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 福爾摩沙衛星七號 計畫簡介 執行現況 衛星特性 酬載儀器 國際合作 資料處理與應用

福爾摩沙衛星七號高可靠度任務型氣象衛星系統

計畫簡介

臺美雙方大型國際合作案 

福爾摩沙衛星七號計畫(簡稱福衛七號計畫)為臺美雙方大型國際合作案,計畫任務目標為建立一高可靠度任務型氣象衛星系統,延續福衛三號計畫執行掩星氣象觀測任務。主要執行單位為臺灣國家實驗研究院國家太空中心(National Space Organization, 簡稱NSPO)與美國國家海洋暨大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration, 簡稱NOAA)。美方負責衛星發射、任務及科學酬載、以及全球地面接收站佈署:美方團隊除NOAA外亦包括美國空軍(US Air Force)與美國大學大氣研究聯盟(The University Corporation for Atmospheric Research,簡稱UCAR)。我方負責任務系統設計與整合、提供任務衛星本體、星系衛星操作;資料處理與運用技術開發由雙方合作發展;台灣團隊除國家太空中心外亦包括中央氣象局、中央大學、成功大學等。

福衛七號於2019年6月25日,由美國SPACE X獵鷹重型火箭,於美國佛羅里達州東側甘迺迪太空中心發射升空。

電波掩星觀測 6枚星系部署

福衛七號星系共6枚衛星,由火箭送抵720公里高空,而後逐次分離部署在550公里的6個任務軌道上,預計2021年第1季可完成全部衛星的部署。


 衛七號6枚衛星軌道佈署圖(現況)

福衛七號觀測資料分佈圖

 

福衛七號衛星上搭載全球衛星導航系統無線電訊號接收器,可接收美國的GPS及俄國的GLONASS全球衛星導航系統(GNSS)訊號藉由量測無線電掩星訊號,可推導出大氣層壓力、溫度、和濕度等大氣參數,與電離層的電子濃度。
福衛七號星系部署完成後,高度550公里,傾角24度,繞行地球一圈約97分鐘,可提供在南北緯50度間每日約4,000 筆資料,在台灣地區附近的資料量約是福衛三號的3~4倍,大幅增加包含臺灣在內的低緯度地區氣象資料。觀測資料提供交通部中央氣象局納入數值預報系統,提升國內氣象預報準確度及劇烈天氣(颱風路徑及降雨) 預測準確度。每天平均可提供4000 點大氣資料,對於天氣預報、氣候觀測、太空天氣監控有很大的助益。

 


 

執行現況

  • 2020

    10月 - 5枚衛星抵達任務軌道。

    3月 - 福衛七號大氣掩星資料正式營運。福衛七號電離層掩星資料試營運。

  • 2019

    12月 - 福衛七號大氣掩星資料試營運。

    7月 - 福衛七號成功觀測到第一筆資料。

    6月 - 福爾摩沙衛星七號六枚衛星隨 STP-2 任務搭載獵鷹重型火箭升空進入 720 公里軌道。

    1月 - 臺美雙方完成運送前審查。

  • 2017

    3月 - 臺灣資料處理中心就緒。

  • 2016

    5月 - 完成六枚衛星整合測試。

    2月 - 完成系統關鍵設計。

  • 2013

    12月 - 完成任務系統初步設計。

    5月 - 簽定福爾摩沙衛星七號計畫臺美第一號執行協議(Implementing Arrangement #1)。

  • 2011

    4月 - 完成系統需求定義。

  • 2010

    8月 - 臺美雙方完成任務定義。

衛星特性

六枚任務衛星本體特性如下表:

 

外型 長方體,於單側裝載太陽能板
尺寸 100 x 125 x 125立方公分
總重量(每顆) 300公斤
通訊能力 S頻段,上傳速率32Kbps,下載速率2Mbps
合作廠商 英國SSTL(Surrey Satelite Technology Ltd.)
酬載支援 資料容量2Gbits,載重39.4公斤,電力供應95W
星系架構 低傾角,6個軌道面,每一個軌道面有1顆衛星
 

有關福衛七號計畫,我國產官學研界亦負責了部分重要工作。

酬載儀器

任務酬載

任務酬載為美國Jet Propulsion Laboratory (JPL)所發展的全球衛星導航系統無線電訊號接收器Tri-GNSS Radio occultation System (TGRS)。

TGRS可同時接收包括美國的GPS及俄國的GLONASS全球衛星導航系統(GNSS)訊號。資料使用者可藉由訊號通過大氣層時產生的折射來計算出大氣層氣壓、溫度、和濕度的垂直剖面圖。

科學酬載

科學酬載有兩項:離子速度儀Ion Velocity Meter (IVM)與無線電射頻信標儀Radio Frequency Beacon (RFB)。

離子速度儀可得到衛星軌道上的的離子種類、濃度、速度與溫度。無線電射頻信標儀則可量測電離層閃爍,進而分析得到電離層異常區的分佈。

三種主要任務與科學酬載的功能

酬載名稱

全球衛星導航系統無線電訊號接收器

離子速度儀

無線電射頻信標儀

英文名稱

Tri-GNSS Radio occultation System(TGRS)

Ion Velocity Meter (IVM)

Radio Frequency Beacon (RFB)

酬載位置

酬載照片

功能描述

透過分析TGRS接收GNSS衛星所發出、經過電離層與大氣層時所折射的無線電波,便可得到大氣層與電離層中的溫度、壓力、水氣與電子密度等訊息。

離子速度儀具實地量測功能,可推導出離子種類、密度、速度與溫度。離子速度儀實地量測的資料可以幫助TGRS的掩星資料反演的準確度。

無線電射頻信標儀主要用來量測電離層閃爍,利用多個地面站接收三頻信標並做資料分析,即可得到電離層結構。

負責單位

美國空軍 U.S. AIR FORCE


國際合作

福爾摩沙衛星七號為臺美合作的務任。衛星地面系統由我方負責衛星星系的任務操作系統建立,發射及初期軌道操作,任務軌道推升控制,在軌任務操作,以及海外支援地面站指令資料傳輸等。地面系統包括位於太空中心的衛星操控中心、國內外的網路系統、與資料下載的地面站。

美國國家海洋暨大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration, 簡稱NOAA)負責衛星地面接收站佈署,包括關島、達爾文、毛里求斯、科威特、加納、庫亞巴、洪都拉斯、夏威夷等站。分佈如下圖,其中包括位於臺灣的地面接收站,以達成平均30分鐘資料更新的任務需求。

資料處理與應用

掩星氣象衛星星系由台美雙方皆設立資料處理中心,支援負責系統監控、資料管理、及使用者服務。

臺灣資料處理中心(Taiwan Data Processing Center, TDPC)設於中央氣象局,使用者可經由tacc.cwb.gov.tw取得福三及福七資料。為發展本土化掩星資料處理技術,結合中央氣象局、中央大學、與成功大學能量共同發展一套資料處理驗證平台(Taiwan RO Processing System, TROPS) ,加強國內對於掩星資料處理與應用的自主性。
國研院結合中央大學與氣象局研發能量,建立本土化掩星資料應用系統,提升掩星在氣象數值模式應用的效益,以提升劇烈天氣的預報能力,降低災害預警之不確定性。成功大學所發展完成的電離層太空天氣預報模組納入氣象局「太空天氣預報中心swoo.cwb.gov.tw,進行與一般天氣預報相同功能的太空天氣預報例行作業,降低國防與民生上的損失。

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