福爾摩沙衛星五號 │ 酬載儀器

光學遙測酬載儀器自主發展能力,發展關鍵元件與技術

福衛五號衛星分別搭載國人自製之「光學遙測酬載」和「先進電離層探測儀」科學酬載,如下圖:

福衛五號衛星分別搭載國人自製之光學遙測酬載和科學酬載。

光學遙測酬載

光學遙測酬載儀器由光學取像儀(Telescope)及電子單元(Electric Unit)構成。光學取像儀由光學元件、結構體(含熱控元件)及CMOS型聚焦面組合所構成。光學遙測酬載規格如下:

項目 規格與說明
地面解析度 全色光- 2 米;藍光、綠光、紅光、近紅外光- 4 米
刈幅 24 公里(鏡頭正對地面)
波段 全色、藍、綠、紅、近紅外
灰階 12位元
影像儲存量 ≧ 80 G 位元
照相時間 8 分鐘 / 軌道
軌道高度 720公里
對比傳遞函數(CTF) ≧ 0.1(全色光)
≧ 0.2 (藍光、綠光、紅光)
≧ 0.16 (近紅外光)
信噪比(SNR) 全色光:≧83
B1 (紅光):≧95
B2 (綠光):≧95
B3 (藍光):≧100
B4 (近紅外光):≧100

光學遙測酬載由太空中心、儀科中心、晶片中心、中山科學研究院、漢翔航空工業股份有限公司、微像科技股份有限公司及鑫豪科技股份有限公司等研究單位與廠商組成研發團隊負責研發,以達成自主發展遙測儀器及其相關關鍵元件,建立國人自製高解析度光學酬載之技術能量。

光學元件由儀科中心設計與製造,製造包括主鏡片與次鏡片之拋光、檢測與鍍膜、透鏡研磨與鍍膜及帶通濾光片鍍膜。完成之主鏡片、次鏡片、修正透鏡與帶通濾光片實體照片如下圖。

主鏡片 修正透鏡

次鏡片 帶通濾光片

結構體的設計係使用先進之碳纖複材(CFRP)所製造組裝,具有高強度、低吸濕、高穩定度,具備可吸收溫差與濕度變形而不影響成像品質等特性,以通過火箭發射動態環境及達到適應太空環境需求的目的。主鏡利用靜定裝置(Iso-Static Mounting, ISM)與結構體膠合後,與次鏡組成及修正透鏡共同組裝成光機組合體,其操作溫度設定在 (20+/-2°C)下工作,則有賴於熱控元件(如多層熱絕緣材、溫感器與散熱片)及電子回路加以控制。

至於電子單元由中科院承包研製,CMOS型聚焦面組合由微像公司承包研製,晶片中心與太空中心進行獨立驗證工作。詳細內容請參考「自主發展關鍵元件」相關章節。

科學酬載儀器

福衛五號的科學酬載「先進電離層探測儀」,由國立中央大學(中大)太空科學研究所負責研製。其為多功能的電漿量測儀器,可實地量測電離層的電漿成份與密度、運動速度、溫度等物理量。此儀器可收集電漿擾動變化,以研究電離層在地震前的可能異常現象。

先進電離層探測儀的預期量測電離層電漿參數規格如下:

物理參數 量測範圍 靈敏度 精確度
離子成分 3 % 至 100 % 1 % 10 %
離子密度 4×102 至 1.2×107 公分-3 1 % 10 %
離子流速 ±3.2公里/秒(橫向方向)
±5.0公里/秒(前衝方向)
±10 米/秒
±100米/秒
±50 米/秒
±200米/秒
離子溫度 500 至 10,000 K ±50 K ±200 K

先進電離層探測儀包含探測器與科學酬載電子單元安裝於衛星(如下圖) ,最後功能測試結果顯示實際飛行體之功能均較規格為佳,比國際上類似之科學儀器更好。


▲ 先進電離層探測儀

科學酬載儀器可以三種取樣頻率模式,量測電離層電漿參數:

  1. 正常模式:每秒可取樣128點。
  2. 快速模式:每秒可取樣1,024點。
  3. 高速模式:每秒可取樣8,192點。

並可透過指令下達,調整量測次模式,以符合科學團隊之研究需求。