馬斯克vs. 貝佐斯,低軌道衛星之爭

  世界最富的兩位大佬又開闢一個新戰場,打起了星際大戰。這次是透過低軌道衛星提供全球網路服務的戰場,由馬斯克的星鏈(Starlink)計畫對上貝佐斯的柯伊伯(Kuiper)計畫。

它們有什麼共通之處,又面臨什麼衝突呢?

馬斯克的星鏈(Starlink)計畫對上貝佐斯的柯伊伯(Kuiper)計畫

低軌道(Low Earth Orbit, LEO)示意圖

何謂低軌道?

  根據歐洲太空總署(European Space Agency, ESA)網站的介紹,低軌道是相對最接近地表的軌道,高度最高不會超過1000公里,最低大約是距地表160公里。雖然是最近,但客機最高也才飛到14公里高空,低軌道還是高出十幾倍。低軌道是一個常用的軌道,衛星影像,例如台灣的福衛七號氣象衛星、國際太空站都是在這個高度。國際太空站繞地球速度每秒7.8公里,換算成時速是每小時28080公里,在這個速率下每90分鐘繞地球一圈,一天大約可以繞16圈。

兩個計畫有何共通之處?

  • 這兩個計畫的花費都將超過100億美元,並且低軌道衛星數量都是數千顆起跳。因為軌道低,涵蓋的範圍小,所以數量需要多。不過這也是它的優勢,因為軌道低,訊號延遲才會小,使用者體驗上會更好。
  • 它們將會創造大量職缺和增加地面網路基礎建設,讓全球網路不穩或無法上網的居民受益。連帶軍事、科學研究和極地探索等多方面也能有所貢獻。
  • 柯伊伯計畫的總部在華盛頓州的瑞德蒙德(Redmond),它位在大西雅圖地區的東部邊緣;星鏈計畫製造衛星的基地也在瑞德蒙德,彼此相距只有幾公里。所以有些早期參與星鏈計畫的人會跑到柯伊伯計畫。同樣位在當地的微軟也在和Starlink合作開發Azure太空雲端運算平台。

兩人爭執之處何在?

  • 訊號干擾。星鏈計畫一萬多顆衛星,柯伊伯計畫三千多顆衛星,彼此干擾的問題如何解決? 如何分配軌道高度及位置? 甚至還有其他營運商例如OneWeb, Telesat。
  • 更改設計。就算原本軌道都分配好了,若有一方更改設計,另外幾方也將被迫更改,落入一種不確定的局面。馬斯克向美國聯邦通訊委員會(Federal Communications Commission,FCC)提出更改軌道高度,原本設計的軌道高度在1100~1325公里,現在想要改低一點變成540~570公里。馬斯克在去年四月提出申請,2800顆衛星能否降低高度,FCC尚未核准。亞馬遜首先跳出來反對,因為這與他們的設計衝突。馬斯克則認為,距離亞馬遜的衛星上線還有好幾年,這根本是枉費大眾唇舌。
  • 無法可管。「全球大連結(The Great Connecting)」的作者卡舍爾(Jim Cashel)提到,低地軌道是一個資源有限、必須共享的財產,全球沒有共識,也沒有管理和分配的系統。若產生太空碎片或衛星脫離軌道撞壞他人衛星,只能譴責但無法可管。
Starlink衛星地圖,讓我們了解每一顆衛星的名字、高度、工作狀態還有地面的衛星監控站位置等

  星鏈計畫目前(2021年3月)正常運作的衛星超過1100顆,軌道高度都在距地表530~550公里處,全球有超過10000名使用者,服務範圍遍及美國、加拿大、英國和紐西蘭等。這幾個地區率先啟動公開測試版,使用者可以買499美金的接收器,接收器大概一個吸頂燈大小,裝在屋頂上就可以接收衛星訊號,上網月費99美金。
  網路速度50Mbps~150Mbps,延遲20~40ms。這個表現比起台灣的網路如何? 以中華電信下載/上傳分別是100M/40M的方案來看,月費920台幣,延遲大概落在10ms以內,甚至可以到2ms。

  以台灣寬頻上網相同速度的角度來看,Starlink的月費是三倍,延遲也比較高。不過它目前只是測試版,衛星也只佈署了十分之一,目前的比較僅供參考。表示台灣若不是住在非常特別的荒郊野外,基本上用不到Starlink的服務,若嫌網路慢,只需要打個電話申請300Mbps ~1Gbps就好。

Starlink每個月建造並發射搭大約120枚衛星

  Starlink最近一次發射是2021年的3月4號,是第20次發射,獵鷹九號又送了60枚衛星到軌道高度550公里處。從這20次任務來看,獵鷹九號已是非常成熟可靠的火箭,連續20次都發射成功。如果這個良好紀錄一直保持下去的話,按照Starlink提出的設計,上網速率的最大值可以達到10Gbps,比現行的100Mbps快上100倍。

柯伊伯計畫的接收天線,直徑30公分,比Starlink的略小,理論最高速達400Mbps

  柯伊伯計畫將會獲得亞馬遜超過100億美元的投資,它在去年7月獲得美國聯邦通訊委員會(Federal Communications Commission,FCC)的許可,將會發射3236顆衛星,分布在98個軌道平面,高度則是589~629公里,運作在Ka頻段。

  目前亞馬遜一顆衛星都還沒發射!為了符合FCC的要求,也就是在六年內要發射至少一半數量的衛星,所以亞馬遜需要在2026年之前發射至少1600顆衛星。

  縱使建造成本超過100億美金,馬斯克還是樂觀的相信Starlink的投資將來每年會有300億美金的回報,比他們的太空事業SpaceX賺得還多十倍。這項收入主要會被拿來當作前往火星的研發基金。至於亞馬遜的Kuiper雖然一顆衛星都沒發射,但已經和OneWeb還有Telesat簽好約了,將會用Blue Origin的New Glenn火箭去載送這兩家公司的衛星。至於New Glenn的首次發射,則安排在2022年底。這場低軌道衛星之爭,暫時由馬斯克取得領先,未來十年將會如何發展,讓我們拭目以待。

參考資料:

  1. Bezos and Musk Feud Over Satellite Internet: SpaceX Wants Change in Real Estate Position, Amazon Disagrees
    https://www.techtimes.com/articles/256372/20210126/bezos-musk-feud-over-satellite-internet-spacex-change-real-estate.htm
  2. What is the Medium Earth Orbit (MEO)?
    https://www.everythingrf.com/community/what-is-the-medium-earth-orbit
  3. Elon Musk vs Jeff Bezos: who will win the modern space race?
    https://bvi.org/elon-musk-vs-jeff-bezos-who-will-win-the-modern-space-race
  4. Amazon receives FCC approval for Project Kuiper satellite constellation
    https://www.aboutamazon.com/news/company-news/amazon-receives-fcc-approval-for-project-kuiper-satellite-constellation
  5. Satellite Map
    https://satellitemap.space/#
  6. Chunghwa Telecom Hinet
    https://www.cht.com.tw/home/campaign/broadbandgift/index.html#tab_2
  7.  Amazon seeks permission from FCC to launch over 3,000 broadband internet satellites for its ‘Project Kuiper’ initiative
    https://techstartups.com/2019/07/09/amazon-seeks-permission-fcc-launch-3000-broadband-internet-satellites-project-kuiper-initiative/
  8. SpaceX’s Elon Musk and Amazon’s Project Kuiper stir up a war of words over satellites
    https://www.geekwire.com/2021/spacexs-elon-musk-amazons-project-kuiper-stir-war-words-satellites/
  9. Starlink
    https://en.wikipedia.org/wiki/Starlink#Satellite_revisions
  10. Amazon unveils flat-panel customer terminal for Kuiper constellation
    https://spacenews.com/amazon-unveils-flat-panel-customer-terminal-for-kuiper-constellation/
  11. Types of orbits, ESA
    https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Transportation/Types_of_orbits
  12. 福爾摩沙衛星七號
  13. https://www.nspo.narl.org.tw/inprogress.php?c=20021502

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