SPACE SCHOOL

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小、還要更小!迎接方塊衛星時代!

美國航太總署(NASA)與南韓的延世大學及韓國航空宇宙研究所(KARI),畫將將於太空中合作興建一座「虛擬」望遠鏡。為了測試此一新概念,科學家將於2017上半年,由SpaceX公司的運載火箭將兩枚方塊衛星(CubeSat)帶入太空,將執行觀測太陽的任務。

藝術家筆下CANYVAL-X任務的兩個方塊衛星在軌道上對齊

  NASA哥達德太空飛行中心的航太工程師夏赫(Neerav Shah)表示:「雖然過去不乏一次送上兩個或以上衛星的案例,但這次是世界第一個嘗試將兩個衛星維持在一個固定距離的任務。」

  自1957年蘇聯發射「史波尼克1號」衛星以來,美蘇兩國間在冷戰時期不斷追求將更龐大、更驚人的物體送入太空中以彰顯軍事實力。然而隨著時代變遷,越來越少國家願意負擔高額的太空花費,隨著太空商業化,許多民間公司嗅到龐大商機,新一代的太空概念應運而生:如SpaceX公司所屬的可回收「飛龍號」火箭、空中發射的「太空飛機」等,方塊衛星也是此一潮流下的產物。



更小的體積



  方塊衛星,顧名思義便是如方塊般大小的衛星,小至鋁罐,大至邊長不超過30公分,幾乎是任何人都能輕易掌握的大小。如本次所介紹的CANYVAL-X的兩顆衛星,較小的一顆為1U(註:1U=1000立方公分,2U=2 × 1000立方公分=10公分 × 10公分 × 20公分,依此類推),另一顆也僅有它的兩倍大。



圖一、工程師拿著CANYVAL-X衛星



而不大的體積,同時也意味著它的重量極輕,通常介於幾百公克到10公斤以內。



圖二、18歲的印度學生Rifath Sharook和他自行設計、僅重64克的「卡拉姆衛星」(KalamSat)



開發時程短



  不同於大型衛星,相較之下方塊衛星所需的零件較少,功能雖較為單一,但太空任務中卻能夠量取勝,從製造到發射的時程也可以從數十年縮短至一年不到。衛星的開發遂逐漸從實驗室走向家裡的電腦桌,成為多教育機構的教材,提供給下一代的人們更為彈性的創造空間,未來也許人人都可以是衛星工程師呢!



成本更便宜



  由於電子零件尺寸越做越小,體積大幅縮小的方塊衛星可以藉由大型發射任務中依附在主衛星旁的剩餘空間、與大量方塊衛星一同裝載在同一火箭上、使用更輕便型的火箭等方式,藉由與其他開發者共用,達到降低發射成本的效果。

  以CANYVAL-X任務為例,本次任務花費大約100萬美元,雖然聽起來頗為嚇人,但是與克卜勒太空望遠鏡及哈伯太空望遠鏡任務,總開銷分別達到6億美元及100億美元,根本是小巫見大巫!甚至能將整個成本降低至10萬美元以下呢。



壽命短暫



  而成本低廉所造成的另一項特徵是:方塊衛星的運行壽命較動輒十幾年以上的大型衛星任務而言非常短,最少可以僅運行數分鐘,最長通常不超過一年,適合用做教學、理論驗證等。

  然而,也因此有人擔心,倘若浮濫地發射許多方塊衛星,是否會產生許多難以清理的太空垃圾?答案是否定的!由於方塊衛星的運行軌道低,且缺乏能維持軌道高度的推進系統,因此在任務完成後不久,便會因地球引力,及高層大氣的些許摩擦力,漸漸落回地球並在大氣層中燒毀殆盡。

  全球首批6枚立方衛星,分別來自加拿大、美國、丹麥及日本,在2003年中搭載於俄羅斯所屬的EUROCKOT火箭上正式發射。十多年來,全世界許多大學也搭上了方塊衛星的熱潮,就連臺灣也不例外。



圖三、臺灣自製蕃薯衛星圖四、蕃薯衛星簡介



  2001年臺灣成立首個立方衛星計畫—蕃薯衛星(YamSat),雖因故未能於原訂的2003年升空,太空中心卻將技術與經驗傳承給國內多所大學,包含成功、中央、淡江、逢甲、嘉義、中華、北科、虎科等,更有許多強大的團隊默默地在為各自的夢想努力。

  光碟盒、鬧鐘、水壺……雖然是常見而不起眼的小物品,或許有一天你能將其中之一裝入你喜歡的零件,改造成獨一無二的方塊衛星呢!迎接衛星客製化的時代,你,準備好勇敢追夢了嗎?



 



圖片來源及參考資料

封面圖、藝術家筆下CANYVAL-X任務的兩個方塊衛星在軌道上對齊

https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/helioalignment.png

圖一、工程師拿著CANYVAL-X衛星

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/nasa-engineer-awaits-launch-of-cubesat-mission-demonstrating-virtual-telescope-tech

圖二、18歲的印度學生Rifath Sharook和他自行設計、僅重64克的「卡拉姆衛星」(KalamSat)

https://techviral.net/18-year-old-indian-boy-develops-worlds-smallest-satellite-nasa/

圖三、臺灣自製蕃薯衛星

https://www.nspo.narl.org.tw/tw2015/projects/Other/yamsat.html

圖四、蕃薯衛星簡介

https://www.nspo.narl.org.tw/tw2015/projects/Other/yamsat.html



NASA Engineer Awaits Launch of CubeSat Mission Demonstrating Virtual-Telescope Tech

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/nasa-engineer-awaits-launch-of-cubesat-mission-demonstrating-virtual-telescope-tech

科技大觀園〈發射台灣的立方衛星〉

https://scitechvista.nat.gov.tw/c/E03E.htm

科學人〈上太空組裝望遠鏡〉

http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=newscan&id=3363

科學人〈太空科學新要角——立方衛星〉

http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=featurearticles&id=1757

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