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中低纬度气象预报大帮手:福卫七号懒人包

2020-06-15  点赞885   浏览量:828
中低纬度气象预报大帮手:福卫七号懒人包

台湾做为卫星观测资料输出国之一,近日再成功将新气象卫星「福卫七号」送上太空,福卫七号採用了哪些特殊技术、未来可能立下哪些功劳?更多细闻整理详见下文。

福卫七号卫星已于台湾时间 6 月 25 日下午 14 时 30 分,从美国甘迺迪太空中心搭着猎鹰重型火箭(Falcon-Heavy)升空;发射后 91~106 分钟,福卫七号 6 枚卫星依序与火箭分离完毕,进入预定的 720 公里高度绕地「待机」;同日晚间 8 时 48 分,确认 6 枚微卫星发射的讯号皆接收成功。

福卫七号是「1 颗卫星」,还是「6 颗卫星」?

答:6 颗卫星。虽然口语上常简称「福卫七号卫星」,但实际上,福卫七号是由 6 颗外型与配备一模一样的微卫星组成,它们依序脱离猎鹰重型火箭后,会先在离地 720 公里的暂驻轨道绕地运行,等地面中心检查完所有卫星的健康状态,原本挤在同轨道面的 6 胞胎卫星会开始一个一个分开,下降至离地 520~550 公里範围的不同轨道,部署成先进气象卫星星系,每日提供南纬、北纬各 24 度之间约 4,000 笔资料,大幅增加包括台湾在内的低纬度地区气象资料。

福卫七号 V.S 福卫三号卫星特性

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(製表:科技新报)

什幺是卫星星系?

答:在天文学上,卫星星系是指因引力影响而环绕另一个大星系的星系,比如我们银河系最大的卫星星系为大麦哲伦星系;但在航太科技方面,卫星星系是指人造卫星从原本的独行侠变成大规模联盟,数颗人造卫星各自分开于任务轨道上运行,但彼此又相互关联,有如挛生兄弟一样出任务,我们的福卫三号、福卫七号都属于气象卫星星系;未来,由于卫星製造成本降低,台湾的遥测卫星也将会朝星系部署方向发展。

小补充:福卫五号就是单一颗遥测卫星。

卫星如何从 720 公里轨道调整至 550 公里轨道?

答:卫星的运行速度会影响到轨道高度升降。当卫星燃料往运行方向的相反方向喷射,就会使卫星减速并造成卫星轨道下降,当福卫七号第一枚卫星开始减速并调降到 550 公里后,它所运行的轨道面会因地球扁圆型重力场影响,与停留在 720 公里的卫星运行轨道面,每天产生约 0.55 度的轨道面飘移现象。

108 天后,第一枚 550 公里高的卫星轨道面与 720 公里高的卫星轨道面,就会分开约 60 度;接着,第二枚卫星开始从 720 公里高调降到 550 公里轨道,108 天后,第二枚 550 公里高的卫星轨道面,也与 720 公里高的卫星轨道面分开约 60 度,而此时第一枚 550 公里高的卫星轨道面,与 720 公里高的卫星轨道面分开了约 120 度。

6 枚卫星依序类推,等全部就定位共需耗时约 19 个月,第一枚 550 公里的卫星轨道面与第二、三、四、五、六枚 550 公里的卫星轨道面,分别分开 60、120、180、240、300 度,完成星系部署。

卫星的轨道倾角会影响什幺?

答:倾角是指卫星轨道面与赤道面的夹角,福卫七号倾角 24 度,也就是说它的资料收集範围落在赤道以南、以北各 24 度内,而福卫三号则可以收集赤道以南、以北各 72 度内的资料。虽然这样看起来,福卫三号的资料分布较广也较均匀,但福卫七号胜在热带地区的资料密度更高,可以大幅提升此区间的气象预报準确度。

台湾独步全球的掩星技术是什幺?

答:全世界只有台湾的福卫三号与福卫七号是利用「掩星技术」来进行气象观测,「掩星」原本是天文现象,卫星科技借用其观念发展掩星科技,利用电磁波讯号经过大气层时,会因为穿透不同温度、压力或湿度的空气层,而产生转向、变慢、减弱的现象,反过来推出地球上空的温度、气压、湿度或电子密度等数据。

福卫七号有哪些先进仪器?

答:福卫七号的 6 枚卫星身上都有一个任务酬载和两个科学酬载,任务酬载为「全球卫星导航系统无线电讯号接收仪(TGRS)」,可以接收来自中地球轨道的导航卫星所发射之无线电波(福卫七号的轨道属于低地轨道),导航卫星包括美国的全球定位系统 (GPS)、俄罗斯的格洛纳斯系统(GLONASS),透过分析电波经过电离层与大气层时的折射讯号,TGRS 能进一步得知大气层的温度、压力、水气以及电离层电子浓度。

科学酬载则是离子速度仪(IVM)及无线电射频信标仪(RF Beacon),前者如其名用来计算电离层离子的速度,其量测资料可以提升 TGRS 準确度;无线电射频信标仪则可量测电离层闪烁,分析台湾上空的电离层结构,得出电离层异常区分布情形。

为何福卫五号从美国西岸发射、福卫七号却在东岸发射?

福卫五号卫星的发射地点位于美国西岸范登堡空军基地(加州),而福卫七号则是在美国东岸的甘迺迪太空中心(佛罗里达州),两者发射地点不同有什幺考量在内吗?有。

答:福卫五号是位于太阳同步轨道的遥测卫星,轨道倾角 98.28 度,而从美国西岸的范登堡空军基地向南偏西发射,可以让福卫五号达到 98.28 度轨道倾角,并且第一节火箭如果回收失败也会直接落入海中(太平洋),不会有危及居民人身安全的问题。

至于福卫七号的轨道倾角是 24 度,如果从美国东岸的甘迺迪太空中心向东偏南发射,就可以达到 24 度轨道倾角,并且第一节火箭如果没有成功回收,也会直接落入海中(大西洋),比如这次猎鹰重型火箭的主推进器就回收失败,撞向海面燃成火球。

中低纬度气象预报大帮手:福卫七号懒人包

福卫五号与福卫七号发射地点不同。

太空中心成立于民国 80 年,历经 20 多年发展,至今已发射过福卫一号、二号、三号、五号、七号,其中 2017 年发射升空的福卫五号,是第一颗完全由台湾自主研发的卫星,而今年发射的福卫七号则是历年来最大型的台美双边合作计画。

虽然福卫七号原订共有 12 颗任务卫星+1 颗自主卫星,后因美方经费问题只发射 6 颗任务卫星(自主卫星待发射),或多或少让观测精準度打了些折扣,但其功能依旧比福卫三号强大,并可以弥补福卫三号于中低纬度观测量不足的问题,对台湾的颱风路径、颱风结构分析能力将会更上一层楼。

中低纬度气象预报大帮手:福卫七号懒人包注:福卫七号的自主卫星 FORMOSAT-7R 目前已完成卫星关键设计,準备进行整合测试,并另外寻求共载发射机会。

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