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福卫三号观测电离层大气层有助台湾科学发光

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【大纪元12月24日报导】(中央社记者韦枢台北二十四日电)福卫三号卫星载着国人满满的祝福抵达美国加州范登堡发射场,开始进行一连串整测。

福卫三号计划总主持人陈正一看着福卫三号“长大”,对它寄予厚望;尤其卫星上的三个科学酬载将逐一解开电离层和大气层的谜,全球气象团队也期望获得资料,这个卫星将是另一个让台湾发光的机会。

福卫三号是一个大型的台美双边国际合作计划,由双方政府授权执行,代表单位分别为台湾国家太空中心与美国大学大气研究联盟 (UCAR)共同合作执行,主要是以建立全球大气即时观测网的先进技术发展计划,又称为“气象、电离层及气候的卫星星系观测系统”,简称为FORMOSAT-3/COSMIC计划。

福卫三号是由六颗微卫星组成一个星系,每颗微卫星含燃料重62公斤,形状类似大圆饼,直径约103公分,高约16公分,它有两片圆形太阳能电池板,分别展开121度和59度,任务轨道属于圆形轨道,六颗微卫星各相距约24度,彼此高度均不同,各距地表约700到800公里高空,以倾角72度绕行地球一周约100分钟,寿命达2年以上 (设计寿命5年以上)。

陈正一表示,福卫三号所使用的发射载具是美国空军提供的Minotaur火箭,六颗微卫星在发射前组合在一起成为一个卫星堆,火箭将六颗微卫星一起送入低地球轨道 (LEO)的停驻轨道 (Parking Orbit)后,卫星依序弹离发射载具,再利用本身的推进系统配合进动作用(Nodal Precession)进行轨道转换,预计13个月后到达任务轨道。

他指出,六颗微卫星分别围绕地球运转,组成涵盖全球的低轨道微卫星星系,接收距地表2万2千公里高空美国24颗全球定位卫星 (GPS)所发出的讯号。

六颗微卫星观测范围涵盖全球大气层及电离层,每天提供均匀遍布全球2500个点的资料值。卫星约每3小时完成全球气象资料搜集及计算分析,约每90分钟更新一次。

值得一提的是,微卫星上各载有三个科学酬载,第一是“全球定位系统气象量测仪” (GPS OccultationExperiment,简称GOX):每一颗卫星上安装四个GPS天线,接收现有24颗GPS卫星的L1及L2频段的电波讯号,GOX主要利用电波讯号穿过电离层和大气层时受电子密度、温度、压力、及水汽含量等影响而转折的时间延迟,推算电离层和大气层相关的资料。

陈正一说,GOX可量测70到800公里的电离层,以及最高到60公里的大气层的参数,高度的横切面非常大,因此可以获得完整的大气参数;此外因为大气密度随高度改变,再加上大气中含有介质,会影响GPS卫星所送出的讯号轨迹 (呈弯曲状)和速度,也因此可以量测讯号弯曲的程度和介质的关系。   

其次是“小型电离层光度计” (Tiny IonospherePhotometer,简称TIP):使用光谱频段为135.6nm,藉以推算沿卫星对着地球方向的电子密度总量。它是一种辅助GOX 的工具,主要是将电子密度在电离层和大气层所受的影响区别出来。

第三是“三频段信标仪” (Tri-Band Beacon,简称TBB),它使用 150、400、1067MHz三个频段的偕同无线电发射机 (coherent radio transmitters)发射电波信号,经由分布全球各地的接收站接收后,推算在超电离层高度 (90~700 公里)的高解析度的电子密度场和总电子含量。

陈正一解释,太空天气 (SPACE WEATHER)会影响通讯,且GPS导航系统会受到电离层变化的影响,而会产生变化的原因主要来自太阳磁暴,所以信标仪的三个频段等于是不同切面的三维空间,用来观察电离层和太阳磁暴的变化,对于了解太空天气有很大的帮助。

陈正一说,信标仪是美国海军研究所研发,美国海军在全球已建立很多接收站,台湾的国立中央大学也决定在台湾本岛建立三个接收站,另外在南沙群岛、菲律宾、琉球等地续建其他七个接收站,以获得更多电离层的研究资料。

至于卫星上所接收到的电子总量等资料将传送到瑞典北部的KIRUNA和阿拉斯加FAIRBANKS两个海外追踪站,再传到位于美国科罗拉多州的UCAR资料处理中心,处理后的资料再送到台北的中央气象局做进一步运用。

陈正一说,台湾的大学教授们正在研究如何运算那些初步的资料,未来可以让气象局自行运算那些初步资料,获得更符合研究的数据。

陈正一很有信心说,福卫三号顺利升空后,太空中心将逐一检查卫星本体和科学酬载的“健康状况”,大约二周后就会有第一笔资料传送下来,此后待卫星调整到任务轨道后,不同的资料就会逐渐显现价值。

他强调,待计划上轨道后,不仅提高气象预报更新的频率,使气象报告具有实际的效益外,还可研究长时间的气候变迁、对电离层进行动态监测、进行全球太空天气的预报和提供地球重力研究等相关科学研究,并与国外交流气象观测资料,提升台湾在这方面的国际地位和重要性,福卫三号可再为台湾在国际上发光发热。

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