臺灣首個自製衛星星系「福爾摩沙衛星八號」（FORMOSAT-8，下簡稱「福衛八號」）任務的首顆衛星「齊柏林衛星」（FS-8A）於臺灣時間 2025 年 11 月 29 日凌晨 2 時 44 分搭乘美國太空探索公司（SpaceX）獵鷹九號（Falcon 9）之「Transporter-15」共乘發射任務的火箭航班升空，凌晨 5 時 04 分進入預定任務軌道、清晨 5 時 34 分首度與位於挪威海外地面站通聯；同日上午 10 時 42 分，衛星首度通過臺灣上空，與臺灣地面站通聯達 12 分鐘，初步確認衛星電腦、電力系統、姿態等健康狀態皆大致符合預期。歷經一連串嚴密的功能驗證、軌道操控作業及逾百次的測試取像，於今年一月展開正式取像任務。
福衛八號是我國歷來第三個遙測衛星任務、第二度自製光學遙測衛星，並進一步擴展任務規模為遙測衛星星系。星系是由多顆衛星共同執行任務，福衛八號將由 8 顆光學遙測衛星組成星系，運行於 561 公里高的太陽同步軌道，影像地面解析度將全面優於現役的福爾摩沙衛星五號（下簡稱「福衛五號」，其解析度為彩色 4 公尺、黑白 2 公尺），其中前 6 顆的原始解析度達 1 公尺以內，後 2顆更預計推進至 0.5 公尺。這 8 顆衛星依序研製、自 2025 年起逐年升空，逐步形成星系，齊柏林衛星即為福八任務首個升空的衛星。星系運作的一大優勢，是可大幅提升取像頻率，待星系佈建完成，再訪頻率可從福衛五號的兩天一次提升為每日可通過同一地點上空三次，具備更即時的觀測能力。福衛八號除了主要的光學遙測酬載，每顆衛星也將搭載不同的科學酬載，推動多元的太空科學與技術研究。
積累前人經驗的福衛八號
國家太空中心（Taiwan Space Agency, TASA）${}^1$自 1991 年成立以來，至今執行了三期「國家太空科技發展長程計畫」${}^2$，其中，光學遙測衛星一直都是重點發展項目，無論是 2004 年發射的福爾摩沙衛星二號（下簡稱「福衛二號」），或是 2017 年升空、至今仍在軌運作的福衛五號，皆為臺灣光學遙測技術發展的重要里程碑。透過福衛二號與福衛五號，TASA 逐步累積關鍵技術，邁向最重要的發展目標──強化自主性。福衛二號為法國廠商製造，臺灣透過此任務熟悉遙測衛星操控、取像應用；福衛五號首度自主設計製造衛星本體、光學酬載系統與次系統，為福衛八號任務的發展打下深厚基礎。
福衛二號及福衛五號分別作為第一期與第二期太空計畫的寶貴成果，接棒的福衛八號計畫，不但是第三期國家太空科技發展長程計畫的重點發展項目，更是臺灣第一個光學遙測衛星星系計畫，盼透過星系佈建，並搭配未來福爾摩沙衛星九號（下簡稱「福衛九號」）具夜間與穿透雲層取像能力的「合成孔徑雷達」衛星，共同打造每日多次、全天候且近即時的對地觀測網路。光學遙測衛星可提供廣泛的民生運用服務，例如農作物生長監測、環境污染追蹤、災害影像判釋等等。而星系的構建，除了強化各項民生運用的觀測頻率之外，更能在國土安全維護上發揮邊境監控、海域偵測的重要功能。以福衛八號為主體所建構的遙測衛星星系，將成為支持國家安全與民生福祉的重要基礎建設。
福衛八號光機設計
福衛八號是高解析度光學遙測衛星，負責對地表取像，可將其主酬載視為一部從太空觀察地球的望遠鏡，其光學架構從福衛二號、福衛五號到福衛八號衛星，採用的都是「RC式凱薩格林望遠鏡」（Ritchey-Chrétien type Cassegrain telescope），由 1 片主鏡、1 片次鏡、4 片修正透鏡組成。光線進入望遠鏡後，由主鏡（M1）反射至次鏡（M2），次鏡再反射光線通過主鏡中央圓孔、進入修正透鏡，最後聚焦成像至影像感測器上。光學酬載要完善發揮功能，能容許的誤差極為有限，光學鏡面精度須為奈米等級，且不論經歷火箭發射震動，或處於太空運行軌道的真空與極端溫差環境，鏡片相對位置變化僅能在數微米以內。此外，在地面測試階段得出的最佳成像位置，與衛星在太空處於微重力狀態時的實際成像位置會有明顯差異。綜合上述考量，光學工程師需設想各種光學遙測酬載會遭遇的情境，制定因應方式；因此，研發精密的光學遙測酬載，一直都是相當嚴苛的挑戰。
最曲折的過程，莫屬福衛八號內部的構型設計歷經數次演變與改良。雖然先前已有自主研發福衛五號的經驗，不過其衛星構型大幅參照福衛二號，光機系統安裝於衛星本體之上，屬於分離式設計。為了輕量化及微小化，福衛八號重新設計了衛星結構，光機系統嵌合在衛星本體之內。在設計初期，尚未完全掌握光機結構與衛星結構之間交互作用特性，使得光學酬載與衛星本體接合後，容易產生結構些微變形導致像差，使成像品質下降，後續光學團隊多方參考了全球其他光學遙測衛星的設計，據以改良構型。並經由衛星本體結構設計、結構應力模擬、熱控模擬及整合測試等團隊的努力下，在短短半年內完成光機結構與衛星本體搭接的調整，並利用工程驗證體的結構測試確認可行性，2023 年 2 月開始進行福衛八號首顆衛星光機結構的組裝工作。
此外，「準直儀」是光學遙測酬載調焦最依賴的關鍵儀器設備，其精準度與光學品質必須非常優異。福五衛星就是曾因調焦過程所使用的準直儀精度不夠而導致失焦問題，其衛星影像皆須增加後處理的程序加以修正。記取此經驗，福八計畫與國外具備應用實績的廠商合作，不僅引進高品質的準直儀系統，也引進準直儀校準技術，建立標準作業程序，並定期進行校準。另一方面，福衛八號亦精進本身光學酬載設計與測試方法，包含熱調焦機構，以及在熱真空艙內測得光學特性變化。熱調焦機構可驅動次鏡（M2）前後移動數十微米幅度，人員從地面便能操控太空中的衛星執行光學調焦。其他眾多因素如機構形變、重力、溫度變異等也可能影響成像品質，光學團隊透過無數實驗，盡可能精準掌握溫度對光機結構及零組件材料的熱膨脹影響，需要時則可藉由溫度控制調整焦平面位置，讓光線順利聚焦成像於影像感測器。
福衛八號所在的軌道高度比福衛五號低，移動速度更快，解析度又要更高，為此，衛星配備了時間延遲積分技術（Time Delay and Integration, TDI）的影像感測器。這是使用時間延遲累積曝光的方式，讓影像感測器多次曝光、訊號同步累加，強化拍攝影像的訊噪比以提升衛星影像品質。TDI 並非嶄新的科技，但這是臺灣首次導入應用於光學遙測衛星上。國內也曾嘗試自主研發 TDI 感測器，TASA 與日本東京大學航太系合作研發的立方衛星旺來（ONboard Globe-Looking And Imaging Satellite, ONGLAISAT）於 2024 年 11 月升空，其技術驗證任務之一就是國家實驗研究院台灣半導體研究中心研製的 TDI CMOS 影像感測器，成為國內首度自製並於太空驗證成功的 TDI CMOS 影像感測器，後續可望應用在未來的衛星任務中，進一步提升臺灣的衛星自製率。
因應福衛八號逐年依序研製與升空的規劃，TASA 也編制了專業分工的光學酬載組團隊，就已在軌的衛星執行任務的情形，檢討並修正問題，據以改良後續衛星，持續累積經驗。
福衛八號科學酬載：觀測地面最強閃光與電離層
除了進行取像主任務的光學遙測酬載，每一顆福衛八號的衛星，也會搭載不同的科學酬載。前兩顆的科學酬載都跟伽瑪射線有關，第一顆（FS-8A）觀測地球大氣層出現的伽瑪射線；預計2026年升空的第二顆（FS-8B）則是觀測宇宙中的伽瑪射線爆（Gamma Ray Burst）。
FS-8A 搭載成功大學物理系陳炳志教授團隊的「雙波段大氣瞬變影像儀（Dual-band Imager of Atmospheric Transient, DIAT）與電子溫度密度儀（TeNeP）」。衛星行經地球白天區域時執行取像任務，行經夜間區域時則啟動科學酬載，觀測全球電離層，以及閃現於大氣層的「地面伽瑪射線閃光」（Terrestrial Gamma-ray Flash, TGF）。
伽瑪射線能量極強，太空中伽瑪射線爆大多源自於遙遠天體的劇烈現象，如中子星合併，或是黑洞四周的吸積過程等。1994 年，美國國家航空暨太空總署（NASA）康普敦伽瑪射線觀測衛星（CGRO）執行任務時意外探測到來自地球方向的伽瑪射線爆，這是大氣電學的重大發現。時至今日，科學家知悉其與閃電事件高度相關，但觸發機制尚未完全明朗。過去福衛二號的科學酬載「高空大氣閃電影像儀」（ISUAL）至今仍是全世界最完整的閃電資料庫，奠基於過去的資料與研究，希冀藉由 DIAT 酬載取得更多資料，幫助解開 TGF 的謎團。
福衛八號的環境測試
人造衛星升空進入軌道執行預定任務前，必須先通過火箭發射過程強烈振動與音震的考驗，以及入軌後的嚴苛太空環境。因此，在地面上必須進行一系列環境測試，模擬衛星會遭遇的狀況，主要包含振動測試、音震測試、分離衝擊測試、電磁相容性測試、質量特性量測、熱真空測試等。其中，振動測試、音震測試、分離衝擊測試、熱真空測試過程比較劇烈，可能對光機系統造成影響。在這些環測的前後，都必須額外安插不同的光學量測工作，利用準直儀、干涉儀或積分球等儀器設備，確認各個鏡片位置是否因測試過程而偏移，也確認光學性能是否有變異。
FS-8A 組裝與測試總時程超過一年，其中「熱真空測試」最為關鍵與挑戰，嚴重甚至可能造成衛星損傷，被視為衛星的「魔王級關卡」。此測試是為了模擬衛星於軌道上的真空及嚴苛冷熱環境中是否仍能如常運作，測試作業往往費時且勞師動眾。
TASA 擁有全臺最大的熱真空艙，直徑 3 公尺、深度 3.5 公尺，可用於測試 800 公斤以下的衛星或元件。一般衛星進行熱真空測試時並不需要隔振，光學遙測衛星才有此需求。然而，1997 年建置這座熱真空艙時，並非針對光學測試目的，因此未具備隔振功能，艙體深度也有限，無法完整容納約需 7 公尺空間的光學量測相關設備。
受限於現行真空艙，光學酬載團隊相當費心的重新設計測試流程，演練三次後正式執行。2023 年末，團隊先以「望遠鏡光機工程體」（Optical Engineering Model, OEM）展開熱真空測試，過程相當順利，原預估需要一個月時間的時程縮短到兩週完成，且量測誤差極小，堪稱研發里程碑，飛行體的測試亦迅速於2024 年一月中旬接續進行。這是過去福衛五號研發期間沒有達成的測試。
研發人員此前曾在實驗室裡獨立測試熱調焦機構，與 OEM 的光學熱真空測試結果相比，誤差小於一微米。這不僅代表元件技術品質良好，也代表這套光學量測方式可靠，在大氣條件與真空環境條件都適用。團隊在測試前準備、測試操作、功能驗證與數據整理分析，都及時發現問題並加以解決，顯示 TASA 在光學衛星技術已漸趨成熟。
光學遙測衛星是第三期國家太空科技發展長程計畫的重要任務，為使後續衛星任務更順利地進行，TASA 引進了更大型的熱真空艙：直徑 5.8 公尺，深度達 11.8 公尺。新艙體於 2025 年六月初安裝到改建中的衛星整測廠房，預計隔年啟用，未來可將準直儀與光學酬載系統一同設置於真空艙內，在最貼近太空的環境中執行更完整的光學性能量測。
此外，光學酬載團隊還在 2024 年進行了特殊的月球拍攝測試。這不算常規測試，但多了這道檢驗程序，團隊可以更透徹掌握光機特性。團隊先在實驗室調焦完畢，接著把重量約一百多公斤的福衛八號 OEM 搬到衛星整測廠房頂樓，拍攝農曆二月初八的上弦月。月亮與地球平均距離為 38 萬公里，可將月光視為來自無窮遠處的平行光，是驗證光學調焦成果的理想天體，可藉此驗證調焦手法是否準確，檢測後焦距離是否與運用準直儀調校的結果一致；此外，也能透過觀察影像中月球隕坑等地貌呈現，檢視影像的銳利度。
未來展望
福衛八號除了代表著我國太空科技的進展，也是推動臺灣產業跨足太空領域的重要里程碑。作為福衛八號星系首顆的齊柏林衛星，其關鍵元件自製率達 84%。除由 TASA 自主研發 9 項關鍵元件外，亦集結國內 33 家產官學研單位合作完成 11 項關鍵技術。齊柏林衛星在執行任務的同時，也使這些元件獲得國際太空產業高度重視的飛行履歷（Flight Heritage），為臺灣太空產業奠定更堅實的基礎。
此外，光學遙測衛星也是國際合作、科技外交的利器。TASA 自 2010 年起參加日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）發起之「守望亞洲」（Sentinel Asia）計畫，此為串連各國衛星觀測資源，致力防災和人道救援目的之多邊合作計畫。每當亞太地區發生災害，該會員國可提出取像需求，有餘裕支援的國家便無償提供災害取像服務。截至 2025 年 12 月，守望亞洲有來自 30 個國家的 108 個成員、19 個國際組織共 127 個會員，成員分為資料提供者（Data Provider Node, DPN）與資料分析者（Data Analysis Node, DAN），分別負責衛星取像與衛星資料分析。擁有遙測衛星、可擔任資料提供者的會員僅有 10 個，臺灣的 TASA 就是其中之一，自加入以來共支援 254 件國際災害事件。
TASA 自 2022 年起亦投入資料分析工作，更於 2023 年成為僅次於 JAXA 的第二大資料貢獻者；臺灣境內發生災害時，也能透過守望亞洲機制取得其他國家的衛星影像支援。未來隨福衛八號光學遙測星系逐步建置，其影像將可為國內外災防與環境監測提供更即時且高解析度的資料。然而，光學遙測仍受限於天氣與雲覆，為彌補此限制，研發中的福衛九號任務將由兩顆合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar, SAR）衛星構成，SAR 為主動式遙測技術，可於夜間或雲覆情況下取像，且對地表變形相當靈敏。未來福衛八號光學遙測星系與福衛九號的 SAR 將相輔相成，全面提升臺灣在太空遙測領域的整體能量。
${}^1$1991 年行政院核定成立國家太空計畫室籌備處，2003 年財團法人國家實驗研究院成立，國家太空計畫室籌備處改隸其管轄，並更名為國家太空計畫室，2005 年再更名為國家太空中心，2023 年 1 月 1 日起改制為行政法人國家太空中心，直接隸屬於國家科學及技術委員會，中文名稱不變，英文由 NSPO（National Space Organization）改為TASA（Taiwan Space Agency）。
${}^2$國家太空科技發展長程計畫（簡稱太空計畫），至今共進行三期，第一期太空計畫為 1991 年至 2006 年，第二期太空計畫為 2004 年至 2018 年，第三期太空計畫為 2019 年至 2031 年。
