一、前言
近年來,極端氣候、地緣政治風險與網路攻擊威脅,使通訊系統在災害應變、公共安全與國家安全中的重要性日益提高。其中,低軌 (Low Earth Orbit, LEO)衛星通訊因可在災害發生或地面通訊受阻時提供替代通訊連線,提升通訊系統於危機期間的持續運作能力,近年逐漸受到各國政府關注。根據 BIS Research 分析,全球低軌衛星市場規模於 2024 年約達 112 億美元,其中美國為全球低軌衛星產業發展領先之國家,約占全球低軌衛星市場逾六成,並涵蓋 SpaceX、Iridium 等主要低軌衛星通訊業者。
二、低軌衛星對通訊韌性之助益
低軌衛星通訊系統具備多項有助於提升通訊韌性的技術特性(摘要如圖一):
(一) 分散化衛星架構與備援能力
低軌衛星系統係由多顆分散部署的衛星共同組成通訊網路,而非仰賴少數關鍵節點運作。此類分散式架構可降低單一衛星或通訊節點失效對整體系統之影響,使系統在災害、設備故障或部分通訊中斷情境下,仍可維持基本通訊功能,並減少對單一節點的依賴。
(二) 多衛星覆蓋與地形適應能力
由於衛星數量較多且軌道分布密集,低軌衛星可提供多重連線路徑,有助於提升山區、離島或建物遮蔽區域之通訊可用性,改善地形限制所造成的連線不穩問題。此外,亦可作為定位、導航及時間同步與校正服務之輔助來源。
(三) 低延遲通訊特性
低軌衛星運行高度約為160至2,000公里,顯著低於中軌與高軌衛星(約20,000至36,000公里),使訊號傳輸距離大幅縮短。其通訊延遲約可降至50毫秒,相較於高軌衛星約600毫秒,更能支援即時通訊、系統控制與資訊傳遞等需求。
(四) 訊號品質與終端部署彈性
相較於中軌與高軌衛星,低軌衛星與地面距離較近,可提供較佳之訊號品質與穩定性,並降低對大型或高功率地面設備的依賴,使通訊設備在部署上更具彈性,適用於臨時架設、行動式及災害應變等應用情境。
(五) 抗干擾與抗欺騙能力
在分散式網路架構下,即使部分衛星通訊網路受到干擾,通訊系統仍可透過其他衛星維持基本服務運作,使局部干擾不致造成全面性通訊中斷,進而提升系統在複雜或受干擾環境下的可靠程度。
(六) 災後復原與快速恢復能力
相較於大型高軌衛星,低軌衛星單顆體積較小、建置成本相對較低,使其於災害或突發事件後具備快速補充與重建能力,有助於加速通訊服務恢復並縮短通訊中斷時間。
(七) 高解析度觀測能力
低軌衛星距離地表較近,可取得較高解析度之觀測影像,有助於即時掌握災害範圍、環境變化及基礎設施受損情形,對災害監測與應變決策具有重要應用價值。
(八) 衛星部署與系統擴充彈性
低軌衛星系統多採模組化設計,可依任務需求調整衛星數量與通訊資源配置,使通訊系統在服務規模與功能上具備彈性,能因應不同階段及多元應用情境之需求。
三、低軌衛星通訊韌性之應用案例
以下整理以災害應變、基礎設施維運及行動通訊支援等面向,結合低軌衛星通訊之應用案例:
(一) 災害現場之衛星寬頻連線服務-Starlink
開發廠商:SpaceX
Starlink(星鏈)為美國 SpaceX 建置的低軌衛星網路系統,目前服務範圍已涵蓋全球百餘個國家與地區。其可透過可攜式終端設備,在地面基地台、網路連線或電力設施受損時,提供臨時寬頻通訊連線,以支援災害現場跨單位通訊與資訊傳遞等基本需求。2022 年佛羅里達州颶風災後及 2025 年德州洪災期間,Starlink 均曾向受災地區提供通訊支援,作為地面通訊設施修復前之過渡性通訊方案。
(二) 可部署式通訊整合解決方案
開發廠商:PEAKE
PEAKE 提供可部署式通訊設備與整合型通訊解決方案,可整合衛星通訊(含低軌衛星與高軌衛星)與行動通訊網路(4G/5G)等多元通訊資源,建構具高度穩定性與可靠度之通訊架構,並具備自動切換與備援機制,可依現場環境條件選擇適當通訊路徑,以因應通訊品質不穩或基礎設施受限之情境。此外,其設備設計強調輕便與機動性,具備耐用、易於搬運及快速部署等特性,適用於災害現場、偏遠地區或環境條件多變之行動指揮據點與第一線應變作業。
(三) 衛星通訊備援解決方案
開發廠商:Hughes
Hughes提供衛星通訊備援服務(包含低軌與高軌衛星),主要應用於企業與政府機構既有網路架構中,作為地面通訊失效時之備援連線方案。當地面通訊因災害、事故或其他因素中斷時,系統可自動將流量切換至衛星通訊網路,以維持關鍵應用系統、雲端服務與內部通訊作業之連續性,降低對日常營運與公共服務之影響。目前相關服務已應用於零售連鎖、能源基礎設施、邊境安全及災害應變等應用場域。
(四) 以衛星為基礎之基礎設施遠端監測解決方案- SmartCover
開發廠商:Xylem、Iridium Satellite Communications
SmartCover 為一項應用於污水與下水道系統之遠端監測解決方案,整合感測設備與衛星通訊網路,可持續蒐集基礎設施之運作狀態資料。系統透過設置於人孔或管線設施之感測器,即時監測水位、水流、壓力及氣體等關鍵參數,並經由 Iridium 衛星通訊網路傳輸至後端管理平台,供公共事業單位進行彙整與分析。
此外,SmartCover 採電池供電並透過衛星通訊進行資料傳輸,使系統不受當地電力與行動網路限制。即使於偏遠地區或基礎設施受損情境下,仍能維持監測運作,使管理單位得以及早掌握潛在異常,降低溢流與環境風險,並提升整體基礎設施管理之穩定性與可靠性。
(五) 結合衛星與行動通訊之行進間通訊解決方案
開發廠商:Kymeta
Kymeta 推出混合式通訊解決方案,整合平板式衛星天線與行動通訊技術,可於衛星通訊與行動網路之間進行切換,適用於車輛通訊、海事及政府公共安全等多元應用情境。該系統可於載具行進中或通訊條件不穩定情境下維持通訊連線,作為行動指揮中心與第一線應變車輛之通訊支援設備。
2019 年,於美國大型跨機構災害應變演練「Cascadia Rising」中,Kymeta 通訊解決方案被部署於消防指揮車、醫療救援車輛及行動緊急指揮中心等載具。演練結果顯示,該通訊解決方案於模擬斷電情境下仍能有效支援語音、視訊通話及影像傳輸等通訊功能,並具備易於部署及可與既有設備整合之特性。