Wyvern 如何透過太空技術打造更美好的地球

神話迷或《龍與地下城》(D&D) 的玩家，可能對雙足飛龍 (wyvern) 這種生物並不陌生。雙足飛龍通常描述為類似龍的生物，但只有兩條腿、一對翅膀，以及尖銳的尾巴，是讓無數故事或 D&D 冒險隊伍聞之色變的兇猛魔物。

不過，這和太空有何關係呢？如今，Wyvern 不再是翱翔天際的怪物，而是利用衛星和高光譜成像，至立於揭露人們口中所謂無法以肉眼看見的地球真相。該團隊的「最終使命是提供有關地球的資料，協助人類實現更永續的未來。」Wyvern 驗證與確認負責人暨共同創辦人 Callie Lissinna 表示。

隨著 Dragonette 星座正式投入運作，該公司如今能夠從低地球軌道 (LEO)，蒐集具備高空間解析度的商業高光譜成像資料。Wyvern 隨後將這些高品質的可靠資料，提供給各行各業的專家，協助他們因應當今最為嚴峻的部分挑戰。

氣候危機即是一例。高光譜資料能揭露地球表面實際發生的狀況，為不可或缺的必備工具，有助於我們更有效掌握氣候變遷的前因後果。其中一項原因是溫室氣體排放。Lissinna表示：「我們未來世代的衛星，將能在地球大氣層中，偵測並測量這些排放物。」高光譜資料也能用於早期偵測偏遠地區管線中的氣體洩漏，例如：協助工程師修復洩漏點，並將進入大氣層的排放量降到最低。這還只是其中一部分而已。Lissinna 也指出，高光譜資料能偵測出許多與氣候變遷相關的影像資訊，例如：水域隨時間的變化、特定區域的植物種類組成等。

高光譜資料的另一個重要應用領域是農業。「我們的技術有助於評估影響作物健康與產量的環境條件。」Wyvern 機械設計負責人 David Miller 表示。此產業的其他相關應用，還包括透過精確判斷何處需要水分或養分，以利最佳化資源分配、觀察土地覆蓋變化，並監測關鍵物種的健康狀況。這些工作都極其重要，因為如 Lissinna 所說：「到了 2050 年左右，我們將需要養活 100 億人，所以必須瞭解如何以最有效的方式，善用地球上現有的所有資源，讓人類能夠持續繁榮並永續生存下去。」

這些只是 Wyvern 所提供的太空高光譜成像資料中，眾多可能用途的一小部分。來自全球各領域的領導者運用這些資料，將能精準監控地表變化，並針對有時不易察覺的問題做出明智決策。

深入探究龍之寶藏：Wyvern 的核心技術

為了理解高光譜相機的重要性，我們需要先回顧一些基本概念。地球表面上的每種物質都有其光譜特徵，Lissinna 將其稱為化學組成的指紋。高光譜成像技術會將這些光譜特徵，細分為更小的光譜波段。「透過這些細微波段，可看出影像中每個像素的化學組成。」Lissinna 說道。「一般照片無法達到這種細緻程度。」這使得從這些影像進行偵測與分類的能力大幅提升。

更具體地說，一般的影像相機會將光譜分為三個光譜波段 (紅、綠、藍)，然後重建成最終的彩色圖像。因此，一般照片會將一片草地呈現為綠色。使用高光譜成像技術時，光譜會細分為更多波段，進而揭露額外資訊。舉例來說，與其呈現一片綠地，高光譜資料可透過額外的光譜波段，分辨出綠地中的哪些區域，缺乏水分或特定養分，而且不僅如此。藉由高光譜成像技術，您可以看見肉眼無法辨識的細節，例如植物中的葉綠素呈現。

Wyvern 目前的 Dragonette 星座所產生的高光譜成像資料，為 5.3 公尺的地面採樣距離，以及 23 個獨特的光譜波段，能辨識地表上的獨特化學與物理特性。這些影像由 Wyvern 團隊處理至 Level 1B (L1B) 等級，並轉換為 GeoTIFF 格式，以便更順利整合至客戶既有的工作流程。

為了確保一切達到最佳化，Wyvern 團隊於是仰賴 Ansys 模擬軟體。

模擬是將每片 Wyvern 拼圖串連起來的關鍵

Miller 表示，Wyvern「在整個設計流程中全面使用模擬工具」。這是從最初的軌道設計與任務規劃階段就開始。Wyvern 團隊在這裡會使用 Ansys Systems Tool Kit (STK) 數位任務工程軟體研究各種潛在情境，以判斷最有效率的軌道配置，並規劃由哪一顆衛星負責每筆客戶訂單。「STK 軟體對於這個流程而言，是絕對不可或缺的基礎。」Miller 說道。

團隊的下一個步驟是利用模擬，進而最佳化成像望遠鏡的設計。這是流程中極其關鍵的一環，因為一旦在太空中出現問題，是無法輕易修復的。「我們必須進行模擬，才能真正驗證此產品是否能在太空環境中正常運作。」Lissinna 表示。Wyvern 藉由模擬，能在開發流程的早期階段，確認其設計能如預期運作，並符合各項要求。這一點特別重要，因為從太空任務設計到實際部署，可說是一段漫長的過程，若在後期才發現錯誤，可能導致重大延誤。

至於 Wyvern 團隊到底如何利用模擬軟體最佳化設計，他們採用了多款 Ansys 產品。例如，他們使用 Ansys Thermal Desktop 熱中心建模軟體，進行望遠鏡熱分析。Lissinna 和 Miller 都強調，太空中的嚴苛高熱環境，為設計帶來諸多挑戰。舉例來說，他們的設計必須能承受在一半軌道時間內，陽光直射所帶來的高溫，以及在另一半軌道時間內，地球陰影面所造成的極端低溫。

Miller 強調，針對他們的高光譜望遠鏡進行熱分析至關重要，這些望遠鏡是需要在嚴苛環境下運作的精密儀器。「想解決相關問題，需要用到強大的模擬工具，因此 Thermal Desktop 軟體對我們來說非常關鍵。」Miller 說道。「我們隨時都在執行模擬，因為需要研究為數甚多的不同情境，才能瞭解望遠鏡在各種條件下的表現。」

Ansys Mechanical 結構有限元素分析軟體，能模擬 Wyvern 望遠鏡所受的結構干擾。藉由 Mechanical 軟體，Wyvern 能研究即使只有數奈米的變形，將會如何影響其設計。此外，他們還使用 Ansys Granta Selector 材料選擇軟體，以因應複雜的材料篩選流程。Granta 軟體讓 Wyvern 得以檢視大量潛在材料，找出最符合設計限制條件的選項。在設計初期階段，Wyvern 會使用 Granta Selector 掃描可用材料的整體概況，尋找深具潛力的理想候選材料：  「Granta 所提供的自訂材料特性指標與篩選器，協助我們縮小候選材料範圍。」Miller 表示。在後續設計流程中，Wyvern 會將 Granta 中的龐大材料資料，應用於熱分析與結構模擬。

最後，Wyvern 也會使用 Ansys Zemax OpticStudio 光學系統設計與分析軟體，以設計其光學系統、建構精密調整光學元件的控制系統，並整合所有分析結果，以評估其對於望遠鏡光學效能的影響。

將這些不同模擬的結果整合起來，是流程中的另一個關鍵步驟。「隨著我們的設計逐步推進，這些工具會全面整合運作。」Miller 說道。透過這些強大的整合工具，即便是個小型團隊，Wyvern 也能對從事的工作深具信心。

在整體設計與開發過程中，Wyvern 也利用模擬提升效率、打造自動化工作流程，並節省成本。「身為一家新創公司，我們必須時時刻刻精打細算，而模擬可讓我們採用更具成本效益的方式，驗證部分關鍵功能。」Lissinna 表示。此外，Wyvern 透過參與 Ansys 新創公司計畫，得以更有效率地取得開發產品所需的各項工具，加速整體開發流程。

儘管目前討論過的模擬分析，都是在 Wyvern 進行實體原型製作與測試之前進行，但這並不代表模擬在該階段就結束了。「隨著我們進一步進入測試階段，甚至進入實際飛行階段，將會再次運用這些模擬工具驗證測試結果。」Miller 說道。「在飛行階段，我們也持續使用 STK 軟體規劃任務容量，並最佳化作業流程。」為了達成蒐集最多影像、為客戶帶來正面影響的目標，Wyvern 善用 STK 軟體進行策略性規劃與優先排序，藉此決定如何運用現有資源，蒐集所有必要的影像。這一點極其重要，因為 Wyvern 的客戶仰賴他們能在正確的時間與地點拍攝影像，這就需要持續監控衛星軌道，以確保其效能表現。

從現行工作流程到未來發展，模擬軟體始終是 Wyvern 流程中不可或缺的一環。正如 Lissinna 所說，模擬工具有助於確保「完美拼起每一片工程拼圖」，進而實現系統最佳效能。

Wyvern 的下一步冒險

目前討論的內容不過是 Wyvern 提供一切的起點，該公司已著手準備邁入下一階段。

其中一項即將推出的技術進展，是新一代衛星的開發與發射，這些衛星將能提供光譜範圍更廣泛、解析度更高的資料。這將讓他們能夠偵測更多樣的物質與化學特徵。這些衛星加入現有的星座後，Wyvern 將能以更高的頻率拍攝更多影像，並據此推出新產品。

Miller 分享 Wyvern 團隊未來的計畫，可能包括利用他們的高光譜資料，進一步探索月球或太陽系的其他行星。「長遠來看，我們希望能在其他行星周圍部署衛星，協助人類向太陽系拓展。」Lissinna 表示。在整個過程中，團隊計畫持續運用模擬技術，協助實現他們對未來的願景。

深入瞭解模擬技術如何協助您實現目標。