從低軌衛星發展看衛星間雷射光鏈通訊技術之影響
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發布日期:2021/10/12
近期全球主要推動低軌衛星通訊之服務商包含Starlink、Oneweb、Telesat及Amazon之Kuiper等低軌衛星星系計畫,都將衛星間雷射光鏈(Inter Satellite Laser Link)通訊技術納入開發的衛星或主要發展項目中,也使衛星間雷射光通訊技術受到各界關注。
 
在現行一般衛星通訊上,每顆衛星需要與地面站直接連接才能提供服務,但低軌道衛星因軌道高度下降,分布在全球上空的衛星數量很多,一個系統會有數百顆到數千顆衛星,導致需要設置很多地面站才能提供服務,但不是所有的地區都可設置地面站,為解決此問題,衛星營運商採用衛星間雷射光通訊的技術,讓訊息透過雷射光通訊從一顆衛星傳遞給另一顆衛星,如此將訊息在太空接續傳遞出去,直到衛星可連接到的地面站。衛星服務範圍可透過多顆衛星相互連接,最後連接到海岸或郊區的地面站,進而提供衛星通訊服務,不會受到用戶與地面站間距離的限制。
 
使用衛星間雷射光鏈通訊技術,對於衛星營運商來說,最大優勢是可減少地面站設置數量及分散程度,降低外部因素,可向極地、海域等無法設置地面站的區域提供服務;在幅員遼闊的國家中,只需集中一處適合的地點,設置足夠地面站,即可向全境甚至鄰近國家提供服務,除減少營運成本,在衛星與地面站的通訊上,可避免其他通訊設施的干擾,或降低氣候產生的影響。
 
今年1月24日SpaceX發射名為「Transporter-1」的共乘火箭,搭載多達143枚衛星,打破共乘發射衛星的數量,其中包括SpaceX於1月8日自FCC取得許可的十枚衛星,將設在經過高緯度地區的新軌道上,這是自2020年9月SpaceX於二枚衛星上測試雷射光通訊設備後,首次整批衛星皆搭載衛星間雷射光鏈通訊設備,進行多枚衛星間雷射光通訊鏈路串接的測試。也讓衛星間雷射光鏈通訊的技術備受關注。
 
其後,SpaceX在於今年8月的太空研討會中表示,接下來發射的每顆衛星都將搭載雷射光終端設備。SpaceX在9月13日發射51顆Starlink衛星都搭載雷射光終端設備,在太空中組成雷射通訊網路,並藉此使用具有衛星間雷射光鏈通訊的鏈路。
 
加拿大衛星業者Telesat經營衛星通訊服務市場,擁有15顆地球軌道同步衛星,提供電視廣播、網際網路等服務,看好低軌衛星發展,將於2023年起發射298顆低軌衛星,組成Lightspeed衛星星系。今年6月11日,歐洲衛星製造商Thales Alenia Space作為Telesat的Lightspeed衛星的主要承包商,公布Lightspeed的298顆衛星都將搭載衛星間雷射光鏈通訊設備,將提供全球網狀覆蓋的服務,包括海洋和極地區域。OneWeb目前正進行雷射光通訊的技術測試,雖然發射的衛星尚未搭載雷射光終端設備,但計畫將在OneWeb的衛星上搭載雷射光鏈通訊設備。
 
衛星營運商採用衛星間雷射光鏈通訊技術,可將地面站集中設置,降低營運成本,但多大範圍內設置一組地面站組、每組地面站可設置的數量,都受限於衛星間雷射光鏈通訊的傳輸量,因此衛星營運商規劃地面站的設置,無法一味地將地面站集中、增加各組地面站的設置數量,仍需考慮到雷射光通訊的傳輸量、各國的地面站設置規範、營運成本。
 
使用衛星間雷射光通訊技術,可減少低軌位星對地面站的分布需求,甚至可用一組地面站對多個國家提供通訊服務,但我國和其他國家都有通訊監察等相關管制機制,要求境內用戶的通訊必須要透過設置於境內的地面站才可連接至網際網路,即使衛星業者配合在這些國家內設置地面站,並提供通訊監察的機制,但在太空中的雷射光鏈路仍可直接連接到位於其他國家上空的衛星,未來各國監管機關勢必在監管的策略及方法需要做出調整。
 
(本文刊登於2021/10/3 經濟日報A14版)