【科技隨筆】烏俄戰爭與 Starlink 星鏈計劃

自二月底烏俄戰爭爆發至今，全世界正在經歷許多驚滔駭浪的大事，許多人說過比特幣是數位黃金、避險資產等等理論，我想在這次也經歷了一輪驗證，以目前的加密貨幣市況，別說避險工具了，市場甚至還把它當作風險資產，遇到情況不明朗時，投資人們該提款的提款逃難的逃難，韭菜們也都割肉跑光光了吧。我寫了一篇文章，解釋了雙幣投資背後的原理與風險，如果對於最近市況有想要抄底的，做足功課或許可以考慮使用「雙幣投資」的策略來做多。

回歸正題，由於烏俄戰爭的爆發，烏克蘭當地的固網骨幹被俄羅斯炸毀，導致烏克蘭許多城市的網路通訊都出現嚴重問題，圖為烏克蘭第二大城市卡爾可夫在戰爭爆發前後的網路連接狀況。

擔憂烏克蘭會不會被斷網，烏克蘭的副總理兼數位轉型部部長米哈伊洛·費多羅夫（Mykhailo Fedorov）在推特上要求 SpaceX 的創辦人 Elon Musk 在烏克蘭啟用 Starlink 服務與設備供應。

而後續也獲得 Elon Musk 的正面回應，宣布 Starlink 已經開通在烏克蘭地區的服務，並且正在運送更多的接收器設備到烏克蘭。

也不知道 SpaceX 是用甚麼快遞服務，才隔兩天 3/1 烏克蘭就收到設備了…

如同上次東加王國因海底火山爆發而被摧毀的網路通訊，SpaceX 也曾出手至該地架設Starlink基礎設施，協助當地恢復網路服務，這些設備架起來連上衛星後，快速地協助了烏克蘭部分地區恢復網路通訊，就讓我很好奇，所謂的衛星通訊上網背後的運作原理大概是甚麼，以及 SpaceX 正在實行的星鏈計劃最終目標是甚麼，這樣的技術可能會為人類文明與生活取得甚麼樣的突破呢？

星鏈（Starlink）是太空探索技術公司 SpaceX 於2015由執行長 Elon Musk 發佈的計劃，它的目標大概是開發出「全球衛星網際網路系統」，透過發射一堆低軌道衛星，讓全球都涵蓋在衛星能夠接收的範圍內，這樣的好處是能夠提供不受地面基礎設施限制的全球網路，那麼那些基礎設施還很不發達的地區，或是因為一些原因導致網路中斷，都能夠藉由衛星進行正常通訊，如此一來全世界所有人都能在任何地方連上網路。

星鏈計劃看起來好像還離我們生活蠻遙遠的，這個計劃聽著也很像未來科技不會那麼快實現，但事實上自2020年底開始就已經在美國正式開始提供服務，並陸陸續續將服務範圍推廣到全世界，到文章撰寫的當下已提供29個國家使用，其中包含受海底火山噴發影響的太平洋島國東加，以及受俄羅斯入侵的烏克蘭，他們的目標是在2027年底完成大約12,000顆衛星的部署，現在已經發射1,791顆衛星了。

這12,000顆衛星會分別發在不同一個軌道上，其中約7,500 顆在 340 公里軌道附近，約1,500顆在 550 公里軌道，約2,800 顆在 1,150 公里軌道附近，雖然它們同屬低軌道衛星(低軌道衛星的定義大約是距離地面2,000公里以下)，但不同高度的衛星由於涵蓋範圍大小與衛星本身的設計不同，負責的事項自然就不太一樣，通常越高空的衛星發射的波段就越高頻率。完成這個階段後，下個階段預計還有30,000顆衛星，最終用這42,000顆衛星組成星鏈，覆蓋整個地球。

我想對馬斯克而言，這個目標或許只是他的一小步，畢竟對說好要去殖民火星的他來說，這套系統如果可以運用在火星等等的太空環境中，那麼在火星的網路通訊、火星與地球溝通甚至整個太陽系內部通訊或許都會是一大進展。

這裡分享一個還蠻酷的網站，可以追蹤 Starlink 所有衛星的即時位置與全球目前服務範圍等資訊，網址連結：https://satellitemap.space/

若要非常簡單理解甚麼是通訊衛星的話，可以想像通訊衛星就是把原本架在你家大樓屋頂的基地台，改成架在太空之中做類似的事情，而用距離地球多遠可以將衛星分成三大類：

1. 同步軌道衛星(Geostationary Earth Orbit, GEO)，指的是地球赤道面上方 35,786 公里以外的衛星，在這軌道上運行的衛星繞地球運行一周的時間和地球自轉周期相同，也就是在你頭頂的衛星就會一直在你頭頂，由於涵蓋地面較大傳送的距離比較遠，只要三顆衛星就足以涵蓋整個地球，在通訊上大約會有 250 毫秒的通訊延遲。

2. 中軌道衛星(Medium Earth Orbit, MEO)，指的是地球赤道面上方 2,000 至 35,786 公里之間的衛星，在這軌道上運行的衛星繞地球運行一周的時間均小於 24 小時，最短週期（對於最低 MEO 高度的圓形軌道）可以到 2 小時，這個範圍內通常都是導航衛星，像我們日常使用的全球衛星定位系統(GPS)就屬於這個範圍，通訊延遲時間大約有 100 毫秒。

3. 低軌道衛星(Low Earth Orbit, LEO)，指的是地球赤道面上方 2,000 公里以下的衛星，衛星繞地球運行一周的時間在 128 分鐘以內，這個範圍內除了有觀測衛星以及本文提及的通訊衛星，太空人出太空任務的國際太空站也都在這個範圍，所以才會看到 2021 年 12 月初中國抗議他們的太空站已經發生兩次差點被美國的衛星撞到的事件，如果像星鏈計劃那樣要發數萬顆衛星，沒有管理好的話我們可能有機會看到衛星相撞呢，而在這個軌道上的衛星隨著距離越高，通訊延遲最多大概也不會超過 20 毫秒。

通訊衛星的好處就是覆蓋的範圍變得很大，可以不再侷限在房子周圍，較偏遠人煙稀少的地方或是高山上，原本若要拉一條光纖的成本會非常高昂且效益低下，就可以改成在骨幹網路與要連接的地方各放置一個地面接收器，再利用通訊衛星來連接兩處，這樣所費的成本就會很低。

因為距離拉遠了，越高軌道的衛星在資訊傳輸上會有些微的延遲，短時間在技術上不會比光纖網路快，且因為基地台架在太空中難以維護，通常花很多錢但壽命卻比較短，另外基地台要發射較高頻率來與通訊衛星溝通，高頻的東西穿透力就很低，看了一些國外實際架設的例子，有人說連樹枝都會干擾訊號，所以一般擁擠的都市要使用通訊衛星的話效益不高，但歐美地廣人稀或許是非常好的市場吧。

前面講了這麼多，所以星鏈是怎麼運作的呢？

星鏈計劃設計了兩種「鏈路」，目前提供的服務都屬於第一階段，連接方式是透過一顆通訊衛星串聯兩個地面接收器，其中一邊是用戶，一邊是網路服務供應者，如下圖所示：

在第一階段，用戶發送請求會經由一顆通訊衛星轉發到離用戶最近的地面接收站，再由接收站連接到網路服務提供者，而獲得伺服器回應後又會按照原本的路線讓用戶收取資料，一看便知這樣的方法一定不可能比直接接入光纖快，由於地面與衛星再傳遞資訊時都會有延遲，這樣一來一往的溝通會多出至少 4 段額外的通訊延遲時間。

星鏈計劃第二階段的「鏈路」，除了第一階段的方式以外，還能讓衛星與衛星之間傳遞，這樣一來訊號可以打到更遠的地方，不會侷限在小區域範圍內，示意圖如下：

這個第二階段方案看起來好像跟第一階段沒差多少只差在衛星之間的通訊，但這可是星鏈計劃最核心的部分，這些網路服務請求與回應會在真空的環境下對衛星之間進行高速通訊，由於真空光速是光纖光速的 1.4至1.5 倍之間，所以若進入到這個階段以後，或許可以達到比傳統實體光纖網路更高速的網速體驗，這裡附上 Tech Vision 講述有關星鏈計劃將如何讓網際網路與通訊技術更上一層樓的影片。

在查詢相關資料時，發現有些人會將通訊衛星定義為6G網路，卻又有反對派認為它根本不會是下個網路解決方案，所以不應該被定義為6G網路，我個人認為以現階段的 roadmap 看起來，確實要達到比光纖更快速的通訊應該是不太可能的，但若是十數年後真的發了一堆密密麻麻的低軌道衛星，那麼獲得真空光速的加速，全球通訊一定會邁向下一個新階段。

星鏈計劃的便利性會讓我們失去一些東西，要知道發射大量衛星其實會產生光汙染，這些低軌道衛星都是可見衛星，它們會反光又要發射電波，這些光害和電磁波就會嚴重影響到天文學觀測，未來的下一代，他們從小抬頭看到的天空將不再只有星星月亮，還會看到許多衛星穿梭在天際，我想這些議題也是蠻值得討論的。

最後，謝謝你在百忙之中願意抽空來花時間來看我的文章，如果還喜歡這些內容的話希望能獲得你的追蹤及支持，也歡迎點此連結在其他平台找到我。

下次見嚕 o((>ω< ))o~

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