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低軌道衛(wèi)星將為海上通訊帶來全新應(yīng)用視野

作者: 時(shí)間:2021-08-29 來源:CTIMES 收藏
每天利用手機(jī)查看各種訊息、新聞、追劇已經(jīng)成為日常生活,甚至對(duì)網(wǎng)速及低價(jià)格的追求,無(wú)法想象沒有行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的生活。試想如果每天限制只能使用一小時(shí)的上網(wǎng)服務(wù),而且訊號(hào)不穩(wěn)定,更不用說想觀看YouTube,你可以忍受多久?
這些日常的隨時(shí)連網(wǎng)生活,對(duì)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(gòu)買無(wú)線網(wǎng)絡(luò)卡,但價(jià)格高昂,訊號(hào)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(gòu)買更多流量,但價(jià)格也不便宜,而且可能航行到部分海上區(qū)域時(shí),會(huì)沒有訊號(hào)。

衛(wèi)星是唯一的基地臺(tái) 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(wú)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(wú)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(wú)線電訊號(hào)發(fā)射到地面,達(dá)到兩站或多站間的通訊。
所以簡(jiǎn)單來說,可以想象衛(wèi)星通訊,就是把通訊基地臺(tái)從地面移到太空,讓訊號(hào)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法達(dá)到區(qū)域,補(bǔ)足地面光纖無(wú)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(shí),衛(wèi)星通訊即可補(bǔ)足其不足。
提供衛(wèi)星通訊的基地臺(tái)-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(guó)防,其運(yùn)行軌道距離地球約3.57萬(wàn)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(shí),等同于地球自轉(zhuǎn)周期,如果從地表觀測(cè)站看上去就像靜止不動(dòng)。
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(wàn)公里之間,主要用于導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng),例如美國(guó)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和中國(guó)北斗衛(wèi)星(Beidou)。
而最后距離地球地面僅0.06~0.2萬(wàn)公里之間的,在馬斯克于2015年提出SpaceX將推動(dòng)「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。


產(chǎn)業(yè)化 科技巨擘爭(zhēng)相搶占
LEO衛(wèi)星因離地球表面較近,相對(duì)于其他衛(wèi)星而言,與地球間訊號(hào)較強(qiáng),也能減少訊號(hào)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(wèi)星,才能滿足隨時(shí)都有一顆衛(wèi)星來進(jìn)行通訊,使得需透過大量制造小型衛(wèi)星,朝「星系化」趨勢(shì)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(dòng)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(gè)LEO網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星,并于上個(gè)月傳出已于4月收購(gòu)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(shí)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(dòng)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(bào)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(gè)產(chǎn)業(yè)。

衛(wèi)星走向模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化 中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)切入機(jī)會(huì)看漲


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本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/202108/427877.htm

圖二 : 中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的衛(wèi)福七號(hào)也是低軌道衛(wèi)星,是由中國(guó)臺(tái)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(shì),且提到奈米衛(wèi)星使用年限低,需有長(zhǎng)期且穩(wěn)定供貨能力來支撐,也讓中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)廠商有機(jī)會(huì)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(yíng)收市場(chǎng)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(yíng)收約占整體市場(chǎng)近五成,而中國(guó)臺(tái)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(jìng)爭(zhēng)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(wú)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(tái),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(jià)值也越高。
另在衛(wèi)星制造領(lǐng)域上,也有半導(dǎo)體封測(cè)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(duì)終端需求上升,未來商機(jī)無(wú)限。
低軌道衛(wèi)星通訊不受地形限制的優(yōu)勢(shì),提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率,為當(dāng)前發(fā)展智慧航運(yùn)如無(wú)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(hào)稱AI船長(zhǎng)的自駕船-五月花號(hào),與法國(guó)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(shí)監(jiān)控AI系統(tǒng)。

看似前景可期的衛(wèi)星通訊,但太空競(jìng)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(guó)政府與印度財(cái)團(tuán)標(biāo),但對(duì)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(jià)問題,星鏈計(jì)劃在去年提供初始beta服務(wù),開放大眾申請(qǐng),用戶需花499美元買衛(wèi)星天線連接衛(wèi)星,每個(gè)月再付99美元Wi-Fi服務(wù)費(fèi),從部分市場(chǎng)滿意度調(diào)查結(jié)果顯示,即使目前設(shè)備定價(jià)其實(shí)并不符成本,SpaceX自身負(fù)擔(dān)了2/3成本,但對(duì)美國(guó)偏遠(yuǎn)地區(qū)所得相對(duì)較低的居民來說,此安裝費(fèi)用跟費(fèi)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(jī)上Wi-Fi市場(chǎng),目前已向美國(guó)政府申請(qǐng)星鏈設(shè)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(jī)上Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

但在提供海空通訊服務(wù)市場(chǎng)領(lǐng)域,還必須面對(duì)老牌衛(wèi)星服務(wù)提供商競(jìng)爭(zhēng),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(guó)衛(wèi)星通訊公司Inmarsat在上個(gè)月,即宣布將發(fā)射一組LEO衛(wèi)星,并與5G行動(dòng)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(yǔ)
對(duì)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(huì)是一大福音。受惠于低軌道衛(wèi)星通訊的普及,未來環(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(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)法到達(dá)的區(qū)域,達(dá)到陸??盏娜娓采w。


關(guān)鍵詞: 低軌道衛(wèi)星 海上通訊

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