人造衛星的種類及功能

(來源 維基百科)

「當我越仔細研究宇宙的形態、結構之後,我深深感受到宇宙似乎知道我們要來了」……Freeman Dyson (數學家,物理學家,1923)

我們都知道衛星(Satellite)會被火箭帶至太空的不同高度,執行各種應用。而衛星有哪幾種功能?大小呢?首先我們再次認識各軌道高度,參考圖1。其次,要了解人造衛星與月亮的距離是非常遠的,不應該因為都在太空而誤以為距離差不多,可參考圖2及圖3,圖3是1968年阿波羅太空船(Apollo 8) 任務美國太空人詹姆斯·洛威爾(James Lovell) 第一次從月球看地球,也是人類第一次用肉眼看到「地球真的是圓的」。

以下再次描述衛星繞行地球的軌道分類:

1.高地球軌道(HEO):運行於大於35,786公里高空。

2.地球同步軌道(GEO):運行於地球靜止軌道,約35,786公里高空。

3.中軌道(MEO):運行於中地球軌道,2,000~30,000公里高空。

4.低軌道(LEO):運行於低地球軌道,300~1,500公里高空。

圖1:地球外的衛星軌道高度分層

圖2:月球離地球的衛星軌道非常遠

圖3 太空人James Lovell在月球上看到的地球

暸解衛星與地球的相對位置後,可將衛星以重量及功能作為區分來討論,首先,衛星可依重量區分為

1.大型衛星:大於1,000kg(1噸)。

2.中型衛星:界於500到1,000kg(半噸)。

3.小型衛星:不到500kg的都叫小型衛星,其中可細分。

   A.迷你型衛星:500到100kg。

   B.微衛星:小於100kg。

   C.奈米衛星:10kg或更低。

   D.方塊衛星:按國際標準約1.3kg。

   E.米粒衛星:僅以公克為單位。

其次,我們可將衛星以功能應用作為分類,見圖4,可從圖4看出軍用與民用及科學衛星彼此之間複雜的關係。並可從圖5了解到各類衛星數量上的比例。

圖4:衛星的應用領域

圖5:各種衛星的比例    

衛星各類應用及功能實例:

1.天文衛星(Astronomical satellites)

   ●功能:觀測遙遠的行星,星系和其他外太空物體的衛星。

   ●運行軌道:LEO。

圖6:哈伯望遠鏡

2.生物衛星 (Biosatellites are satellites)(科學衛星)

●功能:科學實驗的衛星。

●運行軌道:LEO、GEO。

圖7:生物衛星(LEO)

3.通訊衛星(Communications satellites)

●功能:用於通訊的衛星。

●運行軌道:LEO、GEO。

圖8:通訊衛星

4.地球觀測衛星(Earth observation satellites)(遙測衛星)

●功能:用於非軍事用途的衛星,如環境監測,氣象學,地圖製作等。此衛星有兩種一個是光學衛星、一個SAR衛星,SAR衛星彌補光學衛星被雲擋住時的影像。(SAR:Synthetic-aperture radar合成孔徑雷達)

●運行軌道:LEO。

圖9:遙測衛星

註:臺灣太空中心發射的福衛2號(已除役) 與2017年發射的福衛5號(補救中),都屬LEO的遙測衛星

5.導航衛星(Navigational satellites)

●功能:導航用的衛星,每一次的定位都要四~六台的衛星訊號才能定位。

●運行軌道:MEO。

圖10:GPS

6.殺手衛星(Killer Satellites)

●功能:摧毀敵方衛星。

●運行軌道:LEO。

圖11:殺手衛星

7.軍事偵察衛星(Reconnaissance satellites )(遙測衛星前身)

●功能:用於軍事或情報應用的地球觀測衛星或通訊衛星。

●運行軌道:LEO、GEO。

圖12:軍事偵察衛星

8.氣象衛星(Weather satellites)

●功能:主要用於監測地球的天氣和氣候。

●運行軌道:LEO、GEO。

圖13:氣象衛星

註:臺灣太空中心發射的福衛3號(已近全部除役) 與2018年預定發射的福衛7號都屬LEO的氣象衛星

9.CubeSat(方塊衛星)(未來展望)

●功能:以微小衛星的群集,達到單一衛星的功能,甚至超越單一衛星的功能。爾後此重要議題將再次深論。

●運行軌道:LEO。

圖14:小衛星的群集

下例視覺化圖形說明各軌道衛星分佈情形,可看出LEO及GEO都相當擁擠,MEO較空曠,我們也特別指出福衛2號及3號的位置,觀察各衛星在各高度的分布圖,及台灣的衛星高度,見圖15、16。


圖15 LEO衛星分布

註:Formosat-2是福衛2號(遙測衛星)、COSMIC-E是福衛3號(氣象衛星)。

圖16 MEO、GEO、HEO衛星分布

註:ST-2是中新2號,新加坡與台灣合資的通訊衛星。

結論:

從1957年的史普尼克(Sputnik)

迄今60年,太空中已佈滿2,000至2,500顆人造衛星,而衛星的應用也快速延伸到一般的商業、科學用途。如:手機的定位功能,電視廣播,氣象預報等等。世界從太空競賽開始,衛星的應用大幅展開,21世紀更將是微小衛星群集與Internet結合的時代。臺灣的太空發展是科技、經濟發展的前鋒,也是臺灣目前經濟轉型的重要推手。政府應該明瞭,太空科技不僅只是科技,它更是產業轉型的關鍵。