財團法人國家實驗研究院(NARL)旗下的國家太空中心(NSPO),繼2004年12月14日晚間在中山科學研究院(CSIST)屏東九鵬基地,向東方海面成功發射第4枚探空火箭(Sounding Rocket),完成台灣上空高層大氣輝光(Air Glow)強度與分布的科學實驗之後。於2006年1月18日19:48在同一地點發射第5枚探空火箭,執行次軌道(Suborbital)太空科學實驗任務。此次科學實驗由NSPO負責規劃,委託中科院研製探空火箭,並與朱延祥教授教授領導的中央大學科學團隊共同執行,1月19日召開記者會說明實驗過程。

為配合探空5號火箭發射,NSPO規劃福爾摩沙衛星2號(formOSAT-2)遙感探測衛星(Remote Sensing Satellite)於1月16~20日間,每天晚上22:55~23:05當衛星通過台灣西邊時,利用福衛2號高空大氣閃電影像儀(ISUAL,Imager of Sprites and Upper Atmospheric Lightning)對台灣上空進行氣輝觀測。由於衛星量測須在通過台灣的10分鐘內連續變換姿態對準目標區,NSPO已於1月8、10及12日晚間預先進行操控預演,並成功觀測到台灣上空氣輝。

NSPO首席科學家陳秋榮表示,這次探空5號火箭發射,鼻錐罩成功脫離火箭本體屬技術上的重大突破。從火箭升空到順利取得電離層(Ionosphere)的電子密度不規則體(Electron Density Irregularity)數據大約只花了2分鐘,過程如預期般順利,但原預定與福衛2號衛星進行聯合觀測的目標,因為天候關係及為掌握不規則體的出現時機,必須先行發射探空5號,無法等到晚上22:50福衛2號接近台灣上空。

電離層因太陽活動而產生,而每11年為周期的太陽表面活躍期也使電離層受到擾動最為劇烈,各種通訊都會受到嚴重干擾,甚至衛星通訊也會失效。當電離層的電子密度不規則體發生時,其電漿密度產生劇烈擾動,引起電離層氣輝強度的不規則變化。變化愈強,對軍事、航空及越洋通信的影響就愈大。因此,我國近年來積極推動的衛星計劃與探空火箭計劃,均以研究電離層為主。

此次發射任務,探空5號火箭所攜帶的科學酬載包括離子探測器(Ion Probe)及姿態計,離子探測器由中央大學與日本大阪市立大學(Osaka City University)共同研發,其目的為量測離地80~280km高度之間太空環境的電漿密度與離子溫度。除上述酬載之外,科學團隊並在九鵬射場架設1座30MHz雷達,以觀測5m大小的電離層電子密度不規則體特性,包括發生持續時間、不規則體三維結構、漂移速度、電漿亂流強度等。利用地面設備與火箭科學酬載的同時觀測,將可以研究電離層不規則體的激發機制與背景電離層電子密度與離子溫度垂直分布的關聯性。

同時,為了本次探空火箭科學實驗的需求,由中大太空所在台灣本島所架設的4座數位電離層觀測儀,同時啟動觀測電離層,以獲得實驗當時的電離層空間分布的狀態。至於在成大航太場由中大科學團隊所架設的高解析度全球定位系統(GPS)接收機及於台灣本島架設的4座NWRA ITS30接收機,亦同步觀測由電離層不規則體所產生的電離層閃爍現象與全電子含量的空間分布。

根據九鵬基地現場遙傳數據,探空5號火箭第1節於發射6秒後脫離(高度1.9km),第2節於12秒點火(高度5.3km)、42秒燃畢(高度51km),鼻錐罩於58.2秒脫離(高度82km)。於第270秒時火箭最大高度達到282km,飛行時間530秒,自由彈道射程175km,飛行全程均以GPS追蹤火箭位置。

探空5號火箭係發展修改自天弓二型(TK-2)防空飛彈,位於火箭第2節的鼻錐罩由固定式改採平行開啟式機構設計,與過去的4枚空火箭不同,且需於第2節火箭發動機熄火後,鼻錐罩底部與頂部3處在穩定狀態下同時脫離,複雜性較高。同時,NSPO藉此次發射任務量測彈體內外之溫度、壓力、振動等飛行環境,為日後研發更大型的發射載具鋪路。關於探空火箭研發歷程、性能諸元及先前數次任務之性質,詳見尖端科技軍事雜誌2005年1月第245期第6頁報導。

離子探測器於鼻錐罩脫離後進行實驗,當火箭以高速在電離層中向上飛行時,電離層中正電離子便會被裝置在火箭鼻端的離子探測器探頭模組所捕獲,而帶負電電子會被探頭模組中的負電壓阻擋,無法進入離子探測器中。當離子進入探頭模組後,到達離子蒐集器中會產生電流,以電波訊號將資料下傳至地面工作站,經電流訊號處理與分析程序後,便可計算離子流量,再依據當時火箭速度與姿態,可推算出離子密度。
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