〈時評〉福衛五號衛星 到目前為止到底是成功?還是不成功?

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WorldView-3 商用遙測衛星 (0.3米) 紐西蘭港口

WorldView-3 商用遙測衛星 (0.3米) 紐西蘭港口

2017年8月25日台灣發射了自製的衛星-福衛五號,然而至今仍對外宣稱逐步改進中,但是衛星修復己超過5個月,依專業判斷,成功與否應早己釐清。到底目前算是成功還是失敗應是一個單純的科學或科技問題,為何5個月後科技部,國研院及太空中心對外說詞都還很含混?作者認為不該將科技問題和政冶考量混為一談,因此建議相關單位要純粹從科技觀點把它說清楚,講明白。首先,檢視衛星發射流程圖 (圖1),了解各階段的成功意義與責任歸屬。

圖1:衛星發射流程圖

已知福衛五號是委由美國公司SpaceX發射,因此截至今天,台灣僅能稱SpaceX Falcon火箭發射成功,與福衛五號功能運作成功與否沒有關係。用一個誇張但也是事實的比諭:「就算是給SpaceX一顆石頭,裝入火箭之中,只要能順利送到太空軌道,也可稱作火箭發射成功,火箭發射成功跟火箭的酬載(內容物)是否成功毫無關係」。

福衛五號到太空中不能執行預期的遙測取像,經一定時間(己超過5個月)修正後,仍然不能運作到預期目標。依圖 1的流程來推測,最大可能是「衛星酬載問題」,因此,一旦上空就「幾乎不可修復」,太空中心數月來一直以地面修圖的方式企圖挽救,進一步證實取像系統硬體己無法修正。也就是說,或許己到了必需坦承福衛五號遙測衛星任務不成功的時刻。

但是有些反對承認失敗的聲浪,認為「不該看衰台灣」,回應說:「好歹有發射成功阿」,讓人誤以為假以時日,衛星總是可以成功運作,這是根本不了解火箭發射、衛星運作的錯誤認知。

要知道發射成功與否根本不關台灣的事,是美國公司SpaceX的責任。衛星能不能運作到預期目標才是台灣的責任,如果半年仍不能達到預期目標,就應該坦白承認失敗,立即檢討發射前的地面測試有沒有作完整? 取像系統的地面測試結果是否夠嚴謹?並從失敗的經驗來改進修正、與學習,這才是科技人應有的態度。

目前國家太空中心己有新主任,可參考下列建議,重建科技人/工程師實事求是的精神、及爾後地面測試的標準,重現國家太空中心同仁的信心與榮耀感。

1. 誠實說明現況:

以科技人(非政冶人) 的角度公開說明福衛五號發射成功是SpaceX的功勞,但衛星迄今沒有運作成功是太空中心的責任,以及目前無法正常運作的事實,見圖2。

2. 停止對外聲稱可以用Deconvolution技術修圖,修復功能。不該對外界說:「經過deconvolution技術修圖後,可被商業使用。」

理由是Deconvolution技術修圖的數學假設是使用濾波運算去除隨機雜訊(random noise),但由圖 2可看出,福衛五號的影像幾乎無法判定該圖的那一格點僅是隨機雜訊(random noise),而沒有系統性雜訊(systematic noise)? ( 如條狀或方塊斑點)。因此若全無參考其他衛星圖像,極有可能錯誤修圖。

雖然有實際的成功修復衛星硬體例子:1990年哈伯太空望遠鏡( Hubble Space Telescope),也因圖片有問題,企圖使用Deconvolution技術修圖,但是需要修復的原因是鏡片問題,終究因修圖不成功而改用太空梭送太空人(1993)上太空調整鏡片才解決問題。

3. 立即審查取像次系統(含光學儀器) 的地面測試報告,找出問題

圖2

【福衛五號的公開說法,新聞報導、及作者評論】

福衛五號發射迄今快半年,仍在修復中,官方說法及新聞報導都不一致,含混不清。因此作者將這一陣子相關新聞(見表一)、官方說法整理並加以評論;以及目前各國的商用遙測衛星黑白解析度(見表二),可以發現台灣自製衛星的解析度離其他國家有一段距離。藉由兩個表格的說明,期盼讀者能對福衛五號事件有更正確的認知,畢竟,這個計畫耗費了56億的人民納稅錢(台幣)。

表一

表二:目前各國的商用遙測衛星黑白解析度

表二來源:Satellite Imaging Corporation ,連結見註十三  

【未來展望:滿天星與自主火箭發射系統】

福衛五號的事件証實作者10年前的想法:台灣的太空科技,根本不該自製傳統單一衛星。要先知道太空科技,除了應用的軟體部分及衛星的結構(衛星酬載、衛星平臺)部分外,還有火箭部分。傳統衛星本體結構看起來台灣有一定能力製作,但是仍有一大段路要加強。想要在短期內跟上先進國家的腳步做出齊鼓相當的硬體顯然是有很大難度的,但也沒有必要。科技的進展是跳躍式而不是漸近式,因此,強調自製的福衛五號一直跟著別人腳步走太不可能等同或超前對方的科技,何不另尋破壞性創新( Disruptive Technology) 的發展策略?。

亡羊補牢,猶未晚矣,作者建議我們可以用「小衛星大數據」的策略,緊密配合臺灣一流的資訊產業及人材,逐年佈建越來越多的10公斤以下的微衛星群( nano or cubesat swarm ) ,重點是結合資訊人才建立的地面智慧網,以量取勝。別人可以用一個高級衛星,我們也可以用數量來達到同等甚至更好的效果,不但可滿足台灣目前的基本需求還有極大空間衍生21世紀的新應用。

以大數據的應用為例,如果有了滿天的微小衛星群時(簡稱「滿天星」),見圖3。配合大數據長期收集,我們可以創造出許多新的應用。當數據庫越來越多,滿天星的覆蓋率越來越大,就有機會銷售給其他國家,替國家帶來收益。

圖3:滿天星示意圖

有了「滿天星」的開始佈建,我們也應該發展自主的火箭發射系統,如果我們有自主的火箭發射系統也可以幫別人發射衛星,來獲得一定的國家收入。最重要的是火箭發射系統的逐步完善,意味著我們投射能力更好(高度、地面距離、精準),也就代表可操作的事情就更廣泛,要知道洲際飛彈就是靠火箭帶到太空中,再進行攻擊指定目標。如果我們有一定的軍事力量,才足以自保,並且被承認是一個獨立主權的國家。

目前台灣已有科技公司研發火箭系統,能攜帶100到200公斤的衛星到高度500到650km的LEO軌道,若能與滿天星的小衛星群搭配,一次火箭發射可以攜帶大量的小衛星上太空,將能大大替台灣帶來商機與增加國家安全係數。

【結論】

由以上記事可知,太空中心提出了問題的可能原因,以及三種改進方式,及目前的圖片狀況,以作者的看法來說都是不及格(原因已經顯示在作者評論的欄位)。最重要的是,國研院的調查的人員應該實名制以示負責(不要匿名),如果不行實名制也該將衛星拍攝後的修正圖片的可用性,請交給客觀的組織來評估,如下列影像銷售公司:SPOT Image(法)、RESTEC(日)、SI Image(韓),才能證明修圖後的衛星影像堪用。

作者認為福衛五號的問題,不在科技研發而在科技管理。福衛五號的科技管理急待加強,應該實事求是,在地面上完整測試後,才進行發射,而不是碰運氣、或是基於時間壓力,就隨便發射衛星上太空,最後導致不能使用的局面,這是在浪費人民的公帑。

建議台灣太空科技的下一步,就是應該將重心放在「小衛星大數據」的「滿天星」計畫上,以及與自主性火箭發射系統的合作,才能使台灣有太空自主能力,並具有自保的能力。而「滿天星」計畫,作者在10年前(2006)就已經提過,然而當時政府並沒有採納,如今許多私人公司(如google)都已經開始執行類似計畫,而台灣還在自行開發一個不知能否使用的福衛五號,令人扼腕。與其跟著別人腳步走,為什麼不選一條更適合自己的路,(連結見註十四)。

最後,衷心期望新主任能秉持科技人的堅持,排除政治考量,理清福衛五號的技術問題,揮別過去,帶領太空中心迎向太空科技與21世紀智慧科技整合的未來。

註1 :福衛5發射成功 台灣驕傲

註2 :福衛五號拍照失能?太空中心:太空環境難以預測

註3 :福衛五號 CMOS 拍照功能失效?太空中心闢謠指光斑、條紋狀況雖在調整,但已經有調整方案

註4 :福衛五號首批照片有光斑 初判因焦距偏移

註5 :福衛五號照片模糊不排除調整高度

註6:控溫、影像還原雙管齊下福衛5號影像有進步

註7 :「修圖」無法提升臺灣的太空科技

註8 :福衛五號拍照失焦?科技部12月完成調校

註9 :福衛五號校調成功 陳良基:接近當初設定目標

註10:福衛五號改善!解析度恢復黑白3米、彩色5米

註11:福衛五號影像改善 太空中心:已達商用水準

註12:福衛五號焦距失準原因 恐是光學儀出包

註13:Satellite Imaging Corporation各國衛星解析度

註14:領先潮流 台灣構思滿天星計畫