[新科技速遞] [nhop][低軌衛星]
全球依賴海底光纖通訊,近期地區衝突破壞海纖,響起全球警報,低軌道衛星(LEO)有機會成為後備方案。
部署距離地球表面500 至2,000 公里屬於低軌衛星,佔去全球衛星9成,其中高達70% 是通訊用途,9% 用於環境、軍事、氣象遙感等。愈來愈多國部署星鏈,估計未來10年,發射數以10萬低軌衛星,相當驚人。
中國剛落實發展低軌衛星和航太產業政策,北京推出商業航太的發展路線圖,以「南箭北星」地區規畫,南箭在大興區成立產業基地及火箭創新中心,北星則選址海澱區的商業衛星產業基地。
中國星谷出獨角獸
北京中關村科學城已成中國「星谷」,當地航天城匯聚多家科研機構和初創;低軌衛星亦出現了首家獨角獸企業銀河航天。低軌道衛星連接功率低,積體細小,發射成本低,用途又極為廣泛,遙感衛星全天候獲取地球的信息,用於氣象、農業、交通、基建監察;衛星通信跨越地理障礙;近期吉利汽車亦發射低軌衛星,以發展自動導航。
俄烏衝突之中,低軌衛星大顯神威,烏克蘭部署SpaceX通訊終端,成功保持戰區通訊,多次早著先機,美國低軌衛星在離地表250至350超低軌道衛星,拍攝超高清圖片;類似Maxar低軌衛星則透過影像、紅外線、雷達、電磁感應,透過機器學習變成超高清畫面,俄軍一度陷於被動。
受地球引力影響,低軌衛星壽命約只3至5年,演變周期短,由於發射成本愈來愈低,衛星平均幾年更替一次,變成了新興製造業。低軌道衛星覆蓋面積小,靠多枚衛星互相鏈接,變成星鍵建立通訊,須建立自適應管理,解決衛星間多跳互傳,亦容易發生丟包和重傳導致時延。近年,一項港產科技成功解決上述難題,愈來愈受到國際關注。
港產科技助無線傳送
2000年,中大楊偉豪教授提出突破性「網絡解碼編碼」,已成為全球大學通訊理論的必修課,2021年獲電機工程界最高獎項IEEE Richard W. Hamming Medal、2022年又獲得信息論領 Claude E. Shannon獎項,可見其影響深遠;網絡編碼原理是只發送信息「憑據」,而不是整個信息,透過計算重組訊息,節省大量頻寬,提高通訊效率,更穩定和安全。
最近,中國網絡與交換技術國家重點實驗室在IEEE的Internet of Things Journal上發表論文,證實了網絡編碼用於低軌衛星通訊,可降低25.1%延遲率和提高19.6%頻寬使用率,引起廣泛關注。
楊偉豪與通訊業資深人士何偉中亦創辦了安眺科技(n-hop technologies)開發網絡編碼技術,尤其是「分批稀疏編碼」(BATS)專利技術提升傳輸速率超過10倍。
低軌通訊變後備方案
近期地緣政治緊張,不少地區才意識到,低軌衛星可發展經濟,又保障國家安全,紛紛佈局產業。何偉中說,低軌衛星原針對缺乏基建偏遠地區,亦應用於航運及民航,近來受到國家關注。
「本月初,紅海4條海底光纖電纜切斷,傳聞光纖遭也門胡塞武裝破壞,歐亞四分之一光纖途經紅海,海纜又難於保護,各國束手無策,要全天候保持國際通訊,低軌衛星變成選項之一。」現時全球由4家主流低軌衛星通訊,3家在北美,一家位於英國,西方幾乎壟斷市場。
一旦地緣角力,通訊就受制於人,歐洲亦發展低軌星鏈,研究激光通訊減少干擾,並以網絡編碼改善通訊效率。何偉中說,低軌衛星相較於高軌,延遲率已大為降低,網絡編碼仍可解決痛點。
「不少低軌衛星經多節點傳送,導致丟包和有時重覆傳送,BATS傳輸的特點是信息就算傳經很多個無線鏈路,仍能保持高傳真度。」本港研發機構ASTRI與安眺合作,推動BATS開發針對應用,加入5G通訊「集成接入及回傳(Integrated Access & Backhaul:IAB)的工業標準。
網絡編碼減多跳失真
「IAB優點就是在取代5G網絡作為回傳光纖,轉而利用5G無線網絡作多跳回傳,挑戰是通訊要經多個無線的衛星鏈路,往往出現丟包和衰減,BATS正好應對上述難題,轉用在低軌衛星鏈接上,其實異曲同工。」
亞太地區積極發展低軌衛星,香港航天科技集團亦在將軍澳創新園成立ASPACE香港衛星製造中心製造低軌衛星,ASPACE開發「極光星座」和「金紫荊星座」星鏈,為南美洲通訊及遙感星鏈Alya-1提供設計及製造低軌衛星。
此外,台灣亦是投入發展低軌衛星最積極地區,中華電信與Eutelsat OneWeb簽署低軌衛星獨家代理合約, OneWeb衛星訊號覆蓋台灣省。台灣當局考慮到海纜脆弱,有機會天災或地緣衝突受破壞,銳意推動低軌星鏈產業,去年已發射氣象及鴻海衛星, 台灣太空中心TASA主任吳宗信表示,2026年計畫發射首枚B5G通訊衛星,經費新台幣9億元。
何偉中指,全球發展太空經濟,香港的大學內有不少科研,可轉化至低軌衛星,配合香港發展成國際創新科技中心,成為新的經濟動力。