2018 年 10 月出版
科儀新知 第 216 期
福爾摩沙衛星五號專題 (一)
福爾摩沙衛星五號 [ 下載 PDF ]
曾世平
福爾摩沙衛星五號 (簡稱福衛五號)，是台灣第一顆自主發展之光學遙測衛星。其任務目標包含建立衛星本體自主發展能力及傳承設計，掌握核心元件設計與製造能量；建立光學遙測酬載儀器自主發展能力及傳承設計，發展關鍵元件與技術；落實衛星遙測技術與應用，延續服務福衛二號國內外遙測影像使用者族群；推廣太空科學任務，支援學術研究等。
指令與資料處理次系統 [ 下載 PDF ]
林志隆
本篇文章說明福衛五號 C&DH (Command & Data Handling) 指令與資料處理次系統之功能架構、發展歷程與軌道運作現況。C&DH 負責接收、處理來自地面操控中心之上傳指令，以管控衛星構型、調整衛星姿態、執行拍攝影像任務和科學酬載實驗; 同時亦執行飛行軟體之電力、熱控、姿態控制功能，收集衛星狀態資料下傳地面站，以研判衛星健康狀況。本次系統主要元件為 OBC (On Board Computer) 衛星電腦，為國內首次自製，由太空中心進行電氣與電路設計，中科院則執行機械、熱控設計以及製作組裝。
通訊次系統簡介 [ 下載 PDF ]
譚怡陽
福爾摩沙衛星五號有兩個通訊次系統，兩個次系統的使命和運作方式不盡相同：一個屬於衛星本體的TTC (Telemetry and Telecommand) 次系統，負責衛星和地面的雙向通聯，接收從地面天線發送的控制指令，也將衛星的本身各項數據資料和「先進電離層探測儀」科學酬載資料下傳至地面。另一個是 XDS (X-band Downlink System) 次系統，負責將「光學遙測酬載」的資料下傳到地面由 X-band 天線系統接收。以下將簡介這兩個通訊次系統。
電力次系統 [ 下載 PDF ]
葉嘉靖
福衛五號衛星為台灣首次由完全由國人自行設計、分析、組裝、驗證測試的衛星，其主要任務為 2 公尺全色光 (黑白) / 4 公尺多頻譜 (彩色) 光學遙測酬載，其次搭載先進電離層探測儀，並有多項自主發展關鍵元件，其中一項為電力次系統的電力控制與分配單元。衛星電力次系統供應衛星本體與酬載儀器任務操作所需電力，管理衛星電力安全性，並調節太陽電力與衛星電池電力，任務壽命五年，保持衛星可正常執行任務。本文由硬體元件開始介紹電力次系統，接著描述控制軟體演算法與電能平衡分析，說明福衛五號電力次系統設計符合衛星系統需求。
推進次系統發展回顧 [ 下載 PDF ]
郭添全
本文針對福衛五號衛星推進次系統自主發展的歷程，從衛星的任務需求、次系統的設計、分析、組裝與測試，以至於在軌道上進行操作的一些回顧。福衛五號所採用的推進類型是冷氣流系統，具有系統簡單、可靠度高和安全的特質，從整個自主發展歷程所得的經驗到目前成功地在軌道上運作，對於我國未來發展更高效能的衛星推進系統，有其特別的意義。
飛行軟體 [ 下載 PDF ]
孟效智
福衛五號衛星為第一枚由台灣本土團隊自行研發之遙測衛星，運行軌道為 720 公里高之太陽同步圓形軌道。其主酬載為自行研發之遙測影像儀，可提供 2 米解析度之全色影像和 4 米解析度之多光譜彩色影像。福衛五號飛行軟體以韌體形式儲存運行於衛星電腦，共同組成衛星之神經中樞並扮演如同人類大腦的角色。 福衛五號衛星整體之關鍵系統功能運作，均仰賴飛行軟體之規劃／協調／執行／監控，其層面涵蓋衛星本體之熱控制次系統、電力次系統、姿態與軌道控制次系統、反應控制次系統、指令與資料管理電腦次系統、無線通訊等次系統功能。本文將介紹福衛五號衛星飛行軟體設計與測試驗證技術，以及發展過程所面對的困難與挑戰。
遙測酬載光學設計分析 [ 下載 PDF ]
張勝聰
本文敘述福衛五號衛星遙測酬載 (RSI) 光學設計及性能評估分析，包括設計需求、設計結果、容差分析、光學調變傳遞函數 (MTF) 及訊雜比 (SNR)。傳承福衛二號經驗，採用 Cassegrain 反射式望遠鏡設計，望遠鏡包含主鏡 (M1)、次鏡 (M2) 與四透鏡組成之修正鏡組 (corrector)。主鏡與次鏡材質為零膨脹係數玻璃Zerodur， 修正鏡組透鏡與波段濾波片 (filter) 使用熔融石英 (fused silica) 以符合抗輻射需求。望遠鏡焦長3,600 mm，通光口徑為 450 mm。MTF 設計值趨近於繞射極限，SNR 符合 CMOS 感測器與 RSI 規格需求。
遙測酬載之實驗體研發 [ 下載 PDF ]
林育全, 黃柏瑄, 林煒晟, 張勝聰, 徐名瑩, 連俊傑, 陳峰志, 吳昆寰, 詹佳諺, 蔡和霖, 黃鼎名, 黃柏涵
儀科中心為自主研發高解析遙測取像儀器，在國研院整合下與太空中心合作，積極參與福衛五號衛星遙測酬載研發，已獲得相當重要技術能量。衛星遙測酬載整體光機結構，包括主反射鏡片、次反射鏡片、主結構體、修正鏡組及取像電路模組等，遙測酬載發展過程包含飛行模組 PFM (Proto-Flight Model) 及實驗模組 ExM (Experimental Model)，其中實驗模組設計研發主要目的為驗證遙測酬載光機結構組裝與調校能力。藉由實驗體之設計研製，不僅可驗證大口徑非球面鏡片設計分析、拋光檢測技術與太空等級鍍膜技術能量，同時更可驗證福衛五號遙測酬載之設計組裝程序。本文說明實驗體研發過程及建立技術。
數位式 3D 震動感測模組設計探討 [ 下載 PDF ]
廖泰杉
震動感測技術是智慧機械和環境震動監測等方面的一個基本應用。本文根據近期之數位式 3D 震動感測模組發展，本文解釋數位式 3D 震動感測模組的基本設計，採用電子諧振器，三個機械彈簧開關，嵌入式微處理器單元 (MCU) 和頻率至事件演算法的數位三維震動感測模組，並經實驗結果證明，電路取樣速率每秒可以有採樣 125 個樣本速率，合於設計，並經震動實驗室震動平台驗證此型數位式 3D 震動模組，對於> 80 Gal 有明顯反應。 這些表明數位式 3D 震動感測模組具有成本低，高震動效果好的優點，未來適用於環境劇烈震動監測的應用。
寬頻顯微光譜儀開發及校正 [ 下載 PDF ]
翁俊仁, 劉達人, 林郁欣
隨著微奈米光學科技之發展，各種微奈米元件或薄膜被開發出來，研究人員常面臨容易設計並製作，而卻無法微觀檢測的窘境當中。微奈米光學元件的光學特性常與材質選擇、結構形狀及尺寸大小有相關性，以一般顯微鏡僅有影像定性分析並無光譜定量資訊，亦無法進行偏振相關特性之定量量測功能。顯微光譜儀可用於微奈米元件之量測應用，然目前大多由美國、德國、日本以及韓國所掌握，不僅設備單價昂貴，且不具備偏振功能，其量測寬頻也常受限於可見光波段。因此，目前缺乏一個通用具偏振解析以及寬頻顯微光譜量測儀器平台，本研究開發寬頻顯微光譜儀開發及校正。本套系統將具備 400 nm－700 nm 之量測頻寬，且具備偏振解析功能。
