: 科技部
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台灣的國家太空中心只有194名人力,2017年政府也只補助新台幣9億8,000萬元左右(3,000萬美金出頭)預算,儘管已是國研院下轄單位中獲得數額最高者,但與日本接近16億美金,以及韓國5.83億美金相比,仍是杯水車薪。

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第一枚台灣自製的高解析度光學遙測衛星「福爾摩沙衛星五號」,2017年8月在美國升空,但傳出休眠、失焦等問題,歷經半年解決後,福衛五號在三個月內拍出台灣全島無雲影像,完成創舉,科技部長陳良基昨(23)日率領福衛五號研發團隊晉見總統,並送上台灣全島影像圖。

(中央社)歷經六年研發,總經費新台幣56.59億元,台灣首枚自主發展的高解析度光學遙測衛星「福爾摩沙衛星五號」,2017年8月25日在美國加州范登堡空軍基地順利升空。雖然一度傳出衛星休眠、影像失焦等消息,但最終都成功克服。

陳良基23日率領國家太空中心團隊,在下午晉見總統蔡英文,並贈送蔡總統一幅由福衛五號拍攝影像拼接而成的台灣全島無雲影像;太空中心團隊並在旁題上已故詩人羅葉寫給家鄉的情詩「我願是你的風景」。

陳良基表示,蔡總統還將此一台灣地圖,放在總統的狀況室;這代表在遙遠的外太空中,「有一顆台灣自主的衛星,在太空中守候台灣。」

陳良基向蔡英文總統報告時提到,福衛五號由國家實驗研究院國家太空中心,結合國內產學研50多個團隊,歷時六年,成功研製光學遙測酬載、先進電離層探測儀、衛星電腦、電力控制與分配單元、飛行軟體等關鍵元件及軟體,也能充分掌握影像處理系統及地面操控系統技術。

科技部轉述,總統除了感謝科技部、國家實驗研究院和太空中心團隊的努力,並表示福衛五號是一顆充滿台灣味的衛星,其成功發射與順利運作,代表我國太空科技能量邁入全新的里程碑,也奠定了我國自主發展太空科技的基礎。

總統並請科技部持續推動太空發展計畫,期待我國太空科技的能量繼續擴散到產業界,讓台灣的科技產業能跨入高端的國際太空市場供應鏈,創造另一個台灣經濟奇蹟。

三個月拍出台灣全島圖,完成不可能的任務

科技部稍後召開記者會指出,歷經近半年的元件調校、軌道操作及影像處理,福衛五號目前成功執行全球電離層觀測及遙測取像任務,衛星遙測影像品質也符合預定需求。

值得注意的是,以福衛二號來說,最快也要半年時間才能拍完整個台灣地圖,更何況福二是天天經過台灣上空,福五則是兩天經過一次,科技部國家實驗研究院國家太空中心克服天候及福衛五號移焦問題,在短短三個月就拍攝完成一整個台灣全島,完成不可能的任務。

國家太空中心副主任余憲政表示,成員們珍惜每次福五經過台灣的拍攝機會,算準角度、時間,盡量避開雲霧遮蔽狀況,從去年9月到12月短短三個月時間,就完成拍攝台灣本島的工作,這絕對是創舉。對福五不夠熟悉,衛星操控經驗不夠,根本辦不到。

余憲政認為,每一次福五經過台灣時的拍攝任務,只要失誤就會導致任務時間延長,太空中心在有限人力下完成不可能的任務,就算是國際上優秀團隊,要在相同條件下達成也很困難。未來最低目標是一年至少拍一張台灣整島。

福衛五號,剛升上太空就休眠

其實,福衛五號能拍出符合需求的照片,並沒有那麼容易,除了前面六年研發製造的辛苦,2017年8月升空後,就接連傳出休眠、失焦等問題。

國家太空中心前主任張桂祥就說,2017年8月25日,當國人仍沉浸在台灣發射福衛五號成功的喜悅時,福五就因為太陽能感測器和反應輪因參數設定問題,電力下降到一定程度,導致衛星啟動自我保護的休眠模式。

肩負福衛五號成敗的國家太空中心副主任余憲政,想起8月25日那天,只睡了兩小時,福五順利發射升空後,終於可以暫鬆一口氣,一家人等著要幫自己慶祝時,卻收到福衛五號進入休眠模式的消息,他哽咽地說,「一口飯都沒吃,眼淚就掉下來」。

余憲政馬上從家裡直奔位於新竹的太空中心,和操控團隊一起奮戰,不眠不休找問題,三天中甚至睡不到三小時。

和太陽同步軌道、距離地球720公里的福衛五號,每99分鐘繞行地球一周。睡在辦公室沙發上的余憲政,也跟福衛五號一樣,每99分鐘就得起來一次,和衛福五號團隊討論、測試,想起那時候的緊張狀態,到找到解決方法「喚醒」休眠中的福五,團隊苦中作樂說,「那時候衛星一直睡覺,我們都沒睡覺。」

太空中心團隊一邊找設計圖,一邊操控衛星,最後發現是反應輪序號錯置,由於是台灣自行研發的飛行軟體,可以自己上傳、修正,「如果是福衛二號,可能連改都不知道怎麼改」。

休眠問題解決,又碰上福衛五號「失焦」

但解決休眠問題後,福衛五號並沒有因此一帆風順。2017年9月7日,福衛五號傳回的首批影像出現光斑現象,衛星影像組組長劉小菁認為「這是嚴重問題」,惴惴不安回報後,9月9日確定福衛五號取像儀失焦。

余憲政解釋,福衛五號影像的光斑跟模糊問題,主要是取像儀失焦造成,本來是一個點,散開成一個光圈,透過回溯修正的方式,利用數值演算,將散開的光圈部分集中回原來的一個點。

當時,劉小菁和團隊雖然心情都沉到谷底,但想起福衛五號還有後續照片推廣、使用的問題,也只能打起精神來,積極尋找解決辦法。

從去年9月9日回報問題,到9月19日召開記者會,太空中心僅用10天就找出解決方法。更令人感動的是,記者會後,太空中心樓下已經聚集不少自動自發的學者,等著告訴國家太空中心福五計畫主持人張和本說,「這個問題有解」。

最後,太空中心把衛星艙內主要結構包起來,並使用氮氣維持沒有濕度狀況,雖然數值會有些微誤差,但能透過技術,經過計算補正克服。

太空中心在專家建議下,太空中心嘗試新的回溯修正方式,由於新的修正軟體「Global Optimization」沒有商用化,得靠太空中心人員從頭開始自己寫軟體。余政憲說,舊有回溯修正方式會壓縮福五照片清晰度,新的方式則能完全還原,讓照片更清晰、色彩更鮮豔。

調校後的福衛五號相片作為商業用途,預計將在3月試營運、9月可望正式營運,目前已經有不少國內外單位都來徵詢。

《科技新報》報導,福衛五號的光學遙測儀截至目前為止已成功取得全球取像超過 2,300 組黑白、彩色影像。張和本說,美國、澳洲、日本、俄羅斯等國皆有購買福衛五號影像的意願。

一年只有3000萬美元政府補助,太空中心用幾萬元矯正福五失焦

(中央社)福衛五號傳出失焦消息時,外界質疑是太空中心未採用造價10億的光學真空艙,造價近新台幣57億元的福五恐淪為太空垃圾。國家太空中心福五計畫主持人張和本承認光學真空艙的效能強大,但台灣假使要建置光學真空艙,不但須準備廣闊用地,金額評估至少也要10億元,「但福五真的需要嗎?」「能用幾萬元解決的事為什麼要花到10億?」張和本質疑,如果政府願意出錢出地,他當然「舉雙手贊成。」

張和本說,光學真空艙可以有效模擬太空沒有空氣、濕度的情境,但福五團隊「只需造價10億元光學真空艙的零頭成本就能完成」。福衛五號對地黑白影像解析度2公尺,張和本認為除非要製造解析度20公分衛星,才有光學真空艙需求性,否則「錢應花在刀口上。」

關鍵評論網專欄作家王悅年曾發表評論,台灣太空部門聚焦於國家太空中心,該中心位於於財團法人國家實驗研究院之下,主管機關為科技部,層級過低導致許多政策可能在來不及達到高層討論前就在國研院階段遭否決。

另外人員僅有194員亦大幅限縮研究能力,2017年政府僅補助新台幣9億8,000萬元左右(3,000萬美金出頭)預算,儘管已是國研院下轄單位中獲得數額最高者,但與日本接近16億美金,以及韓國5.83億美金相比,仍是杯水車薪。

太空中心影像處理組組長劉小菁說,當初和法國合作的福爾摩沙衛星二號(福衛二號),一開始取得的影像,也是因為拍照時反應輪振動,導致拍出來的照片影像扭曲。最後是靠太空中心的專家,將影像轉成頻率,找出造成影像扭曲的頻率是哪些,一一去除後,才把照片還原;太空中心更花費長達三個月的時間,把解決問題的方法系統化執行。

「過去福衛二號的影像也是會先加上處理的工序,最後像產品一樣提供給客戶。」余憲政強調,不管是福衛五號還是福衛二號,影像都會加入處理程序,並不是外界所想像的人為加工,或者是加入並非原圖的內容「P圖」,而是靠著影像本身的資訊,還原影像失真的部分。

衛福五號團隊:台灣太空技術全球前10,不要癡等別國的技術

張和本認為,福五不單只是顆衛星,而是「展現台灣製作衛星的能力」,其他國家看到後,也會更有意願與台灣合作,藉此帶動太空產業發展。

余憲政說,製造衛星零配件到底該先鎖螺絲還是先黏膠?沒有一個外國公司會告訴你該怎麼做,因為這些都是關鍵技術。台灣雖然有福衛二號、三號,但是沒有實際自己製造過衛星,就不知道這些細節。從反應輪序號、取像儀失焦、溫控如何操作等等,都是這次學習到寶貴的經驗。

余憲政說,如果太空技術發展得癡等他國釋善意,提供關鍵技術,「台灣不會有未來,」需要自立自強才行,也許福五不是世界最強的衛星,卻是台灣技術累積的成果。

福五展示台灣自製衛星能力,太空中心整合測試組長陳維鈞指出,當其他國家衛星還在向別國購買關鍵技術時,台灣研發的太空技術已經跑在前頭,已是「世界級」,排名全球前10名絕對沒問題,甚至排名還能向前推進。

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核稿編輯:楊之瑜

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