現代生活離不開網路，但地面網路對飛機、船隻及偏遠地區使用者服務相當有限。6G通訊將引入非地面網路（NTNs），利用低軌道衛星提供無所不在的網路連接。2017年SpaceX以可回收火箭技術降低發射成本，使低軌道衛星通訊重獲新生。鴻海研究院的「珍珠號」計畫成功驗證衛星通訊的可行性，展示了其太空工程實力。

現今的都市生活中已離不開網路，目前網路連接主要靠的是地面基地台，因此雖然在都市地區網路相當普及，但地面網路對飛機、船隻及偏遠地區使用者服務相當有限。隨著5G通訊的普及，下一個世代的通訊（6G）發展樣貌也逐漸成形，其中一項重要的革新，就是將「非地面網路（Non-Terrestrial Networks, NTNs）」全面匯入。讓使用者即便在天空中、海洋上等無法建造地面基地台的地方也能夠無痛使用網路通訊。要達到這一點，最關鍵的技術就是將基地台放到太空中，讓衛星能在離地球不遠的軌道上收發網路訊號，這就是「低軌道衛星通訊」！

低軌道衛星通訊並不是一個新的概念，早在1998年，摩托羅拉（Motorola）就曾經有過低軌道衛星通訊服務，然而最後卻以失敗告結，其中一項原因就是過高的火箭發射成本；低軌道衛星通訊需要將大量的衛星發射升空，不幸的是，火箭不但價格十分高昂，還跟免洗筷一樣僅能一次性使用，「用完就丟」的火箭帶給運營商極大的資金壓力，最終只能可惜地宣告失敗。

這一切在2017年美國SpaceX成功試驗可回收火箭後有了改變。可回收火箭的出現大幅度降低了昂貴的衛星發射費用，人類得以大規模發射衛星，讓過去走下舞台的低軌道衛星通訊死灰復燃，重新站上太空產業發展的浪尖，計畫發射上萬顆衛星的「星鏈（Starlink）」就是最具代表性的例子。

通訊網路還能如何進化？衛星通訊有解！

在鴻海研究院新世代通訊研究所（以下簡稱通訊所）所長吳仁銘的提案下，鴻海研究院正式開始了相關的研究。「一開始我們看到了未來的6G通訊，也就是非地面網路的趨勢」。吳仁銘表示：「鴻海作為一間ICT（資訊與通訊科技）公司，我們要為未來的發展趨勢去做準備」。

衛星計畫「珍珠號」就是在這樣的背景下誕生。「珍珠」是以英文命名的縮寫「Propagation Experiment using kurz-Above-band Radio in Low earth orbit（PEARL）」。這個計畫最核心的目標是要進行衛星通訊的「概念驗證（Proof ofConcept，簡稱POC）」，也就是測試其可行性，作為未來進一步發展的依據。除此之外，還包含了蒐集太空環境中的資料，以及建立衛星開發系統工程的流程。為了達成這些目標，鴻海研究院與長期耕耘於太空科技領域的中央大學，以及創未來科技等有太空相關經驗的廠商分工合作。

珍珠號一共包含了2顆衛星（PEARL-1H與PEARL-1C，H與C分別代表鴻海與中央大學的名字開頭），這2顆衛星的尺寸都與2包A4紙疊起來差不多大（10公分x22.6公分x36.6公分），重量約10公斤重。其中PEARL-1H除了常見的衛星本體次系統外，還搭載了鴻海子公司「新煒（Rayprus）」所製作的光學鏡頭，以及創未來科技製作的相位陣列天線等酬載。而PEARL-1C則有中央大學的太空環境探測儀。

衛星通訊的挑戰

作為台灣首顆寬頻通訊衛星，珍珠號任務的首要目標是驗證衛星通訊的可行性。衛星利用18到20GHz的K頻段向地面站傳輸資料，而地面站則以28至30GHz的Ka頻段向珍珠號發送指令。這樣子的技術在地面上還算容易，但換成衛星通訊則多了許多技術需要克服。

首先，光是控制天線瞄準衛星方位就不容易。衛星會在海拔525公里的高空，以每秒7.6公里的速度航行，也就是說，在每次平均8分鐘的通聯時間內衛星就移動了3,600公里！另外，衛星運作時，發射出來的訊號頻率無時無刻都在改變，這稱為「時變都卜勒效應（Time -Var ying Doppler Effect）」。就好像在用無線電對話的時候，講話那個人一直在亂調頻道！最後，訊號到底要多強才能建立通訊呢？想像2個相隔遙遠的人要聊天，喊得不夠大聲是聽不見的！衛星通訊也是一樣，訊號必須要達到一定的程度才有辦法建立通訊，這個最低的要求稱為「鏈路預算（Link budget）」。

上述這些都是衛星通訊必須克服的課題，這次的任務結果將給出一個實際的測試結果，替未來商業化做出決定性的評估。

鴻海正式獲得「太空飛行履歷」！

另外，要製作出符合「太空規格」的電子系統非常困難，太空環境與地球差異相當大，不但非常寒冷，也幾乎沒有空氣，甚至還時時刻刻有來自宇宙的輻射穿過。在前往太空的過程當中，也會遇到強烈的震動、衝擊、高溫等挑戰。

為了確保衛星能夠順利在這樣的環境中運作，衛星必須要送至國家太空中心（TASA）經過一連串的測試。完成以後，還需要送至德國柏林的發射廠商「Exolaunch」再次進行整合測試。這些測試非常嚴謹，畢竟一旦衛星發射升空後，就很難有機會派人過去維修那些無法以軟體修復的問題。因此，團隊必須盡速解決測試時發現的一連串問題，在發射日期早早決定好、不能更改的情況下，到了最後幾個月，團隊成員們日以繼夜地趕工，「每週都會有新的技術面的問題或突發的狀況發生，有時氣氛很緊繃，每天在壓力中有序進行，我們為發現問題而感到高興，害怕的是一切順利沒有找到所有問題。非常感謝我們團隊有相當高的凝聚力及共識，一起堅持，一起成功完成任務。」吳仁銘表示。

珍珠號計畫在2021年10月正式啟動，經歷了2年的努力，在2023年11月12日凌晨搭乘SpaceX的獵鷹9號升空，成功地在太空中運作。在早期軌道操作的第三個階段中，衛星成功地回傳了若干過暗或過亮的照片，在經歷了數次曝光參數調整的重新拍攝後，才獲得令人滿意的太空照片。在這2年的過程中，鴻海也建立出了自己的「衛星開發系統工程管制方法」，將衛星製造、測試的流程標準化，為的就是在未來衛星有大規模需求時能參與其中，「我們看的是全球衛星通訊的市場！」吳仁銘表示。

這次任務的成功，也證明鴻海有能力製作出符合太空規格的設備，獲得了「太空飛行履歷（Flight Heritage）」證明，正式擁有了進入太空工程製造鏈的門票。

鴻海研究院的通訊所不只參與珍珠號衛星本體的研發，同時也建造地面的衛星控制中心，以更全面的角度開發衛星通訊的技術。這2年間，鴻海研究院新世代通訊研究所參與發表了4篇期刊論文、20篇國際會議論文。其中一篇還曾獲得2023年電機電子工程師學會（IEEE）的最佳論文獎第二名（Best Paper Runner-up）。

接下來鴻海將會持續分析珍珠號傳送下來的資料，完善自己對太空技術的認知。憑藉著自身的飛行履歷，當衛星大規模生產的需求到來時，鴻海不會缺席！ @配圖：珍珠號衛星計畫在2021年10月正式啟動，在2023年11月12日成功地在太空中運作。