太空探索與開發的新進展：以小型衛星作為科學觀測平台
 
人造衛星自從太空時代開始就與地球科學息息相關，人類的前兩顆人造衛星也是呼應 1957/1958 國際地球物理年而開發。其中蘇聯的史普尼克1號 (Спутник) 任務目標是探索電離層對無線電波傳遞所產生的影響，美國的探險者一號 (Explorer 1) 所攜帶的宇宙射線探索酬載則是發現了地球周遭的范雅輪輻射帶。過去20年隨著人造衛星的微型化，100 公斤質量以下的小型衛星（smallsats）及介面與重量標準化的立方衛星技術逐漸成熟、普及。小型人造衛星較低的製造與發射價位及時間成本，也成為科學界執行衛星任務的新選擇。
 
國立中央大學執行國家太空中心計畫開發的第一顆立方衛星飛鼠號（Ionospheric Dynamics Explorer and Attitude Subsystem Satellite，簡稱 IDEASSat）於 2021年1月開始運作，該團隊也持續以自主及國際合作的方式開發新的衛星科學任務與科學酬載。美國科羅拉多大學大氣與太空實驗室、印度太空科學與科技學院與中大太空科學與工程學系，三方學校在2015年建立 International Satellite Program In Research and Education (簡稱 INSPIRE) 聯盟，並共同開發INSPIRESat-1 ，其為一顆 9U 的小型人造衛星。該任務的軟硬體開發、整測及人士經費部分由中大張起維教授的科技部吳大猷及哥倫布計畫補助。衛星所攜帶的科學酬載為中大趙吉光教授所設計的微型電離層探測儀（Compact Ionospheric Probe， CIP）及科羅拉多大學Tom Woods博士所設計的雙孔X光太陽頻譜儀（Dual Aperture X-Ray Solar Spectrometer， DAXSS），衛星系統則是由三方的學生從 2017年起共同設計、開發、整測 （Figure 1）。INSPIRESat-1於2022年2月14日從印度發射後由三邊的學生飛控團隊開始操作啟用，兩個酬載也在發射後的兩個月逐步啟用並回傳科學資料（Figure 2）。DAXSS已經觀測多次太陽閃焰的軟X射線頻譜，有助於了解太陽閃焰形成的化學條件。CIP在四月啟用驗證其在軌道上的正常運作，並針對2022年4月30日的日偏蝕進行電離層觀測（Figure 3）。INSPIRESat-1將於 8月14日達到發射後六個月的任務目標，對於發展、應用、操控小型人造衛星的能力大有提升，同時也可望逐漸發表科學成果。
 
中大團隊在執行飛鼠號及 INSPIRESat-1所獲得的經驗也持續應用在自主開發的小型人造衛星及科學酬載發展上。未來三年將陸續升空的科學任務包含：由哥倫布計畫補助執行電離層與太陽探測、高光譜遙測的 SCION-X (SCIntillation and IONosphere eXtended，中文名稱：鯨鯊號) 12U立方衛星、進行高層大氣及太陽探測的 ILITE (IDEASSat LITE) 3U 立方衛星、以及將搭載於日本民間登月任務的 Deep Space Radiation Probe （DSRP）輻射環境探測儀。這些計畫將增進我國對小型衛星的科發與應用能力，擴展衛星科學觀測量能。
 

Figure 1：左：中大與科羅拉多大學的研究生針對 INSPIRESat-1工程體進行組裝。右：整合完畢測試中的 INSPIRESat-1飛行體。
 

Figure 2：左上：中大飛控團隊於衛星任務作業中心對INSPIRESat-1 進行指令上傳（右上）、科學與飛行資料回播（左下）與接收（右下）。


Figure 3：以軌道推算器模擬2022年4月30日INSPIRESat-1經過日偏蝕地區示意圖。