【星鏈計劃】構建衛星寬頻網絡，觸發低軌道空間全球爭奪戰！

　　大家生活在大都市內，無線上網當然又快又容易，但居住在偏遠地區的民眾要上網通訊卻非易事。根據聯合國最新數據，目前全球仍有57%人口（約42億人）無法上網。為收窄此「數碼鴻溝」（Digital Divide），有人提出透過通訊衛星，向偏遠地區發射寬頻訊號，用戶只要架好天線，無論是身處深山幽谷抑或遠洋小島，都能享受到城市般順暢的上網體驗；當中的推動者之一正是近年憑Tesla電動車撈到風生水起的科技狂人伊隆·馬斯克（Elon Musk）。

 

星鏈網絡提供廉價寬頻

 

　　2020年10月6日，SpaceX的獵鷹9號火箭（Falcon 9）運載第13批60顆微型衛星，從美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地發射升空，迄今累計成功發射逾700顆低軌道的通訊衛星。

 

由SpaceX自行研製的獵鷹9號火箭，肩負發射星鏈衛星的重任。它是歷史上首枚可多次重複使用一級推進器的液體燃料運載火箭，顛覆了運載火箭只能一次性使用的固有思維。（圖片來源：SpaceX官網）

獵鷹9號火箭張開回收降落腳架，利用略低於火箭重量的推力反向噴射軟著陸後，即可回收重用。（圖片來源：維基百科）

獵鷹9號迄今已發展出5個版本：（從左至右）獵鷹9號1.0版、獵鷹9號1.1版的三個版本、獵鷹9號全推力版的三個版本、獵鷹9號Block 5的三個版本、以及獵鷹重型火箭的兩個版本。現時運載星鏈衛星的是獵鷹9號Block 5。（圖片來源：維基百科）

獵鷹9號火箭單次已能運載與投放60顆星鏈衛星，令衛星發射成本得以大幅下降。（圖片來源：維基百科）

 

　　SpaceX正是馬斯克於2002年創立的民營航太公司，目標是研製可重用的火箭，以降低太空運輸成本，並進行火星殖民。2015年，馬斯克發表一項基於通訊衛星的太空互聯網項目——「星鏈計劃」（Starlink），旨在為全球人類提供平價的寬頻網絡服務，而星鏈服務所賺取的收入，則是推動其火星計劃的必要資金。

 

　　所謂「通訊衛星」（Communications Satellite），是指傳遞與放大無線電通訊訊號的人造衛星。這就好像是把架設大廈天台的無線網絡基站移到太空中，好處是覆蓋範圍非常廣闊，可讓訊號傳遞至全球任何一個角落。

 

高中低軌道三大類型衛星

 

　　目前通訊衛星可按距離地面的高度，劃分為同步軌道衛星、中軌道衛星、低軌道衛星三大類型。同步軌道衛星（Geostationary Earth Orbit，GEO）意指距離地面35,786公里，跟地球同步運轉的衛星，因高度夠高，故只需3顆衛星便可覆蓋地表大部分地區；但也因訊號發送距離較遠，致使訊號延遲時間較長，約為250毫秒。除通訊外，這類衛星還可應用於電視廣播、氣象觀測，以及國防用途。

 

　　中軌道衛星（Medium Earth Orbit，MEO）在距離地面2,000公里至35,786公里之間的軌道運行，因所處位置較低，所以延遲時間亦較短，約為100毫秒，惟卻需要20顆衛星才可覆蓋大部分地區。這類衛星主要用作定位導航，大家常用的手機GPS定位，背後全靠中軌道衛星支撐運作。

 

　　低軌道衛星（Low Earth Orbit，LEO）則是距離地面2,000公里以內的衛星，正因為距離地面較近，故延遲時間可縮減至20毫秒，但卻需要較多數量始能覆蓋大部分地區。離地2,000公里約需5,000顆衛星，離地500公里則需要10,000顆衛星。

 

衛星發射成本大幅下降

 

　　SpaceX星鏈衛星分布於1,100公里、550公里與340公里三個高度，故此馬斯克計劃用11,943顆衛星組成衛星通訊群，圍繞地球運轉，構建成本低廉的無線寬頻網絡。那麼，星鏈網絡開通後，究竟上網費用能便宜到甚麼程度呢？雖然暫時還未有確切答案，但大家試想一下，要在高山或沙漠鋪設光纖纜線，成本是何等昂貴；若改以通訊衛星發送無線網絡，就可省去高昂的布線成本。

 

　　然而，發射衛星的成本不是也很昂貴嗎？事實上，隨著SpaceX掌握了火箭重用技術，多次成功回收和再利用火箭硬件來進行升空，火箭發射成本已下降不少。另一方面，近年微型衛星亦開始成為主流，生產成本較低之餘，火箭單次更能運載數十顆衛星，使衛星發射費用進一步降低。同步軌道大型衛星需1億美元（約7.8億港元）的發射成本，低軌道微型衛星只需1,000萬美元（約7,800萬港元）已能發射64顆了！自2019年起，SpaceX便積極發射星鏈衛星，預計完成全部部署的成本約為100億美元（約780億港元）。

 

馬斯克原本想從俄羅斯購買火箭，惟因價錢太貴而談不攏，於是決定創辦一家公司，自行生產低成本的可重用火箭。時至今日，SpaceX不但已具備發射、回收、重複使用運載火箭的能力，更能夠發射載人飛船進入太空軌道。（圖片來源：維基百科）

 

2020年底北美投入服務

 

　　雖說星鏈衛星有如架設在太空的無線網絡基站，但用戶不能直接用手機或電腦連接衛星，而是要透過衛星天線接收衛星訊號，再轉換成Wi-Fi訊號傳至手機或電腦，才可連線上網。馬斯克表示，Starlink衛星天線非常容易安裝，只要插上電源，並放在可清楚看到天空的地方，天線的內置摩打即會自行啟動，轉到最適合的接收角度。

 

　　2020年夏季，SpaceX已開始對運行中的數百枚星鏈衛星進行Beta封測，並在社交媒體發帖指，初步測試的下載測試速度已達100Mbps。雖然此速度尚未達SpaceX原先提交給美國聯邦通訊委員會（FCC）文件中承諾的Gbps級數，但對網速僅有1Mbps的美、加村鎮居民來說，已是喜出望外了。

 

　　SpaceX指出，美國已有接近70萬名潛在用戶對星鏈服務表示有興趣，需求高於預期，於是2020年８月向FCC提出申請，要求將衛星天線基站的官方授權數量從100萬部增加至500萬部。該公司又表示，星鏈網絡將於2020年底會在美國北部與加拿大南部投入服務，2021年更會把服務拓展至全球，預計到2025年可帶來300億美元（約2,340億港元）的收入，潛在市場規模更可望達至1兆美元（約7.8兆港元）。

 

全球爭奪低軌道空間資源

 

　　由商業角度視之，星鏈衛星的市場定位應是取代既有的中軌道衛星。這類衛星的發射與維修成本皆高，很有可能被低成本的星鏈衛星取而代之，逐步瓜分其市場份額；至於星鏈市場規模，是否真的有如SpaceX所述的1兆美元，目前還是有待觀望。

 

　　不過，從戰略角度來看，現時中軌道已擠滿衛星，只有低軌道仍是空著，在「佔一個位、少一個位」的大前提下，低軌道衛星已成全球太空科技競賽的新戰線。SpaceX表明，星鏈計劃不會止步於11,943顆衛星，未來還會陸續增至42,000顆；亞馬遜（Amazon）發表了「古柏計劃」（Project Kuiper），擬斥資100億美元（約780億港元），發射3,236顆低軌道小型衛星；加拿大衛星通訊商Telesat亦已宣布，將投放220顆大型衛星到低軌道。

 

　　市場估計，及至2029年低軌道衛星數量將高達5.7萬顆，屆時可用空間將會變得所餘無幾。因此，儘管市場還未成形，但在「搶位為先」的迷思下，相信全球業者拼了命也要追趕上去，搶佔有限的低軌道空間資源。

 

Reddit討論區用戶darkpenguin22開車經過威斯康辛州的SpaceX站點時，拍下並上傳疑似是Starlink碟形衛星天線的相片；圖中外形有點像雞蛋的物體，估計是用來保護衛星天線的防護罩。（圖片來源：Reddit討論區）

有興趣試用星鏈網絡的朋友可前往Starlink網站（www.starlink.com）註冊，只要輸入電郵及郵遞地址（香港部分地區也可找到），即可接收所在地的星鏈服務最新資訊。（圖片來源：Starlink官網）

 

 

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