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- 610期－發射吧！立方衛星（10月號）
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2020-10-01探測太空天氣的好幫手 ─ 飛鼠衛星
610 期
Author 作者
張起維／中央大學太空科學與工程系教授，飛鼠衛星開發團隊主持者。研究領域為人造衛星開發及地球的高層大氣。
要精準取得智慧型手機導航軟體及衛星影像等資訊，就必須仰賴對於太空天氣的掌握。由於高空中的電離層、中氣層及熱氣層都可能影響電波訊號的傳遞，為了克服這些問題，中央大學所研發製作的飛鼠衛星，可讓訊號傳遞更為精確。
對於現代社會來說，太空科技與太空飛行已經不再只是科幻故事的情節，或少數國家才能掌握的科技。事實上，太空科技已經在你我的日常生活中扮演重要的角色。舉凡智慧型手機的衛星導航功能、手機app上的衛星影像及遙測等功能。
最近大家的資訊生活應該都充斥著5G行動通訊系統開通的訊息，但其實6G行動通訊系統已經有人在布建了。你可能想說，5G明明就還沒深入我們的生活呀，怎麼就有建造6G的消息呢？但這其實並非空穴來風。事實上，美國的SpaceX所規劃的星鏈計畫（Starlink）就是打算以一萬多顆衛星組成星系，包含Spire及Satellite AIS物聯網追蹤衛星星系，拓展衛星超級星系（mega constellation）平台搭建6G行動通訊系統。為了順利搭建這些衛星平台，需依賴無線電波進行資料的傳輸，以及預測衛星在軌道上的運動與軌道變化，以利追蹤並滿足飛控及與地面站通訊的需求。但問題是，這些技術還要面臨許多的挑戰。
其中一個問題，就是太空環境的變化，簡單來說就是太空氣候與太空天氣。由中央大學所設計研發的飛鼠衛星（Ionospheric Dynamics and Attitude Subsystem Satellite,IDEASSat）就是為了監測人造衛星飛行的低地球軌道太空天氣而生。
飛鼠衛星是什麼？
飛鼠衛星是一顆3U立方衛星，命名是參考中央大學的松鼠吉祥物，且衛星在太陽能板及天線彈射後類似飛鼠的長相（圖一）。此衛星是由筆者所率領的團隊，並與美國科羅拉多大學（University of Colorado at Boulder）及印度太空科學與科技學院（Indian Institute of Space Science and Technology）合作開發。團隊的主要成員為中央大學的學生，並由三間學校教師及工程師協助指導。
圖一：飛鼠衛星彈射後的飛行示意圖。（作者提供）大氣渦流會影響衛星的訊號傳遞
「一閃一閃亮晶晶」是大家耳熟能詳的兒歌，但誰也沒想到的是，這些閃亮的星星對於以無線電波進行的衛星通訊與衛星導航會造成許多的困擾。其實，不論是可見光或無線電波，這些波段在通過不同的介質時都有可能被折射或反射，導致電波的傳播方向及時間被嚴重影響。另外，如果介質分布不均勻，還會產生散射的現象，導致傳到另一端的訊號呈現忽強忽弱的訊號閃爍（scintillation）。兒歌中閃爍的星星，就是因為來自天體原本亮度穩定的可見光受到低層大氣渦流散射而產生。……【更多內容請閱讀科學月刊第610期】