低軌衛星上太空

全球首顆進入行星軌道的人造衛星是在1957年成功發射,歷經66年的發展時至今日,衛星更已經可與手機通話連線。同時,根據Statista統計,截至2022年止,全球營運中衛星共有6905顆,較2021年增加2105顆,成長逾40%,其中更有接近9成屬低軌道衛星,顯見衛星已不僅是軍事用途,更邁入商業營運,創造新太空時代。

低軌衛星已不僅是軍事用途,更邁入商業營運,創造新太空時代。(圖/123RF)

箭多星 世界紀錄

衛星有多熱?端看送衛星上太空的「火箭」有多忙就能知悉。火箭是運送衛星到太空軌道的載具,也可以看作是運送衛星上太空的小巴士,近期火箭更是供不應求,讓許多衛星只能「在線等」,甚至SpaceX火箭單次發射143顆衛星,刷新「一箭多星」世界紀錄,證明太空活動正發生結構性轉變。

衛星的組成有本體以及酬載,隨著酬載不同,應用也會不同,例如搭載攝影機即是遙測衛星,搭載通訊系統即是通訊衛星等。台灣政府已將太空產業列為「6大核心戰略產業」之一,持續推動太空技術與產業發展,工研院在經濟部技術處的支持下,針對低軌通訊衛星中的地面設備,進行我國自主技術研發。

衛星不同 應用不同

衛星距離地表之高度,也有不同衛星應用,如地球靜止/同步軌道(Geostationary Earth Orbit;GEO)高度在3.6萬公里以上,衛星可覆蓋面積最廣,繞行地球一圈時間為24小時,但軌道位置高、傳輸時間長、衛星成本較高,因此多為廣播電視衛星應用。

其次為中地球軌道(Medium-Earth Orbit;MEO)衛星,距離地表2000至1.5萬公里,多為GPS導航、定位應用。最後則是近年掀起太空星鏈戰的「低地球軌道(Low-Earth Orbit;LEO),簡稱低軌衛星」,距離地表500至2000公里,具有信號傳輸延遲低、衛星成本相對低等優點,因此約有70%用來通訊,9%則是遙測,也就是利用影像做環境監控、氣象監測、洋流分析等。

由於低軌道衛星軌道高度低,飛行速度快,每秒可達7.4公里,平均繞行地球一圈時間約90~100分鐘,經過單一地面通訊站上空時間非常短,使得地面通訊站可與低地球軌道衛星通訊的時間相當短,往往會造成通訊的損失與偏移,需透過通訊系統的設計進行減輕與補償。因此工研院也針對衛星與地面站的通訊,甚至是衛星之間的通訊進一步研發關鍵技術。

善用5G 研發通訊

觀察低軌道衛星所用的頻段在18至40GHz之間,與5G毫米波頻段有部分重疊;而目前台灣產業在5G發展上,無論是半導體、晶片以及通訊天線陣列、基地台等方面,都相當成熟。這也代表5G的生產製造、研發經驗及技術,都可以延伸應用到低軌衛星上。

例如低軌道衛星的通訊系統所需的相位陣列天線相對5G較大,地面終端接收效能至為關鍵,但因地面終端的毫米波晶片與5G接近,晶片技術也都相仿,可望在利基點上進一步研發我國自主關鍵技術。

因此,工研院國內自主開發「低軌衛星通訊技術」,發展多項創新整合技術,期望提供我國ICT廠商低軌衛星地面通訊解決方案,建構完整低軌道衛星地面站產業鏈,搶攻國際市場。

 

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