福爾摩沙衛星五號 │ 衛星操控

光學遙測酬載儀器自主發展能力,發展關鍵元件與技術

衛星操控系統建置:

為達成我國太空計畫的長期目標,國家太空中心進行規劃、發展、建立了福爾摩沙衛星地面操控系統。本系統是採開放式及模組式的軟硬體系統架構,為執行福爾摩沙系列衛星的指令上鏈、資料擷取、衛星追蹤、軌道及姿態控制等之全程任務操作。至目前為止,已經成功地追蹤及操控福衛一號、二號及三號衛星,未來將以本系統為基礎,針對福衛五號計畫的任務需求,已經完成部分軟體修改,設施精進及操作程序建立,以支援福衛五號計畫的衛星任務。地面操控系統負責整體衛星任務操作的執行,包括:端對端測試、任務操作模擬、發射支援、衛星本體操控、酬載操作、海外支援地面站指令資料傳輸、及科學資料處理等。其系統包含衛星操作控制中心、S頻遙傳追蹤指令地面站、X頻段遙測影像資料接收站及海外緊急支援站等,其系統架構如下圖所示。


福爾摩沙衛星地面系統架構圖

福衛五號的地面操控系統設置於國家太空中心的衛星操控中心內,可利用單一的衛星地面操控平台,同時操控多枚衛星,該系統已於2012年3月建置完成,通過各項驗證測試,確認符合福五衛星操作需求,正式遞交本中心地面操作團隊,以繼續執行福爾摩沙衛星二號及三號星系的任務操作。將配合福衛五號整合測試及操作模擬時程,執行端至端測試及任務模擬等相關工作。

衛星操控系統設施說明:

任務操作中心 任務控制中心
負責全天候的衛星任務操作,並進行地面站的監控。其任務包含指令上鏈、遙傳資料處理、衛星及酬載狀態監視、衛星危機處理、地面站監控、操作資料庫管理、衛星資料分析及存檔等。 負責衛星及酬載活動規劃,其任務包含衛星與酬載操作時程規劃、操作時程衝突解決、海外支援站操作時序規劃與確認、衛星操作指令集產生等。
地面通訊網路
負責衛星操控中心及外部地面設施的資料傳輸。衛星操控中心的網路主幹為Gigabitethernet,並以台灣高品質的學術研究網路(TaiWan Advanced Research and Education Network,TWAREN)連接位於中壢及台南的S頻段遙傳追蹤指令站,而海外發射場及海外支援站則以VPN (Visual Private Network)線路進行連結。
飛行動態設施 科學控制中心
任務為分析衛星下傳的全球定位系統(GPS)資料及地面站收集的天線追蹤數據,藉以掌握衛星的飛行動態。其工作為軌道判定、軌道轉換、地表軌跡繪製、軌道動力分析、發射模擬及星系管理規劃等。 科學控制中心為衛星地面系統的科學資料處理中心,擔任衛星地面系統與科學資料分送中心間的溝通橋樑。其任務為科學操作規劃及管理、科學資料處理及儲存。

衛星地面站是衛星與衛星操控中心溝通的橋樑,國家太空中心於國內設有三座S頻段遙傳追蹤指令站及一座X頻遙測影像資料接收站,並於國外建立有海外支援站,其主要任務分述如下:

S頻段遙傳追蹤指令站 X遙測影像資料接收站
負責衛星指令發送及遙傳資料接收,其組成包含基頻設備、標準時間與頻率設備、天線監控與信號監視設備、射頻與8米凱式碟型天線等。國家太空中心分別設有中壢中央大學一站及台南成功大學歸仁校區二站,每站均具有相同的系統組成與性能,而中壢站則同時兼具有任務操控中心的功能,亦是作為衛星操作控制中心的緊急備援中心。 X遙測影像資料接收站建置於新竹科學園區國家太空中心樓頂,為一直徑7.2米的凱式碟型天線,最高接收資料量可達320 Mbps。目前任務為接收福爾摩沙衛星二號所拍攝的遙測影像資料,並將接收資料送至影像處理中心進行影像的呈現與分析。該站2011年6月進行系統升級後,已符合福衛五號計畫的介面需求,可支援該計畫的任務操作。
海外支援站
海外支援站主要是提供衛星任務操作中發射與早期軌道、衛星緊急及軌道轉換作業時所需的支援,國家太空中心是以委託或國際合作的方式取得。而ADSL及VPN是作為衛星操控中心與海外支援站間介面資料傳輸的工具,衛星指令經由衛星操控中心傳至海外支援站,而海外支援站所接收的衛星與酬載資料,亦經由此專線直接傳送至衛星操控中心進行分析與處理。

國家太空中心任務操作團隊亦是作為福衛五號計畫的任務操作團隊,該團隊已成功執行福衛一號、二號及三號的衛星任務操作,團隊是由國內產官學所組成,依職責分為直接操作小組、操作支援小組及維護小組,並由國家太空中心衛星操作控制組負責運作與管理。