近地衛星的進展

這兩天正好在看一些關於近地衛星的資料,順手整理一下比較科普和商業的部份。不會很專業,如果對衛星沒概念的人可以看看。

近地衛星又叫作LEO,是比較低軌道的衛星。衛星軌道根據其與地球的距離可以大致分為三種: LEO, MEO, GEO。和其他種類比起來,近地衛星的好處是延遲小頻寬較大(因為近),缺點是因為距離近,覆蓋的範圍就沒有較高的衛星廣。大家可以想像長得高的人就看得比較遠,這樣就懂了。

近地衛星最近其實很紅,如果講衛星你沒有聽過,那講馬斯克,就是做特斯拉電動車那個馬斯克,應該就有聽過了吧。馬斯克除了做電動車,他還開了一家叫作spaceX的公司,他們的目標就是要發射一大堆的近地衛星來覆蓋地球。當然我們大家都覺得馬斯克是個天才,不過這其實不是他發明的想法,做衛星研究的科學家們早就知道這是好事了。很簡單嘛,我發射衛星幹嘛呢?主要兩種用途,要不就是給地球照相,要不就是用來通訊,不管怎麼說都是希望整個地球都可以覆蓋到。所以覆蓋小的低軌道衛星就要多放幾顆才可以做到這件事。你可能還會問那幹嘛不用距離遠的大衛星呢?剛剛就有說過了,因為距地球遠的話延遲就長,需要很大很貴的天線,然後頻寬就很難很大。

那為什麼馬斯克的衛星網路會很紅?因為他是馬斯克吧!對啦,但還因為做這個小衛星的網路很難,科學家和阿宅在60年代美國和蘇俄還在太空競賽的時候就想這麼做了,但是一直到現在都沒有成功。其實也不能說完全都沒有成功,因為在20多年前90年代左右的時候就有幾家公司開始試圖想要商業化這個想法了,當時也有人投資,但是後來這些公司都很燒錢,然後大部份都倒光了,所以投資圈都很怕,十幾年都不想再投資這麼新穎的科技。

那為什麼這想法現在又起來了呢?簡單的說,一是因為科技進步了,做衛星可能比較沒有那麼難了。二是因為過去這幾年大家錢很多,大間的科技公司有很多現金又比較沒有什麼新鮮的科技可以發展、投資客錢也很多,然後沒什麼很多新科技,所以腦筋就又動到這裡來了。

科技進步這點我們可以稍微解釋一下。做衛星是很貴的,在60年代那時候發射上去的衛星都是又大又重的大衛星,簡單說有三大重點:

  1. 衛星需要靠太陽能,當時的科技還沒有普遍到什麼太陽能大家都懂
  2. 距離遠的通訊又要穿透大氣層需要很大很強的天線及其他元件,包括地面上需要有衛星站,這些都很貴
  3. 要把衛星丟上太空需要很貴的火箭,一開始火箭還只能用一次就要丟掉,不只這樣如果有什麼東西算錯就全部浪費了,所以要有很多專家來算很久。

既然如此,當然一開始只有美蘇這種政府才有辦法做。後來科技進步,首先是能源的問題變得比較容易,再來是近幾十年的通訊和電子元件因為手機和無線網路的普及而篷勃發展,就變得比較便宜比較小也比較容易取得。漸漸的民間也開始有能夠做出可能商用衛星的能力。學術界也推了小衛星很大的一把,因為學生來來去去,做衛星研究的人致力於讓研究衛星比較好上手,stanford就提出了CubeSat的概念,算是一種規格化。總之這種衛星體積小也比較好做,用比較容易取得的元件拼湊出來,所以漸漸變成發展成更有商用潛力的小型衛星。反正因為這些種種原因,那些90年代失敗的想法現在看起來比較「有可能」會成真。

實際上呢,這還是不太確定會成功大流行的新科技。現在我們已經可以看到一些成功運轉的衛星應用了,例如說在飛機上的wifi就是靠衛星。但是我們都知道飛機上還不能夠看netflix吧,而且不時會斷線,所以這就證明實際上可以廣泛使用的頻寬不夠大,覆蓋也還不完美。

最近很紅的小衛星網路目標是要有更好的覆蓋而且可以支援一般的應用,例如說在山裡面沒網路的小木屋裡也可以用來生活,所以必須是低軌道衛星,也需要大量。雖然說衛星科技已經進步很多,但相對還是很貴,其中普遍大家認為最貴的就是發射衛星的成本。想想看,管一個衛星已經很麻煩了,如果我要很多個衛星,不但要送他上去還需要維修,一年就要發射幾十次火箭,這要花很多錢的。

自從美蘇不冷戰了以後蘇俄當年做太空任務的人就開始經營幫其他國家發射火箭的任務來賺錢。所以啦,馬斯克前陣子不是發射了送人上太空的火箭嗎?這就是證明使用美國重覆使用的火箭執行商業任務的可行性,所以美國人都很嗨,以後就可以開始用火箭賺錢了。市場對SpaceX就信心大增。不過這說的是用火箭賺錢,SpaceX正在準備要用衛星賺錢。這陣子他們已經發射幾百顆衛星上去了,接下來就是想要賣衛星網路給小木屋了。

一切聽起來都很美好,不過也不是真的說衛星產業已經起飛了。SpaceX以外第二大家的叫作OneWeb,就在這波疫情期間三月中左右宣佈破產。破產的原因是有錢爸爸軟銀不願意再資助他們。其實OneWeb在過去幾年都募資很成功,已經有3.5B的美金給他燒了,可是這還不夠塞商用衛星運轉成本的牙縫,最大股東不給錢就只好破產了。

我覺得最主要還是因為,衛星通訊的願景聽起來很美好,但應用可以吸引的客戶還不太能確定能回本,但前期就需要很大的成本來建置的問題。所以狀況稍微有點變化,投資可能就會停止了。在馬斯克的SpaceX之前,大致上比較成功運轉的公司,都是投資地球觀測方面的應用。即使如此還是很多公司消失或被併購。所以說,要等到大家都能普遍用到衛星,或許還得再等段時間吧。


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