作者：陸向陽
2021年12月21日，新一代的Astro Pi運用火箭（註1、2）順利送上國際太空站（International Space Station, ISS）（註3）。Astro Pi是什麼？為何要去太空站？本文以時間脈絡方式說明。
Astro Pi計畫 激勵學生開發動力
多數人知道樹莓派（Raspberry Pi, RPi）發創於2012年，發創後在2014年樹莓派基金會發起一項名為Astro Pi的活動，活動以RPi硬體為基礎，但附加上多種感測器、搖桿、按鈕、LED矩陣顯示器等，然後也加上因應航太環境的機構設計，如散熱片、鋁質機殼、黏貼扣、支撐臂，如此的RPi稱為Astro Pi。Astro Pi可在太空環境運作，活動計畫上要將2台Astro Pi送上國際太空站運作。
圖2 國際太空站（圖片來源：ESA–L. Parmitano，授權方式CC BY-SA 3.0 IGO）
有了硬體後，接著向19歲以下的廣大學子發出邀請，鼓勵撰寫並提交可在Astro Pi執行的程式，提交的程式會隨Astro Pi一起上太空，在太空站上執行，太空站裡的太空人會把執行結果記錄下來並傳回地球，優勝程式的撰寫人可獲得1台標準RPi、1台Astro Pi、1張電子證書，以及跟Astro Pi團隊、太空人見面，這對學生是一大肯定與鼓舞。
Astro Pi的活動主要在激勵學生的開發動力與樂趣，畢竟學生照著範例程式來撰寫、執行，所能獲得的成就感有限；個人數位創作或參與電子競賽或許可以帶來更大的肯定，但離真正業界實務尚遠；若是運用學生對太空的好奇與嚮往，從而撰寫更能受現實歷練的程式，就更理想。也因此英國商務部在活動成立之初就資助200萬英鎊，期許學子更快成長。
2015年12月2台Astro Pi順利到達太空站，一台叫Astro Pi Ed，負責太空生活（Life in Space），主要用Astro Pi的感測器來感測太空站內的各種生活環境動向，如溫度、濕度、重力方向、空氣品質等；另一台叫Astro Pi Izzy，被黏貼在太空站的對外觀景窗上，窗外對著地球，負責地球生活（Life On Earth），從太空角度觀察地球的各種動向，如雲層、植被、磁場等變化。
Astro Pi活動最初在英國，後來法國太空人加入，2017年更擴大與歐洲太空總署的教育單位ESA Education（European Space Agency）合作，向22個ESA成員國開放（註4），成員國的19歲以下學子都可參與競賽，活動也擴大成兩大項：零號任務（Mission Zero）與太空實驗室任務（Mission Space Lab），前者給初階學子，鼓勵性質為多，後者則為較正式的太空實驗應用（註5）。
圖3 ESA詳解Astro Pi（圖片來源：ESA）
圖4 小女孩Liz獲得參與2020/21年Mission Zero的認證（圖片來源：樹莓派基金會）
Astro Pi競賽活動至2019年已有6,559份程式上太空，到了2021年則有9,408份，參與人數計有14,993人，其中Mission Zero有來自24國的14,054名年輕人撰寫程式，每個程式在太空中有30秒的執行時間，撰寫內容主要是用濕度感測器感測後，透過LED矩陣將濕度資訊呈現給太空人看；至於Mission Space Lab則有939名學生、232個團隊參與，每個程式可執行3小時。
配合全新賽程 新版Astro Pi抵達太空站
2015年Astro Pi升空後，畢竟RPi改版快速，2019年Astro Pi團隊就在開發新版（或稱為增強版）的Astro Pi，好取代第一套上太空的Astro Pi，新版稱為Astro Pi VIS與Astro Pi IR，如最一開頭所述：新版已順利到達太空站，並取代Ed、Izzy。
圖5 新版Astro Pi的組成（圖片來源：樹莓派基金會）
圖6 取代Astro Pi Izzy的Astro Pi IR（圖片來源：歐洲太空教育資源辦公室ESERO）
新的Astro Pi使用RPi 4，記憶體8GB，並追加配置RPi官方的高品質攝影機、Google的Coral機器學習硬體加速器、顏色與亮度感測器，以及被動紅外線感測器。其他感測器則與前代相同，如陀螺儀、加速度感測器、磁阻感測器、溫度感測器、濕度感測器、壓力感測器等。
事實上發射新的Astro Pi也是為了新的賽程，新一輪的Mission Space Lab有更多團隊報名參與，已有來自23國800多個團隊報名，參與人數3100多人，程式提交截止時間2022年2月24日，目前已提交的研究提案約有一半（49%）用及機器學習，或許這是新Astro Pi會附加上機器學習硬體加速器的原因。
同樣的，Mission Zero也同樣開放新一輪的報名參與競賽。有意思的是，疫情期間為了讓小孩在家能專注於學習與創意，Mission Zero競賽改變賽則，變成個人或團體都可報名參加。
小結
或許，Astro Pi活動、挑戰賽也可以給予國內相關啟發，雖然不容易上到國際太空站，但是用熱氣球高空觀察記錄與研究台灣，或裝設在高山、海岸，或過去曾有媒體將廢棄物埋入定位器，追蹤廢棄物車輛動向等，也都可以參考借鏡。
註
註1：在美國佛羅里達州甘迺迪太空中心39A發射場，使用SpaceX公司的Flacon 9（隼）火箭，火箭頂部為Dragon 2（龍）太空船，透過太空船將Astro Pi運載到太空站上，太空船上也有其他物資，如食物、聖誕禮物、研究中的癌症藥物所需的材料、研究傷口癒合實驗的生物列印機、研究洗滌劑如何在微重力下運作的材料。
註2：SpaceX是知名科技人士Elon Musk（俗稱鋼鐵人）的公司，主要為研製可多次回收利用的火箭，並提供將物資（多為人造衛星）運上太空的發射服務。過往要將物資送上太空多使用一次性火箭，完成運送後火箭即拋向外太空或最終墜毀於地球，導致發射成本高，之後改以太空梭（大陸稱航空飛機、香港稱穿梭機）取代，但太空梭需要人為操作，在數次災故並犧牲多名太空人，人們放棄太空梭回頭用火箭，但試圖能妥善回收火箭，SpaceX即著眼於此，但也有人其他發射技術在發展中，如無人機拋送、有駕駛員的高空飛機拋送等。
註3：太空站是一種載有太空人、較大型的人造衛星，與人造衛星相同均繞著地球運轉，但具有較大的姿態自主性、速度調控能力。
註4：之後達23～26國，包含歐洲以外的加拿大等。
註5：程式主題有5種可選，包含太空飛行感測器、衛星成像、太空量測、資料融合、太空輻射等。
註6 : 正體、簡體差異：
- 太空站=空間站
- 太空人=宇航員
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