低軌衛星業者試圖透過雷射光串聯太空中相鄰衛星，構建衛星通訊傳遞鏈路。如何依不同營運模式布建、營運地面閘道器，並與各國電信商合作，同時符合各國監管機關的通訊監察法規，是業界未來努力的目標。
SpaceX於2015年提出Starlink計畫，分別於2016、2017年向FCC提出共計11,927顆LEO衛星，並於2019年底透過FCC向ITU申請30,000顆LEO衛星頻段。迄今該公司已規畫將近42,000顆LEO衛星。
SpaceX自2019年5月24日首次發射60枚LEO衛星至2021年5月4日止，已進行27次LEO衛星升空，將近1,500枚LEO衛星發射至距地面550公里的軌道上並提供服務。隨著LEO衛星布建數量成長，2020年3月開始，SpaceX在美國進行Beta版的服務試驗，並於2021年逐步在加拿大、英國、德國、波蘭、澳洲、紐西蘭等6國提供Beta版的服務試驗，並已累積超過50萬筆訂單。SpaceX表示將在2021年內將LEO衛星覆蓋範圍擴展至近乎全球。
目前SpaceX主要提供服務的低軌衛星無法進行衛星間通訊，所使用的通訊模式仍是將低軌衛星作為中繼站，將地面閘道器提供的通訊服務，透過低軌衛星從空中連接到使用者端，進而提供使用者通訊服務。當使用者距離地面閘道器太遠，超出低軌衛星所能連接的範圍，便無法建立通訊鏈路並提供通訊服務，因此目前低軌衛星所能提供通訊服務的範圍，受限於地面閘道器設置的位置(圖1)。
圖1 地面閘道器對GEO及LEO衛星服務範圍比較圖
資料來源：資策會MIC(6/2021)
以往通訊衛星主要位於距地表面高度超過2,000公里的中、高空軌道，隨著對於通訊低延遲的需求提高，衛星軌道隨之往低空軌道移動，縮短訊號傳遞的距離，進而可將通訊延遲從180~600毫秒縮短至20~50毫秒。隨著軌道高度從GEO降至LEO，高度降低36~72倍，地面閘道器對軌道的訊號覆蓋範圍及衛星對地面的訊號覆蓋範圍都大幅縮小，使得地面閘道器透過低軌衛星對使用者提供網路服務的範圍大幅縮小，進而使相同服務範圍內，低軌道衛星需要更高密度的布設地面閘道器，更導致在不易設置或無法設置地面閘道器的區域，如海域、極地等，將無法提供相關衛星網路服務。
SpaceX目前已在美英德加澳紐等六國設置許多地面閘道器，其中又以美國的分布數量最多，多達51個站區，每一站區的天線數量多達8座。目前SpaceX在提供Beta版服務的國家境內都有設置多個地面閘道器，相較之下，衛星通訊服務商Inmarsat使用高軌衛星，僅須在全球設置30個地面閘道器即可提供全球衛星通訊服務，足見以目前SpaceX的低軌衛星星系，在一個區域內提供服務，須在服務範圍內許多設置地面閘道器。
雷射光串聯衛星構建衛星通訊傳遞鏈路
低軌衛星業者為了降低低軌衛星對於地面閘道器的依賴，開始發展以雷射光建立衛星間通訊的技術，希望透過雷射光在太空中串聯相鄰的衛星，構築衛星間訊息傳遞鏈路，進而透過多顆串聯的低軌衛星，將地面閘道器與遠距離的使用者建立通訊鏈路，並減少衛星與地面閘道器的鏈路數量。
雷射光通訊零組件供應業者表示，選用雷射光來建立衛星間通訊鏈路，主要是因為在傳輸量的部分，雷射光理論值可達電磁波的千倍，此外，雷射光對於電磁波的干擾非常小，且在真空環境下不會受介質影響而減速，可提供衛星間資料傳遞以直線最短距離、穩定且高傳輸量的衛星間鏈路。
2021年1月，SpaceX先在與赤道夾角97.6度且會經過南北極圈的極地軌道上，發射10枚搭載衛星間雷射光通訊設備的低軌衛星，測試以衛星間雷射光通訊串聯多顆低軌衛星，希望能夠減少地面閘道器數量，並在無法設置地面閘道器的極地提供服務。依SpaceX的規畫，2021年間只有布設在極地軌道上新的低軌衛星會搭載衛星間雷射光通訊；2022年開始所有新布設的低軌衛星，無論在哪個軌道上，都會搭載衛星間雷射光通訊。
未來在新的區域內提供服務，可利用衛星間雷射光鏈路，經由數顆衛星傳遞至遠處的地面閘道器與地面網路連接，尤其是地域廣闊的國家、海面區域或南北極圈，可將足夠流量的地面閘道器集中設置在太空與地面通訊環境較好的地方，可避免因氣候因素影響地面與太空間的通訊，並不受地面網路鋪設困難的限制。
雖然使用衛星間雷射光通訊技術，可減少低軌衛星對地面閘道器的需求，甚至可以用一組地面閘道器對多個國家提供通訊服務，但大多數國家包括台灣，基於通訊監察原則，要求境內使用者須透過境內設置的地面閘道器才可連接至網際網路，因此衛星通訊業者仍須配合在境內設置地面閘道器，才能符合該國監管機關的通訊監察相關規定。
在過去，同為低軌衛星營運商的OneWeb曾為了要在俄羅斯提供服務，在俄羅斯監管機關期望下，取消衛星上的雷射光通訊設備，並在俄羅斯境內設置地面閘道器，讓監管機關得以透過境內的地面閘道器進行網路監管。隨著SpaceX的發展，將採用衛星間雷射光通訊設備，在SpaceX未在俄羅斯境內設置地面閘道器、亦未能讓俄羅斯監管機關對境內使用者進行網路監管、掌控的前提下，俄羅斯透過修法禁止公民透過SpaceX的衛星使用網際網路。
未來低軌衛星目標：全球皆搭載雷射光通訊設備
日本是SpaceX努力爭取服務的國家，希望最快能夠在2021年底開始提供服務。依照SpaceX向日本提出的說明資料顯示，為了在日本提供服務，會配合日本的通訊監察制度，將日本境內的地面閘道器設置於札幌，讓日本的網路服務透過日本的閘道器與網際網路連接。
依照SpaceX的規畫，未來所有的低軌衛星都將搭載雷射光通訊設備，在太空中彼此連接形成空中的通訊鏈路，不受地面閘道器的分布限制，可向極地、海域等無法設置地面閘道器的區域提供服務；在幅員遼闊的國家中，也可不用在境內分散設置地面閘道器，只需在一個適合的地點設置足夠的地面閘道器，利用空中的通訊鏈路，便可向該國境內所有區域提供網路服務，除了減少在服務範圍內分散設置地面閘道器的營運成本，更可避免來自其他通訊設施的干擾，或降低氣候產生的影響。
接下來，SpaceX欲進入我國或其他國家提供服務，依不同的營運模式，由SpaceX自主布建營運地面閘道器、與各國電信業者合作使用地面閘道器或租用地面閘道器，以及如何配合國家對於網路的通訊監察需求並善用雷射光通訊設備，都是未來值得關注的方向。
(本文作者為資策會MIC產業分析師)