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发布: 6:00am 19/12/2021

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人造卫星01:满天“星”斗 卫星网络无处不在

亚太航天集团设下目标,在未来10年发射500颗低轨卫星,以解决偏僻郊区、海岛和山区居民的网络鸿沟,希望每个人享有网络便利,改变自己的人生命运。

1957年10月4日,苏联发射了第一颗“斯普特尼克号”(Sputnik),掀开外太空的神秘纱帘,更激发各国积极探索深不可测的宇宙。如今,我们头顶上有数以千计的人造卫星随着轨道运行,满足人类对通信、娱乐、导航、气象监测等需求。这几年,低轨道卫星迅速成为发展,很多太空科技企业竭力抢占有限的太空轨道,发射大量低轨道卫星组成星链,以打造一个万物联网的时代。我国也赶着乘搭这趟太空经济列车,并计划在2023年发射低轨道卫星,奋力追逐大马太空梦。

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报道:本刊 林德成
照片:取自亚太航天集团网站

“很多人不知道天上有许多小型人造卫星在运行,重量从最小的两公斤,到二十多公斤。”亚太航天集团(Angkasa-X)执行主席拿督谢溢高博士说,人造卫星主要分成3大类:

(一)地球静止轨道卫星(GEO),距离地球3万6000公里。

(二)中地球轨道卫星(MEO),距离地球2000公里以上。

(三)低轨道卫星(LEO),距离地球约500公里至2000公里。

轨道上的每一颗卫星扮演着特定角色和功能,比方说GEO卫星是供通讯和广播用途,大家所熟悉的收费电视台Astro便是采用MEASAT通讯卫星,可以随心所欲地观看国际体育赛事直播、追看英超联赛。MEO卫星大多数是导航卫星,比如人们所熟悉的全球卫星定位系统(GPS)、北斗卫星导航系统、伽利略定位系统等等。MEO卫星是全天候为全球航空运输、远洋航海、交通系统提供定位导航。

说到低轨道卫星(以下简称),马斯克所创办的太空探索技术公司(SpaceX)可谓带动了整个太空经济发展和规模。以往是政府主导航天发射项目,如今私营企业慢慢参与其中,形成了“太空竞赛”,纷纷入驻地球轨道,创建属于自己的太空影响力。

科技让低轨卫星减重

我国在1996年发射MEASAT-1和MEASAT-2之后,陆续几年将TiungSAT-1(2000年)、MEASAT-3(2006年)和RazakSat(2009年)送上天空。相比其他卫星,RazakSat是一颗低轨卫星,肩负着观测地球变化的任务,并拍摄高分辨率图像传回地面。这些图像可以应用在农业、灾害管理、森林覆盖率、城市规划、道路规划等等。谢溢高说,这是大马较为需要的卫星用途,然而该卫星后来失联,即“lost in space”(迷失太空)。

谢溢高希望未来可以拥有一个“太空城”,以创造一个生产链和生态圈,能够一手包办研究、组装、制造、应用开发等等。

他补充,当年乘搭SpaceX“Falcon 1”火箭升空的“RazakSAT”一点也不轻,重量大约150公斤。如今科技日新月异,一颗低轨卫星已经可以缩减至12公斤。“制造卫星成本也跟着大幅降低,以前可能需要1亿,现在100万美元就能做到了。”

过往探索太空是一门高风险产业,卫星造价过于昂贵,许多公司不愿冒险,担心投入的资本会化为乌有。当成本降低以后,市场有很多新创科技公司崛起,投入研发和制造卫星的产业。对此,美国摩根士丹利曾预计,直至2040年,全球太空产业的经济规模,将从3500亿美元增长到1兆美元。

低轨卫星是大势所趋

人造卫星不受任何地理条件限制,覆盖面积亦很广,再配合地面的网络通讯站,便能打造全方位的网络服务。谢溢高强调,卫星网络是大势所趋,尤其低轨卫星拥有低成本、低延时、低功耗、覆盖广的特性,可以让偏僻郊区的人们有机会连接网络,消除数码鸿沟。

有数据显示,东盟国家总人口超过6.68亿,有3亿多的人是无法上网。“因为网络没有覆盖到海岛、山区的居民。东盟国家有很多海岛和森林,当地居民无法使用4G或5G网络。既然不能上网,也就无法改变生活素质和命运。”

他说,亚太航天集团计划未来打造一个500颗卫星的星链,并会在赤道附近运行。若无意外,最快会在2022年杪,到法国发射第一颗自产的低轨卫星。他希望成立一个A-SEANLINK LEO卫星链,提供“卫星即服务”(SAAS),为东盟郊区提供互联网和宽带服务。

2020年6月,沙巴一名女大学生薇薇奥娜(Veveonah)为了获取网络信号应考,被迫爬上树考试,她还录制了一个名为《24 Hours On Tree》的视频分享这个故事。(图:截自Veveonah M的YouTube视频)

“5G+卫星”模式可以互补

卫星网络服务会比5G网络快吗?虽然低轨卫星距离地面很近,但依然有30至40毫秒的网络延迟时间。相反地,5G网络的延迟时间是在5毫秒以内。他说,5G网络赋予人们一个美好的情景,例如:5G网速可以让医生在地球的另一端,通过网络操作机器人,替病人开刀。倘若回到现实,病人内心还是希望这位医生可以亲手操刀,毕竟性命攸关。

由于地理因素限制,不是每一个地方都能建立通讯站。因此,光纤网络和卫星网络可以互补不足,商业公司可以架设一个简便的卫星接收站,变成“网络热点”(hotspot),让住在偏僻森林郊区的居民也能连接网络。

当低轨卫星越来越多,无形中加速智能城市和工业的发展。以自动驾驶车子为例,不是每个地区都会铺设5G网络基站,如果单纯依靠5G网络,一定会遇到“网络盲区”。因此,卫星网络就能派上用场,才能推进自动驾驶发展。

低轨会变得更拥挤?

“如果天空有几百颗低轨卫星就能组成星链,提供卫星服务。”虽然亚太航天集团在未来会发射500颗低轨卫星,但未必能确保无人驾驶顺畅同行。“500颗只是简单预算,如果想要一个国家顺利推行无人驾驶,这个数目恐怕要大幅增加。”对他而言,A-SEANLINK的目标不是为了智能交通或物流,而是关注贫困群体的权益,希望他们可以上网,与世界接轨,提高自己的知识和经济收入。

目前有几家知名卫星营运商正在抢占轨道,分别为SpaceX、OneWeb、亚马逊(Kuiper)和Telesat。SpaceX可说是低轨卫星的“龙头”,拥有最多活跃低轨卫星。马斯克说过,SpaceX未来将会发射4万2000颗低轨卫星,组成一个庞大的“星链”(Starlink)卫星网络。至于其他竞争对手,亚马逊的Kuiper项目计划发射3200颗低轨卫星,OneWeb则打算在2022年结束之前发射648颗低轨卫星。夸张地说,未来地球每个角落都能上网。

倘若全球各国相继发射低轨卫星,会不会造成太空轨道过于拥挤?谢溢高轻而易举地解答了这个疑惑,他举例,人类拥有漫长的海运历史,可否曾听说海上有太多船舶而导致海上交通拥挤?海洋是无边无垠,无论船舶体积再大,都能容纳这些海上交通。

美国太空探索技术公司(SpaceX)截至12月份,一共执行了27次发射任务,目前已经发射1892颗“星链”卫星。SpaceX透露,现在有来自20个国家的14万名用户用着“星链”的网络服务。(图:截自SpaceX官方视频)

“太空比地球大几千或几万倍,要把太空变得拥挤是不太可能的。”大多数人当下没意识到太空真的很大。除非人类持续发射卫星长达100年,那么有可能导致太空轨道出现拥挤的情况。至于电影常会出现骇客入侵卫星系统的情节,然后操控卫星拍摄目标人物的一举一动,这一切有可能吗?“这是好莱坞(电影)的效果,我们还没有具备这种技术可以即时zoom(变焦)到你在路上走。卫星所拍摄的画面,已经是1小时之前的事。”

各国争夺轨道使用权

近年不只美国卫星企业在发射低轨卫星,韩国、中国也相继开拓低轨卫星商机。他说,地球轨道是一个有限的资源,因此联合国旗下的国际电信联盟(ITU)机构会负责分配和管理无线电频谱、卫星轨道。同时还会制定技术标准,以确保全球网络和技术可以无缝连接。

现在每个国家正在争夺轨道使用权,由于每一颗卫星有特定距离,不能太靠近。倘若被其他公司抢先申请轨道位置,届时要再发射其他卫星,就有可能发生相撞事件。目前,他们选择在赤道上发射卫星,可以用较低的成本将卫星送进轨道。“马来西亚是第一个申请赤道低轨卫星的使用权。”

目前,美国和中国正在互相角力,抢占太空经济市场,“未来10年要发射的7万颗卫星发射准证,这两个国家包办了90%。”这也证明一个国家若不发射卫星,其他国家会抢占先机和轨道的使用权。

不过,他说,最大的问题不是制造卫星,反而是发射过程,因为需要动用火箭。“哪里有这么多火箭送卫星上太空?马斯克就具备这两大优势,拥有火箭和卫星,如果我要发射卫星必须租用火箭。”

希望未来打造“太空城”

虽然科技强国可以帮忙制造和发射卫星,但谢溢高坚持由本地公司设计和制造低轨卫星,如此一来才能提升国家的太空科技能力,减少依赖其他国家。

“我们想要自己创造和研发卫星才成立Angkasa-X。”谢溢高希望未来可以拥有一个“太空城”(Angkasa City),以创造一个生产链和生态圈,能够一手包办研究、组装、制造、应用开发等等。“当你的梦想大过能力,那么是在发梦。因此你能力必须大过梦想,才有能力实现。”

在东经91.5E的位置,东亚卫星全球目前有两颗卫星,分别是“MEASAT-3a”、“MEASAT-3b”。在2022年,空巴防务与航天公司将为东亚卫星全球发射新型的通讯卫星“MEASAT-3d”,以取代服役多年的“MEASAT-3”和“MEASAT-3a”。据了解,“MEASAT-3”在今年6月21日出现异常,已经远离东经91.5E的位置。(图:截自MEASAT官网、N2YO官网)

【下篇】 人造卫星02:大量“造星”有隠忧 太空垃圾威胁地球?

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