【CASE 特報】立方衛星「飛鼠」的驚奇冒險 － 專訪中央大學太空科學與科技研究中心 張起維 副主任
「飛鼠」是來自臺灣的立方衛星，它的誕生要從張起維教授昔日同窗的一封邀請說起。在教授的帶領下，「飛鼠」聚集了臺灣、美國、印度等學生的努力，經過一連串驚險的插曲後，在2021年發射升空。「飛鼠」雖然沒有達成所有原先設定的目標，但它留給臺灣無可取代的經驗。
受訪者｜中央大學太空科學與科技研究中心 張起維 副主任
採訪、撰文｜許世穎
2021年1月24日，在美國佛羅里達州卡納維爾角空軍基地，一枚裝了140多枚衛星的火箭升空了，來自中央大學的「飛鼠（IDEASSat）」位列其中。這枚10公分x10公分x30公分的立方衛星，肩負著30多位中央大學師生的夢想，向著宇宙前進。
從中央大學飛至太空的「飛鼠」
「飛鼠」的誕生要談到多年前的一封邀請。計畫主持人、同時是中央大學太空科學與科技研究中心副主任的張起維教授（圖1）接受採訪時表示，2015年時他收到過去同為博士班同學的聯繫，邀請中央大學與美國科羅拉多大學波德分校（CU Boulder），以及印度太空科學技術研究所（IIST），一同合作教研計畫「國際研究教學衛星計畫（International Satellite Program in Research and Education，簡稱 INSPIRE）」，讓三所學校的學生們可以共同設計、製作出一系列的立方衛星。這個計畫後來延伸到更多的機構，其主要的科學任務，是研究海拔60公里以上到1000公里的高外層大氣性質。2016年的工作坊中，開始進行第一枚立方衛星「INSPIRESat-1」的構想。
隔年（2017）國家太空中心執行「臺灣新興太空產業領航計畫–微衛星發展」，要補助三枚立方衛星發射升空，希望鼓勵國內立方衛星的發展。中央大學的團隊將INSPIRE的第二枚衛星提案後雀屏中選，與另外兩個團隊的提案「玉山（YUSAT）」、「堅果（NutSAT）」一同獲得補助。
這枚立方衛星起初只有英文名稱「IDEASSat/INSPIRESat-2」，前半部的源自於科學目標，後半部的意思是INSPIRE的第二枚衛星。不過在國家太空中心的要求下，團隊必須幫它取一個中文名稱。中央大學的吉祥物是松鼠，張起維教授笑著解釋：「松鼠飛起來的話，那不就變成飛鼠了嗎！」
未知的挑戰，驚險的研發
團隊過去並沒有製作立方衛星的經驗，因此有許多東西都只能變做邊學。時程非常趕，過程也十分驚險。在系統最後的功能測試時，飛行體的收發器竟然燒壞了（圖2）！檢查後才發現當初的天線設計有誤，必須重新設計天線，還必須將衛星的飛行體部分拆開、將收發器取出，送回美國搶修。張教授表示：「這是個很困難的動作，也是個高風險的動作，因為衛星的飛行體的設計，本身就不是拿來給你拆解的！」若要部分拆開這個小小的立方衛星，就得花上幾天。萬一有些零件在拆除過程中損壞，甚至可能造成數個月的延誤！而這時距離交付給發射廠商的時間只剩下不到一個半月！
團隊面臨抉擇，如果就這樣直接將發射衛星升空，衛星還是可以執行任務、傳送科學資料、收到地球傳過去的指令。唯一不能的，就是將自己飛行的狀況回報給地球。「大家心裡面也是很折騰。」張教授回憶「等於說衛星上去的話，我們的飛控（飛行控制）就跟瞎子一樣」。後來團隊決定還是決定，要盡最大的努力讓「飛鼠」以最完整的狀態上太空。因此花了兩天把衛星解體，將零件拆出來送往美國搶修。
零件進口回臺灣時又遇到了另一個插曲，由於貨運公司疏忽，忘記事先備妥出口證明，導致這個元件重新入關時需要再次經過國家通訊傳播委員會（NCC）的審查。要求貨運公司補件時，對方竟表示需要額外兩週的時間。在助理的嚴正交涉下，張教授才得以在隔日一早就開車前往桃園機場取得出口證明、到臺北小南門NCC獲得進口許可、再回到機場取回零件。
對「飛鼠」的考驗還沒有結束。衛星在發射升空以前，必須經過一系列的測試，有些測試甚至要重複數次！其中一項「振動測試」，是要模擬衛星隨著火箭升空時的環境，確保衛星在這樣的振動以後，所有結構、功能依然完好。為了克服振動帶來的影響，每一顆螺絲、每一個接點、每一條接線都必須要用特殊的黏膠或膠帶固定（圖3）。之前「飛鼠」雖然已經通過振動測試了，但因為拆開來再組裝過，所以必須要全部重來。第一次振動測試順利完成，第二次振動測試結束以後，團隊將衛星從彈射筒中取出時，團隊成員竟然聽到衛星盒子裡有東西滾動的聲音。打開衛星以後，才發現有一顆螺絲沒上到膠！
團隊們重新補膠、徹底檢查以後，離交付只剩下一週的時間。原則上又再重新接受振動測試，可是振動測試的艙體早就排滿隊了，而且「飛鼠」除了振動測試以外，後面還有一連串其他測試項目必須進行。由於已經明確知道問題點、確實排除問題，徹底檢查所有其他需要上膠的地方了，團隊斟酌以後，決定先照規劃完成剩下來的項目，發射廠商也同意這樣的安排。最後終於成功地在期限的前一、兩天完成了全部項目，打包送至位於荷蘭的發射代理商。
2021年順利發射！
2021年1月24日，「飛鼠」與「玉山」和世界各國140餘枚衛星，搭載在美國太空探索公司（SpaceX）的獵鷹九號火箭（Falcon-9）上發射升空（圖4、圖5）。發射後4小時，歐洲的地面接收站接收到「飛鼠」傳來的訊號，航行的前22天，「飛鼠」的狀況依然持良好，但在這之後與地面站失去聯繫。又一個半月以後，地面又重新與「飛鼠」連上線（圖6），從下載來的資料中推測，應該是電力子系統的電路耐受不住宇宙中的輻射而損壞。又經過了幾個月的努力以後，在同年9月正式宣佈退役。
「飛鼠」留下的寶藏
「飛鼠」並沒有完全達成當初設定的所有目標，但團隊從中學習到了很多。除了更加體認到太空環境的嚴苛以外，在工程上更獲得了無可取代的經驗。張教授認為其中一項，就是整合測試要愈早開始愈好，就算子系統還只是原型也沒關係。張教授解釋：「很多時候都是小問題，但是整合的時候才會發現。」衛星畢竟是由多個部件整合在一起的，及早進行整合測試，才能及早發現各自獨立雲做時不會出現的問題。
太空環境是充滿未知與凶險的地方，但人類藉由一次次的嘗試與挑戰獲取經驗，不斷向著迷霧的深處拓荒。張教授表示，中央大學現在也還有數個立方衛星正在開發。舉例來說，明年（2023）預計要發射立方衛星系「珍珠（PEARL）」的其中兩枚衛星。雖然每一枚衛星都有各自的挑戰，但相信這枚從中央大學飛至太空「飛鼠」，能讓未來的後輩們更加順利。
📖 延伸閱讀：《月球，我們來了！2024年臺灣探月》、《【人物專訪】台灣太空人才出路？甭擔心！—專訪張起維教授》、《【人物專訪】從書本構築的太空夢—專訪張起維教授》
【CASE 特報】系列文章將透過採訪與相關專業人員的共同視角，忠實報導台灣科學發展最前線！
編輯的話：
本期特別感謝特約編輯許世穎執行採訪與撰文，也特別感謝張起維教授接受訪談、授權相關圖片使用等資源，希望本系列報導能為讀者分享台灣科學發展與背後的有趣故事，透過這些故事告訴大家，其實，真的有很多人在為台灣執行很棒的計畫喔！