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发布: 6:00am 19/12/2021

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人造衛星01:滿天“星”鬥 衛星網絡無處不在

亞太航天集團設下目標,在未來10年發射500顆低軌衛星,以解決偏僻郊區、海島和山區居民的網絡鴻溝,希望每個人享有網絡便利,改變自己的人生命運。

1957年10月4日,蘇聯發射了第一顆人造衛星“斯普特尼克號”(Sputnik),掀開外太空的神秘紗簾,更激發各國積極探索深不可測的宇宙。如今,我們頭頂上有數以千計的人造衛星隨著軌道運行,滿足人類對通信、娛樂、導航、氣象監測等需求。這幾年,低軌道衛星迅速成為發展焦點,很多太空科技企業竭力搶佔有限的太空軌道,發射大量低軌道衛星組成星鏈,以打造一個萬物聯網的時代。我國也趕著乘搭這趟太空經濟列車,並計劃在2023年發射低軌道衛星,奮力追逐大馬太空夢。

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報道:本刊 林德成
照片:取自亞太航天集團網站

“很多人不知道天上有許多小型人造衛星在運行,重量從最小的兩公斤,到二十多公斤。”亞太航天集團(Angkasa-X)執行主席拿督謝溢高博士說,人造衛星主要分成3大類:

(一)地球靜止軌道衛星(GEO),距離地球3萬6000公里。

(二)中地球軌道衛星(MEO),距離地球2000公里以上。

(三)低軌道衛星(LEO),距離地球約500公里至2000公里。

軌道上的每一顆衛星扮演著特定角色和功能,比方說GEO衛星是供通訊和廣播用途,大家所熟悉的收費電視臺Astro便是採用MEASAT通訊衛星,可以隨心所欲地觀看國際體育賽事直播、追看英超聯賽。MEO衛星大多數是導航衛星,比如人們所熟悉的全球衛星定位系統(GPS)、北斗衛星導航系統、伽利略定位系統等等。MEO衛星是全天候為全球航空運輸、遠洋航海、交通系統提供定位導航。

說到低軌道衛星(以下簡稱低軌衛星),馬斯克所創辦的太空探索技術公司(SpaceX)可謂帶動了整個太空經濟發展和規模。以往是政府主導航天發射項目,如今私營企業慢慢參與其中,形成了“太空競賽”,紛紛入駐地球軌道,創建屬於自己的太空影響力。

科技讓低軌衛星減重

我國在1996年發射MEASAT-1和MEASAT-2之後,陸續幾年將TiungSAT-1(2000年)、MEASAT-3(2006年)和RazakSat(2009年)送上天空。相比其他衛星,RazakSat是一顆低軌衛星,肩負著觀測地球變化的任務,並拍攝高分辨率圖像傳回地面。這些圖像可以應用在農業、災害管理、森林覆蓋率、城市規劃、道路規劃等等。謝溢高說,這是大馬較為需要的衛星用途,然而該衛星後來失聯,即“lost in space”(迷失太空)。

謝溢高希望未來可以擁有一個“太空城”,以創造一個生產鏈和生態圈,能夠一手包辦研究、組裝、製造、應用開發等等。

他補充,當年乘搭SpaceX“Falcon 1”火箭升空的“RazakSAT”一點也不輕,重量大約150公斤。如今科技日新月異,一顆低軌衛星已經可以縮減至12公斤。“製造衛星成本也跟著大幅降低,以前可能需要1億,現在100萬美元就能做到了。”

過往探索太空是一門高風險產業,衛星造價過於昂貴,許多公司不願冒險,擔心投入的資本會化為烏有。當成本降低以後,市場有很多新創科技公司崛起,投入研發和製造衛星的產業。對此,美國摩根士丹利曾預計,直至2040年,全球太空產業的經濟規模,將從3500億美元增長到1兆美元。

低軌衛星是大勢所趨

人造衛星不受任何地理條件限制,覆蓋面積亦很廣,再配合地面的網絡通訊站,便能打造全方位的網絡服務。謝溢高強調,衛星網絡是大勢所趨,尤其低軌衛星擁有低成本、低延時、低功耗、覆蓋廣的特性,可以讓偏僻郊區的人們有機會連接網絡,消除數碼鴻溝。

有數據顯示,東盟國家總人口超過6.68億,有3億多的人是無法上網。“因為網絡沒有覆蓋到海島、山區的居民。東盟國家有很多海島和森林,當地居民無法使用4G或5G網絡。既然不能上網,也就無法改變生活素質和命運。”

他說,亞太航天集團計劃未來打造一個500顆衛星的星鏈,並會在赤道附近運行。若無意外,最快會在2022年杪,到法國發射第一顆自產的低軌衛星。他希望成立一個A-SEANLINK LEO衛星鏈,提供“衛星即服務”(SAAS),為東盟郊區提供互聯網和寬帶服務。

2020年6月,沙巴一名女大學生薇薇奧娜(Veveonah)為了獲取網絡信號應考,被迫爬上樹考試,她還錄製了一個名為《24 Hours On Tree》的視頻分享這個故事。(圖:截自Veveonah M的YouTube視頻)

“5G+衛星”模式可以互補

衛星網絡服務會比5G網絡快嗎?雖然低軌衛星距離地面很近,但依然有30至40毫秒的網絡延遲時間。相反地,5G網絡的延遲時間是在5毫秒以內。他說,5G網絡賦予人們一個美好的情景,例如:5G網速可以讓醫生在地球的另一端,通過網絡操作機器人,替病人開刀。倘若回到現實,病人內心還是希望這位醫生可以親手操刀,畢竟性命攸關。

由於地理因素限制,不是每一個地方都能建立通訊站。因此,光纖網絡和衛星網絡可以互補不足,商業公司可以架設一個簡便的衛星接收站,變成“網絡熱點”(hotspot),讓住在偏僻森林郊區的居民也能連接網絡。

當低軌衛星越來越多,無形中加速智能城市和工業的發展。以自動駕駛車子為例,不是每個地區都會鋪設5G網絡基站,如果單純依靠5G網絡,一定會遇到“網絡盲區”。因此,衛星網絡就能派上用場,才能推進自動駕駛發展。

低軌會變得更擁擠?

“如果天空有幾百顆低軌衛星就能組成星鏈,提供衛星服務。”雖然亞太航天集團在未來會發射500顆低軌衛星,但未必能確保無人駕駛順暢同行。“500顆只是簡單預算,如果想要一個國家順利推行無人駕駛,這個數目恐怕要大幅增加。”對他而言,A-SEANLINK的目標不是為了智能交通或物流,而是關注貧困群體的權益,希望他們可以上網,與世界接軌,提高自己的知識和經濟收入。

目前有幾家知名衛星營運商正在搶佔軌道,分別為SpaceX、OneWeb、亞馬遜(Kuiper)和Telesat。SpaceX可說是低軌衛星的“龍頭”,擁有最多活躍低軌衛星。馬斯克說過,SpaceX未來將會發射4萬2000顆低軌衛星,組成一個龐大的“星鏈”(Starlink)衛星網絡。至於其他競爭對手,亞馬遜的Kuiper項目計劃發射3200顆低軌衛星,OneWeb則打算在2022年結束之前發射648顆低軌衛星。誇張地說,未來地球每個角落都能上網。

倘若全球各國相繼發射低軌衛星,會不會造成太空軌道過於擁擠?謝溢高輕而易舉地解答了這個疑惑,他舉例,人類擁有漫長的海運歷史,可否曾聽說海上有太多船舶而導致海上交通擁擠?海洋是無邊無垠,無論船舶體積再大,都能容納這些海上交通。

美國太空探索技術公司(SpaceX)截至12月份,一共執行了27次發射任務,目前已經發射1892顆“星鏈”衛星。SpaceX透露,現在有來自20個國家的14萬名用戶用著“星鏈”的網絡服務。(圖:截自SpaceX官方視頻)

“太空比地球大幾千或幾萬倍,要把太空變得擁擠是不太可能的。”大多數人當下沒意識到太空真的很大。除非人類持續發射衛星長達100年,那麼有可能導致太空軌道出現擁擠的情況。至於電影常會出現駭客入侵衛星系統的情節,然後操控衛星拍攝目標人物的一舉一動,這一切有可能嗎?“這是好萊塢(電影)的效果,我們還沒有具備這種技術可以即時zoom(變焦)到你在路上走。衛星所拍攝的畫面,已經是1小時之前的事。”

各國爭奪軌道使用權

近年不只美國衛星企業在發射低軌衛星,韓國、中國也相繼開拓低軌衛星商機。他說,地球軌道是一個有限的資源,因此聯合國旗下的國際電信聯盟(ITU)機構會負責分配和管理無線電頻譜、衛星軌道。同時還會制定技術標準,以確保全球網絡和技術可以無縫連接。

現在每個國家正在爭奪軌道使用權,由於每一顆衛星有特定距離,不能太靠近。倘若被其他公司搶先申請軌道位置,屆時要再發射其他衛星,就有可能發生相撞事件。目前,他們選擇在赤道上發射衛星,可以用較低的成本將衛星送進軌道。“馬來西亞是第一個申請赤道低軌衛星的使用權。”

目前,美國和中國正在互相角力,搶佔太空經濟市場,“未來10年要發射的7萬顆衛星發射準證,這兩個國家包辦了90%。”這也證明一個國家若不發射衛星,其他國家會搶佔先機和軌道的使用權。

不過,他說,最大的問題不是製造衛星,反而是發射過程,因為需要動用火箭。“哪裡有這麼多火箭送衛星上太空?馬斯克就具備這兩大優勢,擁有火箭和衛星,如果我要發射衛星必須租用火箭。”

希望未來打造“太空城”

雖然科技強國可以幫忙製造和發射衛星,但謝溢高堅持由本地公司設計和製造低軌衛星,如此一來才能提升國家的太空科技能力,減少依賴其他國家。

“我們想要自己創造和研發衛星才成立Angkasa-X。”謝溢高希望未來可以擁有一個“太空城”(Angkasa City),以創造一個生產鏈和生態圈,能夠一手包辦研究、組裝、製造、應用開發等等。“當你的夢想大過能力,那麼是在發夢。因此你能力必須大過夢想,才有能力實現。”

在東經91.5E的位置,東亞衛星全球目前有兩顆衛星,分別是“MEASAT-3a”、“MEASAT-3b”。在2022年,空巴防務與航天公司將為東亞衛星全球發射新型的通訊衛星“MEASAT-3d”,以取代服役多年的“MEASAT-3”和“MEASAT-3a”。據瞭解,“MEASAT-3”在今年6月21日出現異常,已經遠離東經91.5E的位置。(圖:截自MEASAT官網、N2YO官網)

【下篇】 人造衛星02:大量“造星”有隠憂 太空垃圾威脅地球?

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