直徑 45 公分的超大反射主鏡面可接受相當於地表 7.5 萬年的高能粒子輻射量也要承受發射升空時劇烈的震動結構體使用先進的碳纖複合材料具有高強度低吸溼高穩定度可吸收溫差且遭到溼度變形時不會影響成像品質等特性產生的應力也不能導致鏡面變形而影響光學性能並需通過火箭發射

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十焦
5 years ago
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太空飛行體的研發管理張志立太空飛行體運作於極端環境需要一定的壽命且有無法維修的特性和其他產品相較對於高科技的突破與太空品質的要求更為嚴格因此太空飛行體的研發管理有其複雜度與嚴謹性其祕訣是徹底做好對的事福衛五號衛星光學遙測酬載飛行體及其關鍵元件從設計到製造組裝都由國內光學遙測取像儀光學鏡頭團隊包辦

單元光學遙測取像儀執行對地觀測任務的福衛五號遙測衛星所搭載的光學遙測酬載由光學遙測取像儀及遙測酬載電子單元兩部分構成前者採用折反射式的卡賽格林式望遠鏡基本上就是一具從太空對地觀看的望遠鏡由光學元件結構體含熱控元件及互補式金屬氧化物半導體 complementary metal-oxide-semiconductor,

1 太空飛行體的研發管理張志立太空飛行體運作於極端環境需要一定的壽命且有無法維修的特性和其他產品相較對於高科技的突破與太空品質的要求更為嚴格因此太空飛行體的研發管理有其複雜度與嚴謹性其祕訣是徹底做好對的事福衛五號衛星光學遙測酬載飛行體及其關鍵元件從設計到製造組裝都由國內光學遙測取像儀光學鏡頭團隊包辦這是我國極具指標性的太空飛行體研發團隊由國家實驗研究院的 3 個 CMOS 型聚焦面組合影像感測器中心聯合並與國內多個研究單位與廠商共同組成打造第一具國產光學遙測酬載開啟了我國自主發展遙測儀器及其關鍵元遙測酬載電子單元訊號處理件的新紀元建立國人自製高解析度光學酬載的技術能量光學遙測酬載包括光學遙測取像儀及遙測酬載電子單元光學遙測取像儀執行對地觀測任務的福衛五號遙測衛星所搭載的光學遙測酬載由光學遙測取像儀及遙測酬載電子單元兩部分構成前者採用折反射式的卡賽格林式望遠鏡基本上就是一具從太空對地觀看的望遠鏡由光學元件結構體含熱控元件及互補式金屬氧化物半導體 complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS 型聚焦面組合所構成光學元件的研製包括主鏡片與次鏡片的拋光檢測與鍍膜透鏡研磨與鍍膜以及帶通濾光片鍍膜反射主鏡面直徑 45 公分光學系統焦長 3.6 公尺實際長度 1 公尺其中反射主鏡面部分突破了大口徑非球面鏡關鍵技術並透過精密修正拋光使精度提升到奈米等級只有幾個分子大小的誤差這些元件還須通過太空嚴苛環境的考驗如劇烈的高低溫度變化 34

產生的應力也不能導致鏡面變形而影響光學性能並需通過火箭發射動態環境及適應太空環境的需求鏡面操作溫度範圍設定在攝氏 18 22 度間工作時溫度則有賴熱控元件

像科技合作研發設計它的核心是一互補式金屬氧化物半導體感測器這樣的感測晶片從 1 片 8 英寸晶圓中只能切割出 5 片 CMOS 感測器的長寬分別是 12 公分與 2.

2 直徑 45 公分的超大反射主鏡面可接受相當於地表 7.5 萬年的高能粒子輻射量也要承受發射升空時劇烈的震動結構體使用先進的碳纖複合材料具有高強度低吸溼高穩定度可吸收溫差且遭到溼度變形時不會影響成像品質等特性產生的應力也不能導致鏡面變形而影響光學性能並需通過火箭發射動態環境及適應太空環境的需求鏡面操作溫度範圍設定在攝氏度間工作時溫度則有賴熱控元件如多層熱絕緣材溫感器電熱器與散熱片以閉迴路控制 CMOS 型聚焦面組合是光學遙測取像儀的影像感測器由國研院太空中心與微外表包覆特殊多層絕熱膜的光學遙測酬載像科技合作研發設計它的核心是一互補式金屬氧化物半導體感測器這樣的感測晶片從 1 片 8 英寸晶圓中只能切割出 5 片 CMOS 感測器的長寬分別是 12 公分與 2.4 公分含有 5 條長達 12 公分的線型感測器搭配多光譜濾光片與處理電子電路後可同時感測 5 個不同光譜波段的影像所產生的各種光譜組合以滿足不同的遙測應用這是全球第一顆成功應用於太空對地遙測的最大尺寸線型 CMOS 影像感測器值得國人驕傲 CMOS 感測器取自 8 英寸晶圓的感測晶片 35

美國航空暨太空總署 Pre-Phase A 概念研究 Phase A Phase B Phase C Phase D Phase E Phase F 概念及技術發展初步設計最後設計及製造系統組裝測試與發射運作及持續結束 US Department of Defense (DoD) 5000.

3 美國航空暨太空總署 Pre-Phase A 概念研究 Phase A Phase B Phase C Phase D Phase E Phase F 概念及技術發展初步設計最後設計及製造系統組裝測試與發射運作及持續結束 US Department of Defense (DoD) A Pre-systems Acquisition Concept and Technology Development B C IOC FOC Systems Acquisition System Development & Demonstration Sustainment Operations and Support (including Disposal) Production and Deployment US Department of Energy (DoE) Project Planning Period Pre-Project Typical Decision Gates Pre-conceptual Planning New Initiative Conceptual Design Concept Project Execution Preliminary Design Development Final Design Construction Production Mission Acceptance Operational Operations Deactivation 美國航空暨太空總署國防部及能源部使用的系統壽命周期圖飛行體系統壽命周期系統壽命周期依美國航空暨太空總署的規範可分成六個階段一概念研究概念及技術發展二初步設計三的研究是為了提高後續計畫的成功率並達成任務 2010 年開始這計畫正式成立進入最後設計及製造四系統組裝測試與階段一與階段二至 2015 年 3 月發射五運作及持續六結束實底完成階段三的最後設計及製造後際作業時同時遵循我國科技部專案計畫飛行體已經遞交福衛五號遙測衛星這一管考作業的規定辦理過程每周都由計畫室舉行計畫管理會議自 2008 年以來這個案子成立遙測檢討進度討論問題精進計畫的管理與酬載技術研發整合型計畫以前以遙測技術至研製完成遞交飛行體為止五年酬載計畫管理會議與遙測酬載技術討論會議的方式共舉行 69 次密集進行技術可行性探索這是概念研究階段關鍵元件部分也經歷了國研院太多以來共舉行二百多次其他各整合工作團隊 integrated product process team, IPT 也定期舉行技空級 CMOS 影像感知器研發計畫 2005 術討論會議解決所遭遇的問題如光學別於 2009 年 6 月通過福衛五號國內研製行了二百多次技術討論會年 7 月 2009 年 12 月先期研究後分遙測取像儀整合工作團隊於研製期間就舉 CMOS 感知器可行性評估會議及 8 月通接著福衛五號計畫會繼續其階段過福衛五號國內自主發展遙測酬載可行 36 性評估會議本案如此慎重投入可行性四直到階段六結束

4 5.2 遙測酬載計畫管理系統工程遙測取像儀電子單元支援設備計畫管控規格需求光機組合體影像處理單元光學輔助設備合約管理系統驗證聚焦面組合固態資料記錄器機械輔助設備獨立驗證設計整合電機輔助設備鏡面拋光機 NSPO ITRC CIC 介面控制 CMOS 感測器驗證鏡面鍍膜機環境測試潔淨帳遙測酬載專案的工作架構矩陣組織這個案子屬於國研院的整合型計畫責成太空中心主持其他中心包括儀器科技研究中心及晶片中心共同參與共分成遙測酬載系統遙測取像儀與 CMOS 感測器驗證 3 個分項計畫遙測酬載系統分項計畫工作分為系統工程電子單元聚焦面組合結構與熱控發展計畫管理 5 部分其中電子單遙測取像儀分項計畫工作分為遙測取像儀鏡面與透鏡支援設備 3 部分 CMOS 感測器驗證分項計畫的工作則是 CMOS 感測器驗證本計畫的推動有賴各工作架構分別進行同屬福衛五號衛星計畫總工作架構項次 5.2 這項次的工作架構下分計畫管理系統工程遙測取像儀電子單元支援設備 CMOS 感測器驗證等工作架構著重於作業流程系統服元由鑫豪科技股份有限公司負責研發固態務或產品的產出相關專業因工作需要組記錄器及中山科學研究院負責研製遙測酬成臨時任務編組計畫架構則側重於人力載電子單元飛行體聚焦面組合由微像科經費及進度的規劃分項計畫多分屬常設技股份有限公司負責研製 CMOS 型聚焦面單位組織學上稱為矩陣組織意即每組合結構與熱控發展由漢翔航空工業股一分項工作架構都需由各分項計畫完成份有限公司負責研製結構體反之計畫架構下各單位負責的內容也可 37

5 在分項工作中對應出來矩陣組織管理遙測酬載系統分項計畫系統工程電子單元聚焦面組合結構與熱控發展計畫管理遙測取像儀分項計畫遙測取像儀鏡面與透鏡支援設備外中心主任並親自監督而計畫主持人 CMOS 感測器驗證分項計畫 CMOS 感測器驗證每季需向院部作進度報告對外接受科技遙測酬載專案的計畫架構就單位而言能保持組織穩定的精進與成長就計畫而言可以獲得專業技術人力與設備的完整支援整合型計畫管理整合型計畫的管理審查會議除計畫內國研院遙測酬載技術研發整合型計畫部舉行定期會議檢討技術問題與進度之部與研考會管制國家太空中心負責本計畫的推動是主鏡面固定裝置就曾經讓團隊足足困住半依福爾摩沙衛星五號計畫管理方案作年之久因為固定的鏡面需承受火箭發射業規定進行計畫管理所有元件材料時最大值 25G 的加速度同時反射主鏡面飛行體成品都需置於太空環境中通過功與結構體膠合後加諸在鏡面的力量也不能能與性能驗證不能有任何不符規格的項影響鏡面精度目除例行性計畫經費與進度管理之外剛開始不管是黏膠或鎖螺絲都會導致管控重點還包括系統工程合約管理獨鏡面變形光機組裝團隊於是陸續設計立驗證等以下另闢章節分別說明測試修改直到第六次製程設計出特殊關於階段性成果審查依中心的計畫膠合技術才克服這問題反射主鏡面變形審查手冊規定於重大階段完成時由計量從起始的 2 微米 0.1 微米一直降到小於畫或分項計畫主持人召集中心內外專家組 10 奈米終於確認鏡面固定的應力影響鏡成審查委員會進行審查及技術稽核會議面的變形量可被接受目前已經完成辦理包括併入福五計畫的任務設計系統需求聯合審查系統設計審查初步設計審查細部設計審查整合測試備便審查技術稽核等會議則獨立完 38 系統工程配合系統壽命周期系統工程發展出成運送前審查與結案審查也將再併入福不同的系統活動展現方式其中 Vee 系統五計畫中進行工程模型包括很有效的二階段作業流程所有改善項目都存在品保資訊網的待並廣為人熟知階段一由上往下從系辦事項紀錄中並逐項追蹤至問題解決統發展次系統發展進入底層構件發展相關會議簡報技術文件也存入品保資訊進行架構分解與定義作業流程階段二網文件管理系統中由下往上從底層構件實現次系統實現由於衛星科技是各先進國家列為技術進入方案系統實現進行整合測試元件輸出管制的項目因此研發過程若出現障與系統作業流程以整合確認與驗證系礙往往必須自行克服例如光學反射統符合原始需求

系統發展方案系統實現整合確認與驗證規劃整合確認與驗證規劃次系統實現底層構件發展整合整合確認與驗證規劃底層構件實現架構義及定及驗證分解架構次系統發展 Vee 系統工程模型 Vee 系統工程模型的作業流程分別對應系統壽命周期從概念研究階段的可行性概合需求最後驗收成品包括飛行體與相關文件念概念及技術發展階段的頂層架構初

6 系統發展方案系統實現整合確認與驗證規劃整合確認與驗證規劃次系統實現底層構件發展整合整合確認與驗證規劃底層構件實現架構義及定及驗證分解架構次系統發展 Vee 系統工程模型 Vee 系統工程模型的作業流程分別對應系統壽命周期從概念研究階段的可行性概合需求最後驗收成品包括飛行體與相關文件念概念及技術發展階段的頂層架構初上述每一件外包合約的執行過程包步設計及技術完成階段的功能基準最後括品保作為都經過非常嚴謹的履約管理設計及製造階段的配置基準與產品基準並在遞交合約文件中詳實記錄以 CMOS 最後經歷系統組裝整合與測試發射階段與型聚焦面組合外包合約為例其中一份合確保運作及持續支援等階段確認都符合產約遞交文件福爾摩沙衛星五號 CMOS 型品基準完成部署基準直到結束階段聚焦面組合 FPA 研製案成品資料集共計九百餘頁藉由外包或外購獲取的任何元合約管理這計畫主要外包的關鍵元件包括 CMOS 型聚焦面組合與遙測酬載電子單元合約管理都依科學技術基本法第六條第四項及科學技術研究發展採購監督管理辦法件材料加工零件等其品質都不容許有任何疏失才能確保整體任務的成功獨立驗證本中心所有任務型計畫包括本計畫辦理招標簽約履約驗收保固等都由品保組派駐品質保證小組進行獨立驗在品質管理作為上由技術與品保人員遵證同時向品保組長與計畫主持人負責循合約文件的產品保證計畫書規定在過依國際 ISO9001 品質系統規定採用品質程中進行品質與成果審查隨時發掘問題監督重要檢驗點檢討改進與確保產品符管理循環 Plan-Do-Check-Action PDCA 手法按規劃 plan 執行 do 查核 39

check 與修正 action 建置與推展 ISO 度報告當年度科技計畫成果效益報告 9001 品質管理系統每年並藉由一次自我等書面資料如主要預算及時程變更時的內部品質稽查以及認證公司的外部品則需獲得院部同意及科技部核定後辦理質稽查出具管理系統證書的稽查總報告計畫預算由立法院審議當接獲監察院監以確保本中心 ISO 品質管理系統的有效性督的質詢時於期限內也必詳實回覆

7 check 與修正 action 建置與推展 ISO 度報告當年度科技計畫成果效益報告 9001 品質管理系統每年並藉由一次自我等書面資料如主要預算及時程變更時的內部品質稽查以及認證公司的外部品則需獲得院部同意及科技部核定後辦理質稽查出具管理系統證書的稽查總報告計畫預算由立法院審議當接獲監察院監以確保本中心 ISO 品質管理系統的有效性督的質詢時於期限內也必詳實回覆合工作團隊所負責程序如整合測試科總結品質管理循環 PDCA 適用本中心各整技專案計畫管理系統工程型態管理文件管理等與系統或產品如光學遙測酬載遙測取像儀電子單元等的管理活動搭載於福衛五號衛星的光學遙測酬載飛行體已經完成研發及遞交預計 2016 年起會飛行於 720 公里高的太陽同步軌道以程序管理活動而言本研發計畫管台灣地區定點最快兩天內就可拍到 2 米對理的進行由計畫室與各工作團隊協力於地解析度的衛星影像本案飛行體首次由各級管理階層的監督管理下都依科技部國人自主完成研發除了突破各項高科技核定的年度細部計畫書進行每周福五計的障礙外所累積的太空級飛行體研製管畫室及各整合工作團隊都舉行工作討論會理經驗彌足珍貴議檢討進度討論及解決遭遇問題每 1 2 月由主任主持中心科技專案管理會議每季院部會派員參與季管理會議以協助各中心的協調工作計畫室並定期彙整向研考會施政管理系統繳交每季計畫執行情形期中年 40 張志立國家實驗研究院國家太空中心

財金資訊-82期.indd

財金資訊-82期.indd / ( ) ( ) (waterfall model) (spiral model) 1 (output) (input) 1 www.fisc.com.tw 27 Barry Boehm 1988 2 (prototype) (agile) 2 ( ) 3 3 ( ) 28 / No.82 / 2015.04 (software testing) (peer review) ( ) V ( 4 )