【CASE 特報】月球,我們來了!2024年臺灣探月 - 專訪中央大學太空科學與科技研究中心 張起維 副主任

截至目前為止,全世界只有7個國家/單位成功執行探月任務。不過,隨著科技的進展,探月已經不再是遙不可及的夢想,中央大學張起維教授要帶領團隊,讓來自臺灣的科研儀器登陸月球。

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

圖片來源:MotionElements

 

在與學生一起完成「飛鼠」立方衛星的計畫以後,國立中央大學教授張起維的下一步,要帶領學生讓親手打造的儀器酬載登陸月球!張起維教授接受採訪時表示:「(我們)要搶先當臺灣第一個登陸月球的酬載!」

 

全世界都在探月!

探月是太空發展的重要指標,最早完成探月的是美國與蘇聯兩大強權。在太空競賽的氛圍下,這兩大強權有許多開創性的成就。1959年蘇聯的「月球1號」完成了近月飛行,是人類第一次有探測器接近地球以外的天體。美國緊接著在1962年的「遊騎兵3號」完成了近月飛行,隔年的「遊騎兵4號」成功著陸月球,而後的1969年「阿波羅11號」讓人類首次踏上月球的土地。
 
(延伸閱讀:太空競賽!(7): 離開月球50年後,戰火再啟
 
比起直接讓人類站上月球這種危險性高的活動,後來更多的是以繞月衛星、無人登月探測艇等方式來探月。雖然月球上再也沒有增加人類的足印,但人類對於月球的探索其實是有增無減。
 
日本是繼美國與蘇聯之後,第一個成功探月的國家。1990年的「飛天(日:ひてん)」成功繞行月球3年2個月,中途還拋射了探測器「羽衣(日:はごろも)」到月球表面。2007年日本又發射了「輝夜姬(日:かぐや)」成功進行了1年的繞月觀測。歐盟2003年的「智能1號(SMART–1)」進行了將近3年的繞月以後,依照計畫撞擊月球表面,結束它的任務。中國在2007年的「嫦娥一號」成功環繞月球、登陸月球,2020年的「嫦娥五號」更從月球表面自動採集樣本後回到地球。印度則在2008年發射了「月船1號(Chandrayaan-1)」進行繞月任務。

 

總獎金600萬美元,讓探月不再只是強權的專利 

探月看起來只是大國的特權。然而2007年一次展覽中宣布的競賽「Google Lunar X Prize」改變了這一切。主辦方「X獎基金會」在Google的贊助下,公開向全世界徵求自製探測器登陸月球、移動500公尺並回傳數據。完成的團隊最高獎金100萬美元,總獎金高達600萬美元!這個競賽吸引了來自美國、義大利、馬來西亞、日本、德國、以色列、匈牙利、巴西、加拿大、智利、印度等地,共30多支隊伍註冊。原先的期限是2012年後來一路延期到2017年,然而直至最後也沒有隊伍成功。

雖然沒有任何隊伍贏得「Google Lunar X Prize」,但這之中卻有一支來自於以色列的團隊「SpaceIL」,堅持研發探測器。最終打造出了「創世紀號(Beresheet)」,在2019年發射升空,並成功繞行月球!雖然「創世紀號」後來在降落至月球土地時故障墜毀,但這對於全世界而言都是一個指標性的訊號:「從今而後,探月不再是大國的遊戲。」

 

臺灣這次如何探月?

雖然臺灣已經有不少衛星的相關經驗,但這些衛星基本上都在地球附近,多在5、600公里高的軌道,最遠的福衛二號也只到900公里左右。對於離地球更遠的「深太空(deep space)」,臺灣所知仍相當有限。張教授解釋:「到目前為止台灣還沒有實行過任何deep space(深太空)的經驗。」對於臺灣而言,探月似乎是個遙不可及的目標。不過近幾年整體環境已悄然改變,張教授解釋:「現在有愈來愈多廠商,很多都是出自Google Lunar X Prize,開始有比較成熟的登月或繞月產品。」

去年(2021)在張教授的立方衛星任務「飛鼠」的尾聲時,得知有機會與日本太空探索新創公司「Space BD」合作,共乘到月球登陸。日本方面研發無人登月小艇,而臺灣可以在上面安置自己的科研儀器。這是個千載難逢的機會!對於「探月」這個遠大目標,臺灣不需要全部從零開始,而可以從與國外單位的合作中學習!這成了張教授開始了探月計畫的契機:「我們希望可以跟有經驗的團隊來學習這一塊。」張教授頓了一下後補充:「喔!還有要搶先當臺灣第一個登月的酬載!」

不過單純登陸月球是不夠的,必須要有具體的科研目標。當時張教授從「飛鼠」傳回來的資料中發現數位資料變質、電源壽命縮短等狀況,後來判定應該是低估了太空中的輻射帶來的破壞。張教授回憶:「讓我們深深體認到太空的輻射環境,對衛星實質上會有什麼樣的影響。」以此為出發點,在評估過開發、團隊能力以後,臺灣此次的探月目標,就設定為開發測量輻射劑量的酬載,去監控太空中的環境。同時也利用酬載的內建 Flash 記憶體持續監測儲存資料因為輻射粒子撞擊而變質的狀況(圖1)。張教授解釋:「這邊所產生的太空環境資料、酬載的實際飛行資料,對後續航電的開發,甚至對生物未來在這種環境下的風險都能有幫助!」

圖1、團隊的探月酬載「Deep Space Radiation Probe(DSRP) 」原型

 

(延伸閱讀:立方衛星「飛鼠」的驚奇冒險
 
探月任務的團隊目前是由張教授與中央大學幾名學生組成,團隊的任務雖然只是登月小艇上面的其中一項酬載,不過還是具有相當難度。深太空比起低地球軌道,除了更強的輻射以外,溫度變化也更加劇烈,因此團隊在熱控上也需要特別建構新的技術。除了環境的考驗,由於登月任務涉及許多系統,來自臺灣的酬載與其他系統間的介面對接也是很大的挑戰,張教授解釋:「確保跟登月小艇的介面可以對接起來,不管是電力也好、資料也好、通訊、機械結構等。」
 
現在中央大學的團隊定期與日本「Space BD」公司開會,就衛星酬載開發、登月小艇審核進行討論。張教授表示:「從他們那邊學到滿多!有滿多之前在低軌道不需要用到的一些技術,其實也是到現在才第一次碰到說有這個需要。」
 

何時出發?

去年(2021)6月,中央大學已經與「Space BD」在臺灣的總代理商陽翼先進科技公司簽訂了備忘錄(圖2)。時間其實相當緊迫,今年(2022)底將會先完成酬載的「工程體(engineering model)」,在不考慮太空環境(輻射、低溫、真空等)下,先與登月小艇進行聯合測試。實際要上空的「飛行體(flight model)」則要在明年(2023)第三、四季遞交給日本廠商整合,最後的發射時間預定為2024年的第二季左右。

圖2:中央大學與陽翼先進科技公司簽署備忘錄側拍,左為左為中央大學周景揚校長,右為張起維教授。圖片來源:中央大學

 

尚且不論最後成功與否,這個任務讓學生親手製作出有機會登上月球的酬載,其本身就相當具有教育意義。張教授表示:「實作去學習是很有效的學習方式,難免會遇到一些錯誤,但錯誤的發現或改善也是重要的學習方式。」
 
當然,經費永遠是一個計畫的重要項目。張教授表示:「當時非常感謝我們校長很支持這個想法。」這個計畫獲得了學校的資源補助,團隊後續再另外募資籌款。讀者若願意表示鼓勵,不妨至中央大學校務基金募款頁面,給予支持,還有別具意義的紀念品呢! 」

 

 


【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!

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