衛星通訊的構想與應用(二)－洋洋得意報NO.33

洋洋實業團隊 撰 2008/10/20

接續：《衛星通訊的構想與應用(一)》

       所謂：「站得高、看得遠」，衛星以其特有空間位置的優勢，可以達成視距內的傳播，一顆衛星的波束覆蓋範圍可達數千公里的範圍，服務幅員廣大的地區，這是許多在地面上傳輸訊號所無法達成的「不可能任務」，因為它飛得很高，所以遮蔽少，雖然離地面很遠，但不論在通訊、氣象、地球監測以及天象觀察…等均極為有利。衛星可取代地面上之通訊中繼站使各種形式之通訊例如電話、電視影像、數據資料…等，傳播可說是「無遠弗屆」。隨著航太技術日新月異的發展，衛星的種類也越來越多，衛星的應用很多，舉凡遙測影像、環境監控、科學研究、國防軍事、氣象預測及定位導航…等。衛星依其不同的應用，大致可分成科學衛星、遙測衛星、氣象衛星、定位及導航衛星和通訊衛星…等五類，整理如下：

1. 科學衛星：科學應用是衛星的草創初期目標，科學衛星主要功能在於地球觀察、太空環境監測、太陽及地球磁場、行星研究探測及天文探測，除了對外太空環境外，科學研究也可應用於醫學、化學、生物學及物理學…等領域。早期發射的人造衛星中，屬科學衛星的數量最多，各國發展衛星計畫大多由此著手；

2. 遙測衛星：遙測衛星的功能在於地形與地物的探測，除民用外，軍事偵察衛星亦屬此類，通常軍事偵察需較高的解析力，裝有高解析度的照像設備與電視攝影機，提供作戰情報分析，可了解敵情、掌握戰局，軍事上可稱之為「間諜衛星」。遙測衛星以甚高的航行軌道俯視觀測地表，可以說是太空中的「千里眼」，它可以避開地形地物的阻隔及遮蔽，是地表探測的利器。探測的對象包括地形地物、地貌變化、天災情況、污染狀態、生態環境，以及各種礦產、海洋資源的情況，亦稱作「資源衛星」。資源衛星所提供的資料具迅速有效的特性，故有「大地監護者」的美譽。資源衛星的軌道高度一般約在450公里至900公里之間，屬「太陽同步軌道」。此軌道的特性是衛星軌道平面與太陽維持固定的角度，地球則在此一軌道圈內自轉，此種關係導致衛星每次通過同一地理緯度上空的「地方時」（Local Time）保持不變，這種衛星的設計壽命約為五年；

3. 氣象衛星：氣象衛星可以探測大氣層中重要的氣象參數，例如：溫度、水氣含量、氣體成分，使我們對於氣象變化能掌握先機，利用多光譜照相機和多光譜掃描器，取得「衛星氣象雲圖」的資料，可以提昇氣象預報準確度。氣象衛星的應用，使得人類的氣象觀測技術有了破性的發展。我們每天在氣象報告中看到的衛星雲圖，就是由氣象衛星取得的。氣象衛星可採與地球同步軌道或繞極軌道兩種，一種是在地球的同步軌道上運行的衛星，恆定地觀測地表上大約三分之一的面積，地球同步軌道是衛星追地，太陽同步軌道是軌道面追日的方式；因此通訊衛星、氣象衛星需要衛星追地的同步，遙測衛星需要軌道面追日的同步，這樣才能使衛星在同樣的陽光下進行遙測。另一種則是在極軌道上，以每12小時一次地覆蓋整個地球表面，探測範圍在二千公里至萬餘公里不等；

4. 定位及導航衛星：衛星定位系統稱之為「GPS」（Global Positioning System）為主。「全球衛星定位系統」（GPS－Global Positioning System），它是本世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研製的新一代空間衛星導航定位系統。1973年開始發展的一套精確衛星導航定位計劃，自1978年起開始發射，並於1993年10月起正式全天候三度空間定位，GPS系統的開發是支持軍事上航空和飛機上的需要而發展的。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供即時、全天候和全球性的導航服務，並用於情報收集、核爆監測和應急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰略的重要組成。經過20餘年的研究實驗，1994年3月，全球覆蓋率高達98％的24顆GPS衛星星座己布設完成。GPS整個系統共有20至24顆衛星，均勻分佈在地球上空，航行高度約二萬公里。各衛星每十二小時繞地球一圈，在地面或其他航行器上使用接收器，就可以衛星接續的方式，持續接收到它提供的定位訊號。過去大都應用在軍事、航空、船舶…等特殊導航用途，如今在一般生活中，它已被用於行動中的車船能透過GPS而定出目的地到達時間及路徑；救護車更能緊急有效執行救護任務；汽車駕駛者能透過電子地圖而知道目前所在位置及該往何處之目的地；它具有精確的三度立體空間定位功能，可應用於飛機導航及機場塔台避免碰撞系統。從電影《全民公敵》戲劇化的情節中，我們得知它可計算出裝有接收器或物件的準確位置；

5. 通訊衛星：通訊衛星是一個高空的轉接站，它可以提供電話、電視、數據資料傳輸的轉接。由於它停留在離地甚遠的高空，所以在電波傳遞及轉接時，受到地形阻隔的影響可以降至最低。它可以克服跨海洋和大陸的無線電通訊傳播困境，可充分發揮其通訊之功能。一般來說，它採用地球同步軌道，即在赤道上方高度約三萬六千公里的位置，其運行與地球自轉同步。它也可以。為了改善偏遠地區電視傳輸的品質，以「衛星傳輸」（Satellite Transmission）電視訊號做為中繼或直播都是很好的應用。後來更提供寬頻網路的服務（Direct PC），通訊安全高、容量大、上網的速度快。

       1957年10月4日世界上第一顆人造衛星的發射，人類正式進入了衛星時代，也人類開始了探索宇宙的太空時代，世界各先進國家數以百計的人造衛星也陸續地發射升空。1965年11月26日，法國也獨立的發射了一顆科學衛星－「Asterix」（A-1）。成為世界上第三個有能力，將衛星送上太空的國家，同時也打破美蘇獨大的局面。英國在1969年11月22日也發射了軍事通訊衛星，取名為「天網」（Skynet），成為世界上第四個有能力將衛星送上太空的國家。1970年2月11號，第五個發射衛星的國家是日本，日本以其自製的「N-1火箭」將科技試驗衛星－「大隅號」（Ohsumi）送上傾角為31度的軌道。同年（1970年）4月24日，中國大陸也以其自製的長征一號火箭，將東方紅一號衛星送上太空，成為世界上第六個有完整太空工業的國家。雖然我國衛星的擁有與先進國家比起來，幾乎晚了近三十多個年頭，台灣自然無法置於這股科技潮流之外。1991年10月，行政院通過為期15年的《國家太空科技發展長程計畫》。打算以15年的時間，從無到有建立自主的衛星工業。因此我國結合國內外資源，全力發展衛星科技，並與新加坡訂定合作計劃，目標在擁有主權的第一顆通訊衛星「中新一號」（ST-1），中新一號衛星於1998年8月25日（台北時間1998年8月26日清晨）上午七時零七分在法屬圭亞那發射升空，提供我國「商業衛星」的服務，並可收看藉由衛星直播電視節目。1999年1月27日在美國佛羅里達卡拉維爾角升空，台灣終於擁有一顆全部主權的人造衛星。