揭秘平流層的「偽衛星」HAPS 技術

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在當前的太空競賽中,伊隆·馬斯克(Elon Musk)的 SpaceX 及其星鏈(Starlink)計畫無疑佔據了舞台中央。數以千計的低軌衛星編織成一張包裹地球的網路,似乎預示著未來通訊的唯一答案。

然而,就在大眾仰望星空時,一場發生在「更低空域」的技術革命正悄然展開。全球科技巨頭如空中巴士(Airbus)、軟銀(SoftBank)正將目光鎖定在距離地面 20 公里的平流層,打造一種被稱為HAPS(高空平台站,High Altitude Platform Station)的技術。

在航太領域,它有一個更形象的暱稱——「偽衛星」。這項技術不依賴昂貴的火箭發射,卻能實現類似衛星的功能,甚至在某些關鍵指標上超越衛星。HAPS 究竟是什麼?它又憑什麼被視為星鏈最強大的潛在對手與互補者?

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一、 HAPS:永不落地的平流層基地台

要理解 HAPS,首先要理解它獨特的運作環境——平流層(Stratosphere)

低軌衛星(LEO)通常運行在距離地面 500 到 1200 公里的軌道上,而 HAPS 則駐留在僅 20 公里的高空。這個高度選擇極具戰略意義:

  1. 完美的氣候條件: 平流層位於對流層(我們生活的有雲有雨的大氣層)之上。這裡幾乎沒有雲、沒有雨、風速極低,且擁有全年無休的強烈陽光。
  2. 無限續航的能量來源: 得益於上述環境,HAPS 飛行器(通常是巨大的無人機或飛艇)可以在機翼鋪滿高效能太陽能板。白天充電、晚上運作,理論上可以實現數月甚至數年的「永不落地」持續飛行。

簡單來說,HAPS 就是一座可以長期懸停在特定城市或區域上方的「超級空中基地台」。

二、 物理法則的勝利:距離帶來的絕對優勢

與馬斯克的星鏈相比,HAPS 的核心優勢源於最基本的物理法則:距離

星鏈衛星為了覆蓋全球,必須以極快的速度繞行地球,這導致單顆衛星無法持續服務同一地區,必須依賴數千顆衛星組成龐大的動態網路。

而 HAPS 僅在 20 公里的高度「定點盤旋」,這帶來了三大技術紅利:

  • 極致的低延遲: 訊號傳輸距離縮短了幾十倍,這意味著比低軌衛星更低的通訊延遲,對於未來的自駕車、遠端醫療等即時應用至關重要。
  • 終端設備普及化: 由於距離近、訊號強,使用者未來可能無需像星鏈那樣安裝昂貴的專屬碟型天線,現有的智慧型手機就有機會直接連上 HAPS 訊號。
  • 極高的維護彈性: 這是衛星無法比擬的優勢。衛星一旦發射,壽命結束(通常 3-5 年)後便成為太空垃圾。而 HAPS 飛行器如果設備老化或需要升級技術,只需控制其降落,維修更新後即可重新升空,重複使用率極高。

如果說低軌衛星是覆蓋全球的「骨幹網路」,那麼 HAPS 就是專注於人口密集區或特定任務區的「高效能區域節點」。兩者未來將是互補而非單純競爭的關係。

三、 解鎖海量數據的鑰匙:雷射光通訊 (FSO)

隨著 4K/8K 影像傳輸、即時大數據分析的需求爆炸性增長,傳統的無線電頻譜(RF)已變得擁擠不堪,頻寬捉襟見肘。

HAPS 要在 20 公里高空處理海量數據,其仰賴的終極武器是——自由空間雷射光通訊(Free Space Optical Communication, FSO)

這項技術利用雷射光束來傳輸數據,其優勢在於:

  • 超大頻寬: 傳輸速率是傳統無線電的 10 到 100 倍,彷彿將地面的光纖網路搬到了空中。
  • 高度安全: 雷射是點對點的直線傳輸,極難被攔截或干擾,具有極高的軍事與商業安全價值。

然而,雷射通訊最大的天敵是雲霧和雨水,這會導致光訊號散射衰減。這正是 HAPS 的絕佳機會——因為它飛行在雲層之上的平流層。在這個高度,HAPS 與更高空的衛星之間存在一個完美的「無雲通道」,是部署雷射通訊中繼站的最佳場域。

四、 結語:通往 6G 的多層次網路願景

HAPS 技術的崛起,標誌著人類對天空的利用進入了一個新紀元。未來的通訊網路將不再是單一平面,而是一個立體的架構:

  • 地面: 光纖與 5G 基站。
  • 平流層 (20km): HAPS 提供高密度、低延遲的區域覆蓋與雷射中繼。
  • 低軌道 (500km+): 星鏈等衛星群提供全球基礎覆蓋。

從空中巴士創紀錄的太陽能無人機 Zephyr,到軟銀計劃將 AI 運算節點搬上平流層的構想,HAPS 正從科幻概念走向工程現實。這場發生在頭頂 20 公里的技術角力,或許將決定下一代通訊網路(6G)的真實樣貌。

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