低軌道衛(wèi)星將為海上通訊帶來全新應(yīng)用視野
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這些日常的隨時連網(wǎng)生活，對船上的船員而言，卻不是那么理所當(dāng)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。盡管后來船員已可以購買無線網(wǎng)絡(luò)卡，但價格高昂，訊號也不穩(wěn)定，一直要到近幾年，船東透過船上裝設(shè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)天線，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(shè)船東愿意提供船員福利，在船上裝設(shè)天線并釋放給船員使用，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更多流量，但價格也不便宜，而且可能航行到部分海上區(qū)域時，會沒有訊號。
衛(wèi)星是唯一的基地臺 海上網(wǎng)絡(luò)架設(shè)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題可能也息息相關(guān)，因?yàn)槿绻梢钥朔o線上網(wǎng)的問題，或許就可以提高船員上船的意愿，而希望公司可以提供無限度的上網(wǎng)，應(yīng)該是所有船員的心聲。
海上網(wǎng)絡(luò)是透過衛(wèi)星上網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行衛(wèi)星通訊，衛(wèi)星通訊是利用衛(wèi)星中的轉(zhuǎn)發(fā)器作為中繼，將電波放大后，再反射或轉(zhuǎn)發(fā)放大無線電訊號發(fā)射到地面，達(dá)到兩站或多站間的通訊。
所以簡單來說，可以想象衛(wèi)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(wèi)星通訊具有覆蓋范圍廣、可通訊距離遠(yuǎn)、不受地形限制等優(yōu)點(diǎn)，可非常有效解決目前地面有線及無線網(wǎng)絡(luò)無法達(dá)到區(qū)域，補(bǔ)足地面光纖無法到達(dá)的區(qū)域，所以當(dāng)船只和航空器因離地?zé)o法利用有線通訊時，衛(wèi)星通訊即可補(bǔ)足其不足。
提供衛(wèi)星通訊的基地臺-通訊衛(wèi)星，可按照其運(yùn)行軌道高度分為三類，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(wèi)星多用于通訊、天氣和國防，其運(yùn)行軌道距離地球約3.57萬公里，運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，繞行一圈約需24小時，等同于地球自轉(zhuǎn)周期，如果從地表觀測站看上去就像靜止不動。
其次中軌道衛(wèi)星，顧名思義其距離地球表面較近，落在0.2~3.57萬公里之間，主要用于導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，例如美國全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）和中國北斗衛(wèi)星（Beidou）。
而最后距離地球地面僅0.06~0.2萬公里之間的低軌道衛(wèi)星，在馬斯克于2015年提出SpaceX將推動「星鏈計(jì)劃」（Starlink）后，已是當(dāng)前最熱門的話題之一，LEO衛(wèi)星可用來搜集地表大數(shù)據(jù)外，也做新型通訊衛(wèi)星系統(tǒng)之用。
低軌道衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化 科技巨擘爭相搶占
LEO衛(wèi)星因離地球表面較近，相對于其他衛(wèi)星而言，與地球間訊號較強(qiáng)，也能減少訊號傳遞的延遲時間，但也因距離越地球越近，繞地球一周的時間越短，需要大量衛(wèi)星，才能滿足隨時都有一顆衛(wèi)星來進(jìn)行通訊，使得低軌道衛(wèi)星需透過大量制造小型衛(wèi)星，朝「星系化」趨勢發(fā)展，且由于每顆衛(wèi)星使用壽命約為5~7年，此后每年都需持續(xù)制造和發(fā)射新的微型衛(wèi)星來進(jìn)行汰換，才能維持衛(wèi)星系統(tǒng)的良好運(yùn)作。
目前全球著名推動LEO通訊衛(wèi)星星系計(jì)劃，除SpaceX推出Starlink星鏈計(jì)劃外，Amazon旗下Blue Origin公司提出 Kuiper 計(jì)劃，規(guī)劃將發(fā)射約3200個LEO網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星，并于上個月傳出已于4月收購臉書衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)部門，加速其LEO聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃。
此外專門負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和制造星座衛(wèi)星的OneWeb，目前已發(fā)射254顆衛(wèi)星，將為高緯度區(qū)域，如阿拉斯加、北歐、格陵蘭和北極地區(qū)，提供高速網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。加拿大衛(wèi)星通訊公司Telesat也積極投入LEO項(xiàng)目，預(yù)計(jì)于2022年開始提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
LEO衛(wèi)星在短時間內(nèi)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(wèi)星帶動大量發(fā)射微型衛(wèi)星的需求商機(jī)，積極投入研發(fā)微型衛(wèi)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，因成功開發(fā)可回收的火箭，加上每次可發(fā)射的衛(wèi)星量持續(xù)上升，今年初破紀(jì)錄一次成功發(fā)射143科微型衛(wèi)星，據(jù)報導(dǎo)當(dāng)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(wèi)星，就得仰賴體型重量較小的微型衛(wèi)星，當(dāng)前微型衛(wèi)星重量約100公斤以下，奈米衛(wèi)星更是僅約幾10公斤重量。由于微型衛(wèi)星或奈米衛(wèi)星的制造成本低，技術(shù)門坎較低，讓越來越多資金投入這個產(chǎn)業(yè)。
衛(wèi)星走向模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化 中國臺灣地區(qū)切入機(jī)會看漲
圖二 : 中國臺灣地區(qū)的衛(wèi)福七號也是低軌道衛(wèi)星，是由中國臺灣地區(qū)設(shè)計(jì)，近40家業(yè)者投入。（source:科技部）
衛(wèi)星本體未來將走向模塊化及標(biāo)準(zhǔn)品的趨勢，且提到奈米衛(wèi)星使用年限低，需有長期且穩(wěn)定供貨能力來支撐，也讓中國臺灣地區(qū)廠商有機(jī)會切入LEO需求供應(yīng)鏈，積極在衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)展開布局。
整體衛(wèi)星營收市場中，大致可分為地面接受設(shè)備、通訊服務(wù)、衛(wèi)星制造及衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)等，根據(jù)估計(jì)其中地面接收設(shè)備領(lǐng)域，營收約占整體市場近五成，而中國臺灣地區(qū)廠商因在地面接收設(shè)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(wèi)星地面站（VSAT）設(shè)備，如天線、高頻無線通信模塊、機(jī)組構(gòu)件、電源供應(yīng)器等組件，也因相較于提供家中基地臺，衛(wèi)星運(yùn)作的太空環(huán)境條件更為嚴(yán)苛，可創(chuàng)造的附加價值也越高。
另在衛(wèi)星制造領(lǐng)域上，也有半導(dǎo)體封測及衛(wèi)星芯片等廠商，積極切入制造供應(yīng)鏈中。如果通訊服務(wù)能順利展開，隨著用戶增加，對終端需求上升，未來商機(jī)無限。
低軌道衛(wèi)星通訊不受地形限制的優(yōu)勢，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，為當(dāng)前發(fā)展智慧航運(yùn)如無人船或智慧船舶，關(guān)鍵且根本須先解決的通訊問題提供良好的解決方案，今年初由IBM與海研組織Promare開發(fā)號稱AI船長的自駕船-五月花號，與法國達(dá)利斯集團(tuán)（Thales Group）合作，利用銥星通訊公司推出的銥星系統(tǒng)（Iridium Certus），在運(yùn)行過程中實(shí)時監(jiān)控AI系統(tǒng)。
看似前景可期的衛(wèi)星通訊，但太空競賽是個耗時耗資的產(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(cái)團(tuán)標(biāo)，但對衛(wèi)星通訊服務(wù)提供商而言，未來仍有許多難題需克服。
先是成本定價問題，星鏈計(jì)劃在去年提供初始beta服務(wù)，開放大眾申請，用戶需花499美元買衛(wèi)星天線連接衛(wèi)星，每個月再付99美元Wi-Fi服務(wù)費(fèi)，從部分市場滿意度調(diào)查結(jié)果顯示，即使目前設(shè)備定價其實(shí)并不符成本，SpaceX自身負(fù)擔(dān)了2/3成本，但對美國偏遠(yuǎn)地區(qū)所得相對較低的居民來說，此安裝費(fèi)用跟費(fèi)率價格仍然不低，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(jī)上Wi-Fi市場，目前已向美國政府申請星鏈設(shè)備安裝到移動式地面站，也正在與幾家航空公司洽談，提供機(jī)上Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
但在提供?？胀ㄓ嵎?wù)市場領(lǐng)域，還必須面對老牌衛(wèi)星服務(wù)提供商競爭，這些過去使用同步衛(wèi)星提供通訊服務(wù)的公司，也開始投入部署低軌道衛(wèi)星，例如英國衛(wèi)星通訊公司Inmarsat在上個月，即宣布將發(fā)射一組LEO衛(wèi)星，并與5G行動衛(wèi)星和其現(xiàn)有的地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星相結(jié)合，為客戶提供更廣和更高效能的通訊能力。
結(jié)語
對消費(fèi)者而言，尤其是船員來說，能夠在海上自由使用網(wǎng)絡(luò)將會是一大福音。受惠于低軌道衛(wèi)星通訊的普及，未來海上通訊環(huán)境可望大幅改善。低軌道衛(wèi)星通訊可為未來通訊，實(shí)現(xiàn)其全領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)概念，填補(bǔ)了現(xiàn)在無線通信網(wǎng)絡(luò)無法到達(dá)的區(qū)域，達(dá)到陸?？盏娜娓采w。
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