【科技．未來】衛星互聯網重臨 新太空競賽經已展開？
聯合國國際電信聯盟（ITU）本月初的報告估計，到2018年年底，全球約有39億人使用互聯網，上網人口佔比首次過半數（51.2%）。換言之，未能「聯網」的人依然為數近半。馬斯克（Elon Musk）的太空探索公司（SpaceX）希望以近12,000枚衛星向他們提供互聯網。美國聯邦通訊委員會（FCC）於今年3月批准SpaceX發射4,425枚衛星，並於11月底再通過其餘的7,518枚申請。與此同時，OneWeb、電星（Telesat）、波音（Boeing）等新舊太空業者也紛紛進場，引發新一輪「太空競賽」。
這是SpaceX的Starlink計劃第二批獲FCC准許發射的衛星。他們已在2018年2月發射了首兩枚測試衛星TinTin A和B，3月再獲FCC批准發射首批逾4,400枚衛星。Starlink合共將發射近12,000枚衛星，SpaceX估計成本100億美元，首批預定2019年上天。
據SpaceX向FCC遞交的文件，每枚衛星的下傳連接容量（downlink capacity）將介乎17至23Gbps（每秒十億位元），將在發射800枚衛星後開始提供並陸續增加服務，預定2020年代中全面運作，覆蓋全球。屆時，Starlink「將可提供高頻寬（高達每人1Gbps）、低延遲的寬頻服務」。
之所以要用衛星，是因為光纖互聯網受地形限制而無法到達所有地方。即使在先進的歐洲和美國，其覆蓋率也分別只約為八成和七成。現時，一些偏遠的地方或極端地形，諸如海洋、沙漠和兩極等，若非依靠衛星互聯網，訊號便不能到達。
突破傳統死穴
傳統的互聯網衛星置於地球同步軌道（Geostationary Orbit，GSO），地面天線雖容易調校接收，但軌道距離地面逾35,000公里，數據傳輸延遲（latency）時間極長。據FCC測量，光纖互聯網延遲只有十幾至廿幾毫秒，但衛星互聯網則長達600至700毫秒（millisecond）。
SpaceX的解決辦法，就是將衛星發射到距離地面約200至1,200公里的低地軌道（Low Earth Orbit，LEO），從而將延遲降至20至30毫秒。馬斯克本年5月在Twitter上說，SpaceX兩枚測試衛星運行進展「不錯」，「延遲只有25毫秒，足夠用來玩快速反應的電子遊戲。」而降低放置軌道，就意味着每個衛星可覆蓋的地面範圍將會縮小，所以才需要以數百甚至上萬個衛星築成星座（constellation）來彌補。
要連接衛星互聯網，需要在手機訊號發射站或住宅商廈頂樓安裝天線，或利用汽車天線，再經地面一隻隻貌似鐵鑊的「閘道」（Gateway），就可連接到日常使用的光纖互聯網。例如從一間已接駁衛星互聯網的住宅發出一封電郵，電郵就可經大廈天線發射上衛星，衛星之間又互相傳遞，再向地面發送，經閘道到達目的地。
「這是一場交換。低地軌道延遲較短，但系統複雜得多，你要有至少數百個衛星來組成星座。而且它們圍着地球轉，一個在上空消失另一個同時出現，你需要有天線系統追蹤。」衛星公司HughesNet負責市場推廣和銷售的執行副總裁Mike Cook解釋。
衛星互聯網捲土重來
分析公司Northern Sky Research預期，至2027年，這些星座的收益每天可達40億美元。潛在市場如此龐大，除了SpaceX，多間新舊衛星業者也正密切部署分一杯羹。最值得留意的是飛機製造商空中巴士（Airbus）的合資公司OneWeb，它得到日本軟銀集團（Softbank）、英國維珍集團（Virgin Group）、美國通訊技術商高通（Qualcomm）等科技巨企及知名創投投資。OneWeb至今仍未發射過衛星，預計在2027年完成發射900枚LEO衛星。昔日先驅Iridium將以SpaceX火箭，完成其66枚衛星組成的低地軌道星座。航空航天業的龍頭波音要建造60枚衛星的星座，也正待FCC批准。
比起其他業者要覆蓋全球的宏大願景，Telesat將只針對現時手機、船隻、飛機等網絡的空隙。他們把地球表面分為不同區域，評估在哪一區提供服務最有經濟效益，同時能減少須在地面建造的閘道總數。Telesat正計劃以512枚衛星建立星座，預計2021年完成，延時約30至50毫秒。初創公司LeoSat的星座計劃只有108枚衛星，專攻政府和企業客戶。
衛星業者還要面對另類的競爭者。Google母公司Alphabet旗下X部門開發出Loon計劃，在離地20公里高空放置大量氣球作為網絡接點，以提供互聯網服務。他們去年曾與美國電訊商AT&T和T-Mobile合作，為波多黎各在風災後提供通訊網絡，2019年將正式在非洲肯尼亞商業運作。Facebook的Aquila計劃也是類似進路，他們曾考慮使用太陽能無人機替代氣球，但在本年6月，Aquila宣布停止該計劃的硬件生產開發，轉攻軟件領域。
這些公司與SpaceX的想法或許似曾相識。早於1990年代，蓋茨（Bill Gates）有份投資的Teledesic就提出過在LEO發射800多枚衛星，為偏遠地區提供互聯網服務。雖然技術在理論上可行，惟成本以至服務售價極高，Teledesic在耗資90億美元後最終破產；其他業者如Iridium、Globalstar、Orbcomm則針對衛星電話的小眾市場。
美國史丹福大學航天學助理教授Zac Manchester解釋：「要組建整個星座需要數以年計，而且因為需要多次發射，價錢十分昂貴。而在他們開展後約五年間，地面的電話網絡覆蓋已發展得很好。」因此，這些衛星公司最終也難逃破產命運，普及的衛星互聯網仍是場夢。
如今，火箭升空愈來愈便宜，加上電池、感應器、處理器等各種科技的進步，低地軌道衛星互聯網有了捲土重來的機會。例如要連結大量不斷移動的衛星，地面就不能使用機械式天線，用電子方式過濾收發信號成了必不可少的選擇。而Teledesic失敗的一大原因，就在於當年缺乏這種地面天線。
追趕生產死線
事實上，Starlink還是馬斯克移居火星計劃的一部分：「同樣的系統可以在火星造一個星座，火星也需要全球通訊糸統，但那裏沒有光纖或電纜之類。」資金上，Starlink的未來收入或可資助火星計劃：「長遠而言，在火星建造城市需要什麼？有一樣十分肯定，那就是錢，所以我們需要可大量生財的東西。」馬斯克說。據《華爾街日報》去年取得的檔案，SpaceX目標是到2025年，Starlink可有4,000萬訂戶，帶來300億美元收入。
這個理想仍有實際問題。美國麻省理工學院（MIT）航太學助理教授Kerri Cahoy認為：「衛星互聯網現時的挑戰，在於價錢能否與電纜或光纖網絡相競爭。而衛星是生產成本高昂的原因之一。」衛星公司Inmarsat倖存於1990年代的衛星研發潮流，現時以13枚地球同步衛星提供服務，其行政總裁Rupert Pearce便看淡這些星座計劃：「對我來說，一門生意不止是它能否實現，也包括我的投資能否有回報。我不認為低地軌道網絡會是一門生意。」
不過，比起現時重約一噸、成本數以千萬美元計的地球同步衛星，其中一家業者OneWeb聲稱，低地軌道互聯網衛星只重150公斤，完成後只有沙灘波般大，每個成本可降至幾十萬美元。
此外，時間也是一眾業者的敵人。英國南安普頓大學（University of Southampton）工程學高級講師Hugh Lewis指出，每個Starlink衛星壽命只有幾年，SpaceX將需要頻繁發射衛星才能維持一定數目。加上FCC的批准有時間限制，防止生人霸死地，例如規定SpaceX必須在六年內發射半數衛星，換言之，在2024年前就要發射近6,000個。
因此，他們不但要生產新衛星，還要建立生產衛星的系統。現時的衛星業者一般在簽約後兩年才製造出一枚衛星。SpaceX商業銷售副主席Jonathan Hofeller在6月時透露，Starlink計劃仍處於「非常早期」：「我們仍在技術開發階段，不止要對的技術，還要成本夠低。」據《路透社》報道，慣於追趕死線的馬斯克就因不滿Starlink的進度，在同月解僱了七名經理級員工。
至於OneWeb，Google硬件工程師Jonny Dyer曾參與一項與OneWeb的合作計劃，他認為OneWeb也未準備好：「供應鏈的規模不足以應付需求量，每單位成本居高不下。」過去兩年，OneWeb就這方面進行了改良。他們在4月製造了第一枚衛星，預計在2019年2月發射第一枚衛星之前，可再生產十枚。為加快進度，OneWeb將在美國佛羅里達州的新廠房再開兩條生產線，預期2019年3月可生產出第一枚衛星，並將產量最終提升至每周十枚。
上文節錄自第144期《香港01》周報（2018年12月31日）《科技巨企紛紛進場 衛星互聯網引發新太空競賽》。
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