低軌道衛星將為海上通訊帶來(lái)全新應用視野
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這些日常的隨時(shí)連網(wǎng)生活，對船上的船員而言，卻不是那么理所當然，船上生活彷佛與世隔絕，還必須忍受枯燥的海洋環(huán)境，似乎比我們更需要網(wǎng)絡(luò )與外界鏈接。盡管后來(lái)船員已可以購買(mǎi)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )卡，但價(jià)格高昂，訊號也不穩定，一直要到近幾年，船東透過(guò)船上裝設衛星網(wǎng)絡(luò )天線(xiàn)，提供船員在海上上網(wǎng)的服務(wù)，情況才逐漸改善。
但實(shí)務(wù)上，雖然船員使用海上連網(wǎng)較以前改善許多，但仍存在許多使用上的限制。先假設船東愿意提供船員福利，在船上裝設天線(xiàn)并釋放給船員使用，但連網(wǎng)速度慢、流量管制，或者只能是文字通訊軟件才能使用等，即使提供船員可自行購買(mǎi)更多流量，但價(jià)格也不便宜，而且可能航行到部分海上區域時(shí)，會(huì )沒(méi)有訊號。
衛星是唯一的基地臺 海上網(wǎng)絡(luò )架設不易
究竟海上上網(wǎng)為何如此困難？這跟存在已久的船員短缺問(wèn)題可能也息息相關(guān)，因為如果可以克服無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)的問(wèn)題，或許就可以提高船員上船的意愿，而希望公司可以提供無(wú)限度的上網(wǎng)，應該是所有船員的心聲。
海上網(wǎng)絡(luò )是透過(guò)衛星上網(wǎng)設備進(jìn)行衛星通訊，衛星通訊是利用衛星中的轉發(fā)器作為中繼，將電波放大后，再反射或轉發(fā)放大無(wú)線(xiàn)電訊號發(fā)射到地面，達到兩站或多站間的通訊。
所以簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，可以想象衛星通訊，就是把通訊基地臺從地面移到太空，讓訊號范圍涵蓋更廣，因此衛星通訊具有覆蓋范圍廣、可通訊距離遠、不受地形限制等優(yōu)點(diǎn)，可非常有效解決目前地面有線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )無(wú)法達到區域，補足地面光纖無(wú)法到達的區域，所以當船只和航空器因離地無(wú)法利用有線(xiàn)通訊時(shí)，衛星通訊即可補足其不足。
提供衛星通訊的基地臺-通訊衛星，可按照其運行軌道高度分為三類(lèi)，包括同步軌道（Geostationary Earth Orbit；GEO）、中軌道（Medium Earth Orbit；MEO）和低軌道（Low Earth Orbit；LEO）等三種。
同步軌道衛星多用于通訊、天氣和國防，其運行軌道距離地球約3.57萬(wàn)公里，運行方向與地球自轉方向相同，繞行一圈約需24小時(shí)，等同于地球自轉周期，如果從地表觀(guān)測站看上去就像靜止不動(dòng)。
其次中軌道衛星，顧名思義其距離地球表面較近，落在0.2~3.57萬(wàn)公里之間，主要用于導航衛星系統，例如美國全球衛星定位系統（GPS）和中國北斗衛星（Beidou）。
而最后距離地球地面僅0.06~0.2萬(wàn)公里之間的低軌道衛星，在馬斯克于2015年提出SpaceX將推動(dòng)「星鏈計劃」（Starlink）后，已是當前最熱門(mén)的話(huà)題之一，LEO衛星可用來(lái)搜集地表大數據外，也做新型通訊衛星系統之用。
低軌道衛星產(chǎn)業(yè)化 科技巨擘爭相搶占
LEO衛星因離地球表面較近，相對于其他衛星而言，與地球間訊號較強，也能減少訊號傳遞的延遲時(shí)間，但也因距離越地球越近，繞地球一周的時(shí)間越短，需要大量衛星，才能滿(mǎn)足隨時(shí)都有一顆衛星來(lái)進(jìn)行通訊，使得低軌道衛星需透過(guò)大量制造小型衛星，朝「星系化」趨勢發(fā)展，且由于每顆衛星使用壽命約為5~7年，此后每年都需持續制造和發(fā)射新的微型衛星來(lái)進(jìn)行汰換，才能維持衛星系統的良好運作。
目前全球著(zhù)名推動(dòng)LEO通訊衛星星系計劃，除SpaceX推出Starlink星鏈計劃外，Amazon旗下Blue Origin公司提出 Kuiper 計劃，規劃將發(fā)射約3200個(gè)LEO網(wǎng)絡(luò )衛星，并于上個(gè)月傳出已于4月收購臉書(shū)衛星網(wǎng)絡(luò )部門(mén)，加速其LEO聯(lián)網(wǎng)計劃。
此外專(zhuān)門(mén)負責設計和制造星座衛星的OneWeb，目前已發(fā)射254顆衛星，將為高緯度區域，如阿拉斯加、北歐、格陵蘭和北極地區，提供高速網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。加拿大衛星通訊公司Telesat也積極投入LEO項目，預計于2022年開(kāi)始提供網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。
LEO衛星在短時(shí)間內造成一股炫風(fēng)，受惠于火箭發(fā)射成本的大幅降低。許多公司看好LEO衛星帶動(dòng)大量發(fā)射微型衛星的需求商機，積極投入研發(fā)微型衛星的發(fā)射載具，火箭發(fā)射能力的高度突破，大幅降低了發(fā)射成本。以SpaceX為例，因成功開(kāi)發(fā)可回收的火箭，加上每次可發(fā)射的衛星量持續上升，今年初破紀錄一次成功發(fā)射143科微型衛星，據報導當前SpaceX火箭每公斤發(fā)射成本最低只要1,410美元。
要大量部屬軌道衛星，就得仰賴(lài)體型重量較小的微型衛星，當前微型衛星重量約100公斤以下，奈米衛星更是僅約幾10公斤重量。由于微型衛星或奈米衛星的制造成本低，技術(shù)門(mén)坎較低，讓越來(lái)越多資金投入這個(gè)產(chǎn)業(yè)。
衛星走向模塊化與標準化 中國臺灣地區切入機會(huì )看漲
圖二 : 中國臺灣地區的衛福七號也是低軌道衛星，是由中國臺灣地區設計，近40家業(yè)者投入。（source:科技部）
衛星本體未來(lái)將走向模塊化及標準品的趨勢，且提到奈米衛星使用年限低，需有長(cháng)期且穩定供貨能力來(lái)支撐，也讓中國臺灣地區廠(chǎng)商有機會(huì )切入LEO需求供應鏈，積極在衛星產(chǎn)業(yè)展開(kāi)布局。
整體衛星營(yíng)收市場(chǎng)中，大致可分為地面接受設備、通訊服務(wù)、衛星制造及衛星發(fā)射服務(wù)等，根據估計其中地面接收設備領(lǐng)域，營(yíng)收約占整體市場(chǎng)近五成，而中國臺灣地區廠(chǎng)商因在地面接收設備組件的發(fā)展較成熟，在此一領(lǐng)域具有高度競爭力，扮演組件供貨商角色，包括提供小型衛星地面站（VSAT）設備，如天線(xiàn)、高頻無(wú)線(xiàn)通信模塊、機組構件、電源供應器等組件，也因相較于提供家中基地臺，衛星運作的太空環(huán)境條件更為嚴苛，可創(chuàng )造的附加價(jià)值也越高。
另在衛星制造領(lǐng)域上，也有半導體封測及衛星芯片等廠(chǎng)商，積極切入制造供應鏈中。如果通訊服務(wù)能順利展開(kāi)，隨著(zhù)用戶(hù)增加，對終端需求上升，未來(lái)商機無(wú)限。
低軌道衛星通訊不受地形限制的優(yōu)勢，提高網(wǎng)絡(luò )覆蓋率，為當前發(fā)展智慧航運如無(wú)人船或智慧船舶，關(guān)鍵且根本須先解決的通訊問(wèn)題提供良好的解決方案，今年初由IBM與海研組織Promare開(kāi)發(fā)號稱(chēng)AI船長(cháng)的自駕船-五月花號，與法國達利斯集團（Thales Group）合作，利用銥星通訊公司推出的銥星系統（Iridium Certus），在運行過(guò)程中實(shí)時(shí)監控AI系統。
看似前景可期的衛星通訊，但太空競賽是個(gè)耗時(shí)耗資的產(chǎn)業(yè)，以去年受到新冠疫情影響，宣布破產(chǎn)的Oneweb，最終被英國政府與印度財團標，但對衛星通訊服務(wù)提供商而言，未來(lái)仍有許多難題需克服。
先是成本定價(jià)問(wèn)題，星鏈計劃在去年提供初始beta服務(wù)，開(kāi)放大眾申請，用戶(hù)需花499美元買(mǎi)衛星天線(xiàn)連接衛星，每個(gè)月再付99美元Wi-Fi服務(wù)費，從部分市場(chǎng)滿(mǎn)意度調查結果顯示，即使目前設備定價(jià)其實(shí)并不符成本，SpaceX自身負擔了2/3成本，但對美國偏遠地區所得相對較低的居民來(lái)說(shuō)，此安裝費用跟費率價(jià)格仍然不低，但要吸引住在都市的人似乎更不可能。同樣的價(jià)格及網(wǎng)速，還不如使用光纖網(wǎng)絡(luò )，也因此SpaceX希望搶食機上Wi-Fi市場(chǎng)，目前已向美國政府申請星鏈設備安裝到移動(dòng)式地面站，也正在與幾家航空公司洽談，提供機上Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。
但在提供?？胀ㄓ嵎?wù)市場(chǎng)領(lǐng)域，還必須面對老牌衛星服務(wù)提供商競爭，這些過(guò)去使用同步衛星提供通訊服務(wù)的公司，也開(kāi)始投入部署低軌道衛星，例如英國衛星通訊公司Inmarsat在上個(gè)月，即宣布將發(fā)射一組LEO衛星，并與5G行動(dòng)衛星和其現有的地球同步軌道（GEO）衛星相結合，為客戶(hù)提供更廣和更高效能的通訊能力。
結語(yǔ)
對消費者而言，尤其是船員來(lái)說(shuō)，能夠在海上自由使用網(wǎng)絡(luò )將會(huì )是一大福音。受惠于低軌道衛星通訊的普及，未來(lái)海上通訊環(huán)境可望大幅改善。低軌道衛星通訊可為未來(lái)通訊，實(shí)現其全領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò )概念，填補了現在無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )無(wú)法到達的區域，達到陸?？盏娜娓采w。
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