剖析台湾太空中心

李嫣 徐强

制定太空科技计划

与大陆科学家一样，同属中华民族的台湾科学家也心怀飞天的梦想。早在上世纪70年代初，即中国大陆发射升空第一颗“东方红”人造卫星后不久，就曾有岛内专家学者向台当局建议研制人造地球卫星，一些高校内的研究机构甚至还开始了探空火箭技术及卫星研制方案的研讨。但此建议一直遭到台当局的搁置，因为以当时台湾全年的科研预算，也不够制造一颗小型卫星。

到上世纪80年代，台湾经济快速腾飞，能够为科技发展提供良好的资金支持。同时面对大陆航天事业的突飞猛进，包括新建成的西昌卫星发射中心和太原卫星发射中心，以及“长征”系列大功率运载火箭多次成功发射自行设计研制的返回式遥感卫星、通信卫星、气象卫星和技术试验卫星，并开始为国外一些部门提供搭载服务和国际商业卫星发射服务，这无疑给台当局带来极大刺激。

如今，世界各国越来越重视太空科技对于增强综合国力、带动高新技术群发展以及实现国民经济可持续发展等方面的巨大牵引作用，纷纷确立和调整太空技术发展战略，以此给各个方面的发展带来新的机遇和变革。这种形势使得台当局逐渐产生希望通过太空科技的发展来全面提升岛内的科技水平，竭尽全力积极谋求自主研发卫星的能力的想法。

80年代中期，台当局先后提出了“五年卫星发展计划”、“发射卫星计划”、“太空卫星计划”、“通信卫星发展计划”等，但最后都因遇到各种各样无法解决的困难而不了了之。80年代末，台当局行政主管部门专门成立了“太空科技规划委员会”，特地请美国TRW航天与电子系统公司太空技术部总裁戈尔登（Dan Goldin，后任美国航空航天局局长）来台，要求其协助台湾发展太空科技。

1989年，台湾科技主管部门根据与戈尔登商讨的结果，制定了为期15年的“太空科技发展长程计划”，规划一期工程到2006年结束，共投入150亿元新台币，采用自主或合作方式研制并发射3颗“中华”系列人造地球卫星，同时在台湾中山科学院和中研院内设立航空太空研究所，在“国防”大学、中央大学、成功大学、淡江大学、逢甲大学等设立与太空科技有关的院、系、所。

从1990年到1991年，台湾“太空科技规划委员会”与外商举行多次会议，决定以6年的时间完成第1颗小型科学实验卫星的研发，但不涉及运载火箭研发及发射。此计划一方面可结合那时在岛内已开展的太空科学研究计划，另一方面可与国际太空科学研究接轨，以减低对外合作的阻力。1991年底，该计划获得台湾行政主管部门批准。1992年开始设立太空计划室筹备处，由徐佳铭担任太空计划室主任，美籍华裔科学家戴广勋任科技顾问，邀请原在德国普朗克研究所工作的叶永烜回台担任太空计划室首席科学家，主持第一颗卫星的设计工作。此后，还陆续聘请20余位海外太空专业人才，分别在该筹备处担任总工程师及总系统工程师等职务。这其中便包括曾在美国航空航天局戈达德太空飞行中心担任研究员，后在阿拉斯加州立大学物理系及地球物理研究所任教，1995年回台湾任成功大学理学院院长，1997年兼任太空计划室首席科学家，2001年任太空计划室主任的李罗权。

1994年12月，太空计划室筹备处迁入新竹科学园区展业一路新址；1996年10月，卫星整测厂房建设完工，开始设计研制“中华卫星1号”，同时选拔多名岛内优秀年轻科技人才，送到美、法太空科技机构进行培训。

台湾首次研制的“中华卫星1号”为低轨道科学实验卫星，以地表遥测与高层大气科学研究为主，载有电离层等离子及电动效应仪、海洋水色照相仪和Ka波段通讯实验设备，分别进行三项实验，其图像分辨率为800米，设计寿命为2年。1994年4月，台湾科技主管部门与美国TRW公司签订卫星本体（也称仪器平台）制造协议；同年12月，与美国联合讯号工程公司签订地面系统协议；1995年5月，与岛内科研机构及厂商签订5项台湾自产元件协议。1997年5月，“中华卫星1号”本体自洛杉矶运抵岛内进行整体测试，同年10月完成卫星本体与三项载荷性能测试，1998年1月完成卫星系统整合测试。

1999年11月27日，台湾参与设计、制造和测试的第一颗人造卫星在美国卡纳维拉尔角发射升空。但由于配套的地面接收系统迟迟未取得美国核发的“高科技输出许可证”，卫星在太空轨道漫无目的地运行了3个多月。随后，卫星又出现了系统天线几何精度不符合设计需求、零部件故障导致地面讯号无法传送到卫星等一系列棘手状况。因各种故障不断，且发生故障的地面设备动辄就要送回美国原厂检修，所以直到2000年6月卫星升空近一年半时，其地面通讯实验系统仍未完成最后验收，最后因电力耗尽而变成太空垃圾。

再接再厉

尽管“中华卫星1号”计划完成得并不理想，台当局仍决意按着1991年出台的长程计划继续走下去。根据“太空科技发展长程计划”，再次研制的“中华卫星2号”卫星由太空计划室与国外有经验的人造卫星厂商合作，共同研制，并进行组装测试，而岛内厂商也参与研制其中部分元件。该卫星将以气象及太空大气观测为主。除了担负太阳物理科学探测任务外，也肩负海洋水色的探测以及卫星通信的实验任务。

这一时期，台湾科技主管部门给予太空计划室的经费支出约每年24亿元新台币，相关研发人员约160人，参加“任务导向研究计划”的岛内大学和研究机构有10余家。1999年初，“国科会”与德国一家公司签约，后者原本答应为其提供“中华卫星2号”的平台及配套的高清晰度太空摄像机。但因高清晰度太空摄像机被视为军事敏感技术，仅仅半年后，德国联邦安全会议就决定暂缓核发“中华卫星2号”有关设备的高科技输出许可证。

无奈之下，台湾科技主管部门只有另寻卖主。1999年12月，法国的马特拉公司答应了台湾科技主管部门的请求，决定承接“中华卫星2号”的技术出口合同，并取得了法国政府的高科技输出许可证。因此，台湾“中华卫星2号”上便可以装有由欧洲的阿斯特留姆（Astrium）公司制造的高清晰度太空摄像机，可从太空中拍摄地球陆地和海洋的卫星影像，其图像解析度要比法国“斯波特”（Spot）民用观测卫星高5倍。此外，卫星上的高空大气闪电探测仪由台湾和美国大学大气研究联盟（UCAR）合作研制，卫星上的太阳传感器、S波段天线等由台湾6家公司利用阿斯特留姆公司转让的技术设计制造，整星在台湾进行组装和测试。2004年5月，经过数度延期发射的“中华卫星2号”（2005年台湾陈水扁当局为突出台独色彩，将其改名“福尔摩沙卫星2号”，简称“福卫2号”）发射升空，共耗资46亿元新台币。

“福卫”2号的技术全部来自法国公司，但主要部件中有一部分由台湾岛内研究机构和企业生产。卫星形状为六角柱形，高2.4米，外径约1.6米（太阳电能板未展开时），质量为760千克（包括载荷及燃料），轨道倾角45度，绕行地球轨道周期为103分钟，卫星位于太阳同步轨道，轨道高度为891公里，每日通过台湾上空两次。卫星携带的遥测照相仪，对地面遥感图像分辨率最高可达2米，影像拍摄刈幅为24公里，侧视角范围为45度，可进行立体摄影。另一科学载荷大气闪电探测仪，共观测到高空短暂发光现象1万多次。

“福卫3号”（原名“中华卫星3号”）不是单一卫星，而是由6颗微卫星组成，每颗重约62千克，外型呈扁圆柱形，在近地轨道构成一个星座，也称“气象、电离层及气候观测星系”。由于台湾周围被海洋包围，气象复杂多变，且对气象气候的地基观测非常有限，因此台当局希望能够发展天基观测手段，建立全球气候实时监测系统。

该卫星由台湾太空中心（即原太空计划室）与美国大学大气研究联盟（UCAR）合作研制，项目总经费约1亿美元，其中台湾出资约8000万美元，美方出资约2000万美元。台方主要负责系统工程、卫星集成与测试、地面系统以及任务操作等，美国UCAR负责有效载荷控制中心和基准网工作的建设以及研制主要卫星载荷等。

“福卫3号”卫星的有效载荷有3个，它们分别是全球定位系统气象测量仪、小型电离层光度计和三频段信标仪，负责接收美国GPS卫星的L1及L2频段信号，然后利用无线电掩星观测技术，由信号电波传播电离层和大气层的影响发生的传播时延，来推算给出电离层和大气层的相关资料，进行天气预报和气候监测；此外，还可接收电离层中激发态的氧原子与自由电子结合时所辐射出的电磁波强度，经过转换后可以得到卫星对地方向的电离层电子密度总量，并可推算电离层电子密度场和总电子含量。

2006年4月15日，美国轨道科学公司（OSC）利用“金牛座”火箭从范登堡空军基地将“福卫3号”星座发射升空，分布在距地面700～800千米高处的72度倾角轨道上，可接收美国GPS卫星系统发出的信号。该卫星系统设计寿命5年，前2年进行气象科学实验，后3年提供即时气象预报资料。“福卫三号”卫星的观测范围包括全球大气层及电离层，每天提供均匀分布全球的2500个观测点的实时气象数据，约每3小时即可完成全球气象资料的搜集及计算分析，约每100分钟更新数据1次。

然而发射后不到一年就又出现异常，其中1颗微卫星突然失联，历经月余抢救无效后被宣告“死亡”只是时间问题，另外两颗也因电力系统受损而影响正常运作。

成立太空中心

2002年12月，台当局批准了科技主管部门制定的“第二期太空科技发展长程计划”（2004—2018年），全程为15年，包括次轨道科学实验计划、尖端卫星科技研发计划、宽带通讯卫星计划、遥测卫星计划、自主发展微卫星计划及国际合作计划等6个分项计划，由太空中心负责卫星本体主承包商的责任，并整合岛内研究团队，执行尖端卫星科学研究计划，建立自主研发卫星先进技术及酬载仪器的能力，及协助岛内大专院校研究机构设计自制边长10厘米的立方体、总重约843克的微型卫星（蕃薯卫星）等，计划发射5颗微卫星和10至15枚探空火箭。

2003年，原附属台湾科技主管部门的太空计划室改制为财团法人“国研院”所属太空中心，主要任务为建立台湾自主太空科技实力，满足社会民生的需求，推动尖端太空科学研究。经过多年的发展，该中心迄今已经建立完成完整的太空科技发展基础设施，包括卫星整测厂房、地面操控系统、影像处理系统和卫星研发实验室等核心设施，并且籍由卫星计划的推动与执行，成为台湾产学界发展太空科技的整合平台。

该中心现有3个行政功能组，以及“福卫5号”计划室、“福卫7号”计划室、综合计划室，以及卫星影像组、卫星操控组、飞行控制组、卫星机械组、卫星电机组、品质保证组、系统工程组等7个技术功能组，共有工作人员194人，研究方向包括：卫星系统工程、卫星本体技术、光学遥测酬载、卫星任务操作、遥测影像处理技术，年收入约13亿元新台币。

由于各种原因，研制“福卫4号”和“福卫6号”的工作最终取消，近年来该中心主要开展“福卫5号”对地光学遥测卫星的自主研制工作，并与“国研院”仪科中心、晶片中心及岛内研究机构和企业共同合作开发解析度黑白2米、彩色4米的遥测关键技术及元件，自主完成卫星电脑（CDMU）及电力控制与分配单元（PCDU）工程体的功能与环境测试、飞行软件新版本设计发展与验证、卫星工程发展体的电力次系统控制功能验证等工作。

目前，“福卫5号”已完成元件制造测试和组装阶段。该卫星重450千克（含载荷及燃料），形状为八角柱形，高2.8米，外径约1.6米，仪器载荷包括CMOS光学遥测酬载和先进电离层探测仪，其图像分辨率为黑白2米、彩色4米，影像拍摄刈幅为24公里，侧视角范围为45度，将接替“福卫2号”的探测任务，位于距地720公里高的轨道，每两日通过台湾上空一次，设计寿命5年以上。原本按照计划，在2016年2月发射升空，后因故推迟到下半年。

此外，台湾太空中心还与美国方面合作研制“福卫7号”全球气象卫星，包括美国提供的12颗卫星及1颗台湾自主研制的卫星，用于接替“福卫3号”星系的任务。由该中心负责系统整合、卫星本体、任务操作等，美方则由美国国家海洋暨大气总署（NOAA）作为代表，负责提供任务载荷、发射载具、地面站、资料处理等。目前已完成“福卫7号”星座任务系统设计及卫星系统设计，并开始自主研制关键导控元件，如太空级光纤陀螺仪、GPS导航接收机雏形体、卫星电脑及电力控制与分配单元工程体等。同时，成立一个由太空中心、台洪中心与岛内研究机构共同所组成的GPS掩星资料处理团队，开展系统分析与先期工作。

该中心自主设计、制造、组装及测试的台湾首个太空级全球定位系统导航接收机，可在极短时间内锁定卫星讯号、提供导航资料，位置精度优于8米，速度精度优于0.05米/秒且讯号追踪回路具备高动态特性，适用于高精度、长时间操作的整合型惯性导航系统。此接收机将搭载于台湾自主研制的“福卫7号”卫星，因性能优异且成本不高，具备进军国际太空元件市场的潜力。

其他任务

早期台湾太空科技计划本不包括发展运载火箭技术，但在1997年4月台湾成功大学召开“太空探空科学与技术发展座谈会”后，开始启动探空火箭计划。同年9月，“太空计划室”委托“中山科学院”研发“探空1号”探空火箭，于1998年12月试飞成功，未搭载任何载荷。2001年10月，搭载科学载荷的“探空2号”火箭发射后，因二级火箭在空中出现故障而失败。随后，“探空3号”和“探空4号”分别于2003年和2004年12月发射成功，尤其“探空4号”是台湾地区第一枚搭载商业载荷的探空火箭，也是台湾首枚完全自主研发制造的火箭。

2011年，太空中心先后进行了两次探空火箭飞行试验，成功挑战1.3万米新高及验证通讯传输能力，完成探空科学研究、太空规格元件验证及火箭科技提升等计划目标。2013年6月“探空8号”火箭在南部九鹏基地发射升空，完成过氧化氢单基推进器、科学仪器回收舱2项实验。其中，过氧化氢推进器采用由岛内自主研发的推进技术，经此次试飞验证成功后，将运用于“福卫7号”自主卫星，使台湾突破外国技术管制的限制，掌握关键推进系统技术，缩短开发时程与节省经费。

台湾的卫星配套设施主要包括卫星影像接收站和卫星影像处理系统。目前台湾军、民用卫星影像接收站主要有3处：中央大学卫星影像接收站是台湾最早设立的卫星影像接收站，归属于中央大学太空及遥测中心；“国防部”林口卫星影像接收站，已于2003年启用；台湾太空中心新竹卫星影像接收站，系位于新竹科学园区的一座X波段天线系统。

此外，该中心还在利用“福卫2号”卫星遥测影像资料，对岛内外灾害事件如2011年南玛督台风、艾莉台风、苏花公路崩塌、日本311大地震、泰国水灾及美国新墨斯哥州山火等进行调查，协助相关部门全力开展救防灾决策与相关工作。

台湾科学研究团队利用“福卫3号”的电离层观测资料，首次完整观测全球电离层电子浓度三维结构与变化，建立世界第一个全球电离层天气监测与预报同化模式。经过计算，使用“福卫3号”的同化资料，可以改善卫星定位误差4%，相当于高度修正量达12厘米，水平修正量达数十米，未来可应用于通讯、定位、导航的品质与准确度的评估和改善。由于恶劣太空天气会造成电离层电波强度和传播路径的急剧改变，该研究团队也首次建立完整全球闪烁指数经验模式，可对全球恶劣太空天气提出预警。

总体而言，太空事业的发展是台当局及科技主管部门近年来十分重视的领域，目前正在努力通过其在太空领域的对外合作扩大国际影响，谋求与其他国家建立密切关系。其中，“福卫”系列卫星是岛内科技计划中最引人注目的项目，它们都由美国为其发射，并且还得到了日本、德国、法国等国家的帮助，其目的是把维持与美国的军事合作视为抗拒统一、稳定政权的“靠山”，同时还把与其它“非邦交国”的太空科技合作视为打破所谓“外交壁垒”的重要工具。

此外，太空科技的发展是全面提升岛内科技水平的重要龙头，台当局正试图通过与其他国家联合研发卫星系统，谋求独立研制和发射卫星的能力，摆脱太空技术受制于人的局面，并希望进一步带动相关高科技产业的发展。