福衛一號除役19年終於回地球 大氣層燃燒「不留碎片」

國家太空中心表示，除役19年的台灣第一枚衛星「福爾摩沙衛星一號」已於上周重返大氣層。由於衛星若要落地，至少要千公斤級以上，且要結構結實，福一屬於小型衛星，重返地球時已在大氣層燃燒殆盡，不留碎片。回顧福一當年的升空與運轉，也建立起台灣衛星整測廠房、衛星地面系統，並培植國產元件的重要基礎，是台灣開展太空計畫的重要基石。

福衛一號是科學實驗衛星，1999年1月27日搭乘洛克希德馬丁公司的雅典娜一號（ATHENA-1/LMLV 1）火箭從美國卡納維爾角升空，運行於600公里高的軌道。它升空兩個月後就正式運轉，身上有三種科學儀器：海洋水色照相機(OCI)、電離層電漿電動效應儀(IPEI)、通訊實驗酬載(ECP)。原先設定任務壽命兩年、設計壽命四年，最後實際運轉了五年半。

太空中心表示，2004年6月16日，幫助判定衛星姿態的「地球感測器」（Earth Sensor）功能異常，福一自動切換為「安全模式」，將太陽能板指向太陽，並停止儀器實驗，只留下維持衛星存活的必要設備，以最低限度運作。不料，安全模式中仍應運作的一個「太陽感測器」因老化而失效，太陽能板無法對準太陽，導致衛星電池無法有效充電，終至衛星電力耗盡，團隊也在隔日決定結束衛星任務，讓福一功成身退。

不過，福衛一號在宣告除役後，仍在環繞地球的軌道上繞行，軌道高度因大氣拖曳力影響而逐漸下降。衛星在太空運行會受到種種力量干擾，例如拖曳力（Drag Force）、月球引力、太陽輻射壓（Solar Pressure），這些力非常微小，短時間內，對衛星運行速度與軌道變化的影響微乎其微，即使忽略不管，仍可準確預測衛星的位置、追蹤衛星。

儘管衛星除役後從此與地面失去聯繫，也無法控制姿態、調整軌道，太空中心表示，自2018年11月起，台灣的衛星操控組團隊開始逐月分析、紀錄福一的軌道高度。團隊使用來自北美防空司令部(NORAD) 觀測太空飛行物體的衛星軌道參數(TLE) 資訊，輸入太空中心自行發展的軌道模擬軟體，推算其軌道高度。

而當時福一已降至484公里，拖曳力讓它足足降低了116公里，這幅度的「垂降」花了14年。但高度越低，越靠近地球，空氣密度呈指數比例的放大，拖曳力隨之呈正比增大，降低福一的飛行速率，也讓衛星下降幅度加快。

就在2022年後，福一的高度曲線更呈現陡降，非營利組織CelesTrak也將來自 NORAD 的 TLE 資訊轉化成軌道高度圖表。其網站紀錄的福一最後一筆資料在台灣時間5月22日凌晨三點左右，高度可能在152至160公里左右；另根據國外單位如航太公司 The Aerospace Corporation 的估算，福衛一號重返大氣層的時間可能落在5月22日早上六點半左右（誤差一小時）。

至於重返大氣層後，將墜落何處？太空中心表示，時間尚可估算於一定範圍內，重返的地理範圍就難以確認。因為返回期間，大氣密度隨衛星高度降低而急遽增大，衛星飛行截面積也因裂解而持續縮減，以致所受的拖曳力無法估算，已無法建立衛星的飛行動態模型。

另外，福一為六角柱形，高2.1公尺、寬1.1公尺，兩邊太陽能板完全展開時約7公尺，升空時總重量為401 公斤。由於衛星要落地，至少要千公斤級以上，且結構結實，福衛一號屬於小型衛星，重返地球時會在大氣層燃燒殆盡，不留碎片。

回顧福衛一號的太空任務，太空中心表示，福一本體由美國航太公司TRW打造，當時太空中心分批派了共28位人員至美國駐廠培訓兩年半，學習衛星研製的所有技術；在台灣，亦建立起衛星整測廠房、衛星地面系統，並培植國產元件。

而在福一上的三個酬載，也獲得不錯的科學成果。例如福一任務期間適逢太陽活動週期的劇烈期，電離層電漿電動效應儀(IPEI) 精細的量測電離層空間尺度變化，繪製出更精密的電漿不規則體的全球分布圖、完成全球首次中低緯度 3-D 空間離子分布的統計數據，在電離層研究領域聲譽卓著。

海洋水色照相儀(OCI) 共計製成全球影像五千餘張，團隊建立了台灣周圍海域的海洋水色光譜資料庫，並積極加入 NASA 於 1994 年發起的「國際海洋水色衛星研究計畫」(SIMBIOS)；通訊實驗酬載(ECP) 執行的「Ka 頻段通訊實驗」是研究雨滴對人造衛星訊號的影響，並首次建立台灣地區人造衛星傳播通道的資料庫與模型。

太空中心表示，台灣太空計畫始於1991年，福衛一號的升空進一步奠定了發展太空科技的信心，更讓台灣從衛星資料接收國，成為世界上第33個發送衛星的國家。

另外，目前除役的衛星也包含福衛二號、福衛三號，它們仍在軌道上運行。太空中心表示，軌道愈高，重返地球的時間愈長。2016年退役的遙測衛星「福衛二號」任務軌道891公里高、2020年退役的6顆氣象衛星「福衛三號」高度在700至800公里之間。Celestrak 資料顯示，目前福二與福三高度分別在891公里與793公里左右（有顆福三高度較低，在 691 公里高），它們重返地球的時間將比福一花費的時間更長。