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歐洲太空總署啟動毫米級地球量測計畫

歐洲太空總署啟動毫米級地球量測計畫


歐洲太空總署（ESA, European Space Agency）將投入 7660 萬歐元（約 8300 萬美元），用於開發全新飛行觀測站 Genesis，以實現毫米級精度的地球定位服務，這個計畫是整體衛星定位系統合約的一部分，而此合約總金額達到 2.33 億歐元（約 2.53 億美元），目的在於推動全球衛星導航技術的革新。
 
Precise Earth measurement from space
Precise Earth measurement from space, image source: The Europe Space Agency www.esa.int 
 

Genesis 計畫：毫米級精度的地球參考框架

Genesis 將建立國際地球參考框架（ITRF, International Terrestrial Reference Frame），為一個全球性坐標系統，能夠精確測定地球的位置與運動，精度達到單毫米級，並具有每年 0.1 毫米 (mm) 的長期穩定性，為實現此目標，Genesis 搭載了多種先進技術，結合現代科技的最佳成果來量測地球的動態變化：
  1. 衛星導航測距（Satellite Navigation Ranging）
    利用衛星與地面接收器之間的訊號傳輸時間，計算其精確距離，進一步提升地球表面運動與變化的監測能力。
  2. 超長基線干涉量測（VLBI, Very-Long-Baseline Interferometry）
    透過全球射電望遠鏡的訊號時間差觀測技術，VLBI 提供高精度的地球旋轉參數和板塊運動數據，對地球量測和天文學研究至關重要。
  3. 衛星雷射測距（Satellite Laser Ranging）
    透過量測雷射脈衝的傳播時間，精確計算衛星到地面的距離，用於監測全球海平面上升和地球重力場的變化。
  4. 多普勒軌道測定與衛星綜合無線電定位系統（DORIS, Doppler Orbitography and Radio positioning Integrated by Satellite）
    透過分析無線電訊號的多普勒頻移，確定衛星的精確位置，是研究地球形狀和運動的核心技術。
  5. 超穩定振盪器（USO, Ultra-Stable Oscillator）
    作為時間基準設備，USO 確保各量測技術的同步，並進一步提升觀測結果的可靠性。
這些技術將由超穩定振盪器（USO, Ultra-Stable Oscillator）同步校正，透過糾正各技術的內在偏差，實現更高精度的地球測量數據。
Genesis 計畫的主要承包商 OHB Italia 總經理 Roberto Aceti 表示：「Genesis 是全球首個整合四大測地技術於一體的衛星，其校正和同步水平將達到前所未有的高度，提供突破性的地球量測數據。」
 

高精度導航與 LEO-PNT 示範計畫

ESA 此次合約還包含兩筆分別為 7840 萬歐元（約 8520 萬美元）的資金，用於支援低地球軌道定位導航與授時示範器（LEO-PNT, Low Earth Orbit Positioning Navigation and Timing demonstrator）計畫，該計畫是一個小型星座示範衛星系統，專注於提升衛星導航系統的定位精度和訊號覆蓋範圍。

LEO-PNT 計畫的主要創新包括：

    測試新型訊號與頻段，增強現有中地球軌道（MEO, Medium Earth Orbit）衛星導航系統（GNSS）的抗干擾能力。
    擴展導航服務覆蓋至深度城市區域 (衛星信號難以進入的地區) 和室內環境，解決當前訊號無法抵達的限制。
    結合 5G 和 6G 等開放通訊標準，支援物聯網（IoT, Internet of Things）、緊急服務以及低延遲數據傳輸的新應用。

ESA 預計，LEO-PNT 星座將於 2027 年前完成部署，而 Genesis 設備的發射則定於 2028 年。
 

多領域應用與影響

Genesis 與 LEO-PNT 計畫不僅有助於升級歐洲的 Galileo 衛星導航系統，還將在航空、交通管理、自主車輛定位與導航等領域提供支持。同時，其數據還能應用於：
  • 氣象預測與自然災害監測
  • 氣候變化影響研究
  • 土地管理與測繪
  • 地球物理與天文學基礎研究
ESA 表示：「這些計畫將確保歐洲在全球衛星導航技術領域的領導地位，為未來導航技術的發展奠定堅實基礎。」
 

未來導航技術的發展

Genesis 和 LEO-PNT 計畫同屬於 ESA 的 FutureNAV 計畫，這個計畫致力於推動全球衛星導航技術的現代化，Genesis 預計於 2028 年發射，而 LEO-PNT 示範器星座將更早投入使用。

這些創新的計畫標誌著衛星導航技術即將邁向更高精度、更廣泛應用的里程碑，進一步鞏固歐洲在全球航太領域的領導地位。

** 示範器星座 (Demonstrator Constellation) 是指由多顆衛星組成的小型衛星群，用於測試和驗證新技術或新系統的可行性與性能，這些衛星通常按照特定的設計與軌道佈局進行部署，以模擬完整運行系統的工作方式。

參考文獻

The Register

European Space Agency to measure Earth at millimeter scale
https://www.theregister.com/2024/03/20/esa_1_millimeter/ 

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