人工智慧技術應用在各行各業愈見成熟，日前國家太空中心林主任指出，我國未來10年的三期太空計畫將朝著「人工智慧」衛星發展，本文將回顧福爾摩沙衛星智慧化的演進。
人工智慧好比人的人腦運作，人之所以能夠「開智」，首先需要學習以累積足夠的資訊也就是經驗，用以建立判斷基礎，學習是實現人工智慧最重要的過程，從大數據中利用規律，將未知資料進行預測的演算法。隨著科技的進步，人工智慧在人造衛星上的設計是逐漸演化，循序漸進；人造衛星在漫漫的太空中飛行為例，要如何判別地球和衛星的相對位置，保持正面隨時向著地球，或者是太陽能電池板可以正面朝著太陽來說明，衛星元件逐漸智慧化。
福爾摩沙(中華衛星)一號的技術
中華衛星一號設計有地球感測器(Earth Sensor)，利用像素熱電傳感器陣列檢測地球邊緣，以計算人造衛星與地球的傾角和仰角，準確性是+/- 1.5度。華衛一號是科學衛星，衛星只要知道地球在哪裡就可以進行科學實驗，包括海洋水色以及Ka超高頻通訊實驗。為了使台陽能電池版正面朝著衛星，在太陽能電池板邊緣裝備有太陽感測器，用來偵測太陽的位置。
福爾摩沙衛星一號模擬飛行英姿(太空中心網站)
星象追蹤儀 (太空中心網站)福爾摩沙二號衛星以降開啟智慧化的濫觴
從福衛二號開始，因為遙測衛星對於，福爾摩沙衛星系列在設計上，對於準確度要求相當高；捨棄地球感測器，進化到使用星相追蹤儀(Star Tracker)，星相追蹤儀就像是我們的眼睛，準確性為0.005度，比起地球感器提高了300倍。星相追蹤儀有龐大的天體星座的相對位置資料庫儲存晶片在資料處理單元，在衛星飛行在太空飛行時，利用照相頭不間斷地觀測太空，並比對星相資料庫以後，可以演算出衛星的姿態為何；因此福衛二號利用「星相大數據」並以數學演算法，開啟了衛星智慧化的濫觴。
聰明的ARO自動處置程序
人造衛星飛行周遭環境非常嚴苛，有宇宙射線和太陽輻射以及日夜溫差的熱循環的真空環境；輻射線是接近光速的高能粒子，可能會射穿衛星的保護殼，對衛星元件造成傷害，好比在營火晚會，爆裂的火星，可能會將我們的衣服燒穿一個洞，對我們的皮膚造成傷害。當衛星飛行時遇到環境狀況，可能導致部分功能失常。因此太空中心在衛星發射前，事先充分演練以及狀況分析，經過多次的模擬，撰寫自動恢復型態指令(Automatic Reconfiguration Order, ARO)，使衛星智慧化，當遇到狀況時馬上啟動ARO自動處置程序，以保護衛星。
衛星上智能尋標系統設計(國家太空中心)規劃中的福爾摩沙智慧衛星
由於地球有雲層的覆蓋，其中一些圖像不適合使用。為了避免將這些不太理想的圖像傳回地球，並且節省影像儲存空間，有兩種方式，第一種是使用人工智慧晶片將對遙測照相儀所拍式的影片進行過濾，以便僅回傳可用數據，以確保更高質量的影像數據，而且使交付效率大大提高。
第二種方法是提前自動判別拍照路徑，遙測衛星在設計階段時，拍照解析度越變越高時，將會面臨拍照區域的刈福(像幅)變小的問題。因此在人造衛星飛行的路徑上，設計衛星的遙測酬載自動判別拍照路徑，將可以提高衛星拍照的效率，並減少因為雲層阻擋拍照的失敗率。
人工智慧和智能尋標輔助系統(太空中心)衛星上安裝具有提前辨識有價目標的相機，可以輔助衛星飛行時，自動規劃取像路徑，增加拍攝影像效能，並引導衛星拍攝時避開多雲區域，在海面搜索時，可自動避開無目標物的功能。
在智能衛星設計時，衛星所搭載的主酬載旁，增加較低解析度，但具備廣視角之前視光學遙測副酬載，在衛星飛行的路經上(如圖四)，以紅色代表的前視搜索區域，提前拍攝拍攝路經，將拍攝影像即時送給電腦晶片演算，為人工智慧和智能尋標輔助系統。
智慧化影像處理可快速反應減少自然災害損失
近年來因氣候變遷，災害來臨時都又快又急，強降雨所造成的土石流與堰塞湖等需要快速識別，透過衛星上第一時間資料自動解析，再搭配地面快速判讀等程序，快速反映給受災及援救單位，以減少救災反應時間及降低災害成本。
因此太空中心將研發星上特定圖像自動辨識功能，延伸至衛星影像識別，結合精確的全球定位系統(GPS)資訊，加入機器學習(Machine learning)以及雲端(Cloud)資料庫，進行智能即時辨識與預警，可使用於災害區域。
參考資料
- 太空中心網站
- 2019台北航太展太空產業研討會，人工智慧在太空科技上的應用，國家太空中心研究員劉小菁組長。
