太空中的信號塔：Porsche積極投資太空業務，並闡述人造衛星的重要性

Written by: Bear

於近地軌道運作的星鏈衛星在俄烏戰爭發揮出極大的功能，充分證明這已經是未來數位聯網功能的主流了！而在汽車業界，未來的車輛當然將會持續聯網，而衛星可能對此起到舉足輕重的作用。除了來自美國的衛星服務供應商之外，一個歐洲財團也希望在太空中建立網路。目前已有第一批整車製造商(OEM)在考慮透過獨自或合作的方式來發射衛星。

汽車行業正在經歷一場深刻的變革。除了向電動車轉型之外，汽車功能也在發生根本性轉變，位於波恩的德國航空航太中心(DLR)衛星通信部主任Björn Gütlich博士表示，「業界已經敏銳地察覺到，汽車正在逐漸從純粹的運輸工具轉向全新商業模式和服務平台。這相當於從行動電話到智慧手機的過渡。」

就像智慧手機一樣，未來的汽車也需要持續聯網。這對於自動駕駛等基於軟體的新興功能大有裨益，例如：可以發送或接收危險位置警告等。這樣，車輛就有足夠的時間，針對突發狀況作出調整。弗勞恩霍夫應用固體物理研究所高頻電子業務部負責人Sébastien Chartier 博士解釋說，「未來，我們需要高速、可靠、覆蓋全球的互聯網連接。對此，5G和6G移動通信的作用舉足輕重。此外，新一代衛星也有助於實現全球覆蓋、消除信號盲區。」

人造衛星：理想的解決方案

DLR專家Gütlich也持相同意見並表示，「在可預見的未來，僅靠現有的地面通信基礎設施難以對廣闊區域實現無盲區覆蓋，未來5G蜂巢的覆蓋半徑有限，幾乎需要在每根路燈燈柱上安裝信號塔，因此有必要透過『太空中的信號塔』予以補充，人造衛星正是理想的解決方案。」

在未來，衛星的作用並不僅限於為自動駕駛提供支援。Porsche AG董事會副主席兼財務與IT董事、Porsche汽車控股公司投資管理董事會成員Lutz Meschke總結道，「它們還可以向導航系統發送即時交通資訊更新，或向車輛電子系統推送軟體版本更新。此外，來自太空的數據連接還可以讓人在車上暢快享受網路娛樂內容，即使是在網路不發達的偏遠角落也照樣流暢無阻。因此，衛星在汽車領域有著豐富多樣的應用前景。」

地球靜止軌道(GEO)的顯著優勢：從地面上看，地球靜止軌道上的衛星總是保持在天空中的同一位置，因為它們恰好每天環繞地球運行一圈，與地球自轉同步。 在該軌道上運行的衛星主要是電視、通信和氣象衛星。

不過，想要實現這些新服務，首先需要在車上加裝額外技術設備，用以接收來自太空的數據。由於尺寸和形狀的緣故，固定安裝在大樓建築上的碟形天線並不適合安裝在車頂。而相控陣列天線(Phased array antennas)則是車輛應用的理想之選：它們由許多小天線和特殊電子裝置組成，可以根據衛星的位置不斷調整發射和接收方向，從而確保不間斷接收數據。此外，相控陣列天線的外形完全平坦，可以集成在車輛天窗中。

支援這些新興服務的衛星群將在近地軌道(LEO)和地球靜止軌道(GEO)上環繞地球運行。近地低軌衛星距離地球表面不超過2,000公里，而地球同步軌道衛星的高度約為35,800公里，並將始終保持在同一地點上方。

這兩種軌道各有優缺點，主要體現在發射器與接收器之間的信號傳輸時間(即延遲時間)上。衛星製造商Refex Aerospace的執行長Walter Ballheimer解釋說，「近地軌道的延遲時間約為0.04秒，適用於高速通信；而地球靜止軌道的延遲約為0.5秒，適合向大量使用者分發相同的內容。」

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取決於具體運行高度，中地球軌道(MEO)上的衛星每天繞地球運轉的圈數各不相同。 最廣為人知的例子是全球定位系統(GPS)、伽利略(Galileo)、格洛納斯(GLONASS)和北斗導航系統的衛星。

如今，近地軌道可謂熱鬧非凡：環繞地球運行的現役衛星共有近4,900顆，其中約有4,100顆在近地軌道上。相比之下，地球同步軌道上目前只有大約600顆衛星。而且近地低軌衛星的數量仍在飛速增長：僅2021年，就有約1,660顆衛星進入低軌，而其他軌道上只增加了約30顆衛星。

對太空的巨大興趣來源於今非昔比的框架條件：過去，只有國家和國家級航太機構才有能力進入太空；而現如今，越來越多的公司發現，發射和運營衛星群是屬於未來的商業模式。

歐洲的太空空間

這種繁榮一方面得益於技術的進步，另一方面也是由於越來越多的私營企業進軍航天產業。衛星越來越小、越來越便宜，而且由於火箭發射費用的不斷降低、供應商之間的競爭日益激烈，將衛星送入軌道的成本也在下降。

目前，最大、最知名的航太企業是馬斯克創辦的美國太空探索技術公司：SpaceX。 到2021年底，該公司已將接近1,800顆近地軌道衛星送入太空，以組建其「星鏈」網路，能輕鬆讓偏遠地區接上互聯網。SpaceX還希望為卡車、船舶和飛機提供數據連接。

到目前為止，還沒有歐洲版「星鏈」出現。為了改變這種狀況，總部位於慕尼克的火箭製造商Isar Aerospace與Refex Aerospace和鐳射通信公司Mynaric攜手合作，於2021年底成立了UN：IO財團。該財團將從歐盟獲得140萬歐元，以在2025年前完成對歐洲自有衛星星座的方案研究。除了寬頻連接、邊防監控和民防等應用之外，UN：IO專案也考慮為網聯車輛/自動駕駛車輛提供服務。

近地軌道(LEO)是國際太空站(ISS)和許多氣象、地球觀測和通信衛星所在的軌道。 目前，近地軌道可謂炙手可熱。絕大多數新發射的衛星都是近地軌道衛星，例如：「星鏈」網路。

Ballheimer認為，「要實現視訊電話、串流媒體甚至自動駕駛…等服務，就需要在軌道上部署足夠多的衛星。不過，與星鏈相比，UN：IO 希望向太空發射的人造衛星數量要少得多。」

「我們計劃在近地軌道上部署幾百顆衛星用於高速通信，並在更高的軌道上部署幾十顆衛星用於分發相同的內容，例如：軟體更新。我們不會用數以萬計的衛星堵塞近地軌道，而是將僅僅幾百顆衛星巧妙地部署在不同軌道上，實現更佳的通信能力。」

許多歐洲汽車製造商都有意向與「星鏈」或UN：IO…等衛星運營商建立合作，從而受益於現有基礎設施和宇航公司的專業知識。而中國汽車製造商吉利汽車則計劃建立自己的衛星群。這個衛星群不僅負責向車輛提供數據，還將為該公司的自動駕駛汽車提供高精度導航數據。目前尚不清楚是否會有更多整車製造商(OEM)效仿這種模式。自有衛星群的運營商將獨立於原公司，能根據自身需要優化技術，並自由決定發射視窗。

為了交換數據，需要確保車輛的天線對準衛星。這即為「相控陣列天線」的用武之地！這種天線由眾多獨立的小天線組成，只需控制各個天線的發射訊號相位，即可透過純電子方式使最大發射能量的方向傾斜一個角度。接收時，可透過相位差確定最大靈敏度方向。

保時捷汽車控股公司也積極投資於太空業務，自2021年7月起成為了Isar Aerospace的股東。該公司在慕尼黑附近從事火箭研發工作，因其高度的垂直整合從競爭對手中脫穎而出，其所有重要部件都是由其自行研發而成。Isar Aerospace的「光譜」(Spectrum)號兩級運載火箭計劃於2022年底在挪威安德亞島進行首次試飛。之後，它將為UN：IO財團等客戶發射小型衛星，讓地球上的交通更安全、出行更愉快。

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