完全解析星鏈如何運作:三個零件一條雷射,台灣四條衛星路各缺哪一塊

Starlink 靠天線、衛星、地面站三個零件,加上衛星之間的雷射。用同一套零件去看,台灣手上的四條衛星路各缺哪一塊。

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完全解析星鏈如何運作:三個零件一條雷射,台灣四條衛星路各缺哪一塊
圖/Tony Webster(CC BY 2.0),水彩轉繪;衛星與雷射線為示意

美國夜空裡那一串排得整整齊齊的光點,是 SpaceX 在 2019 年 5 月一次送上去的 60 顆 Starlink 衛星。七年後,根據天文學家麥克道爾(McDowell)10 月 2 日的統計,在軌道上的 Starlink 已經有 11,156 顆。

2019 年 5 月 26 日新墨西哥州夜空中,首批 Starlink 衛星連成一條直線的長曝光照片
首批 60 顆升空兩天後,2019 年 5 月 26 日美國新墨西哥州上空,Starlink 衛星連成一條線(長曝光)。圖/Mike Lewinski,CC BY 2.0,經縮圖

從 60 顆到 11,156 顆

60顆在軌 Starlink

每一點代表一顆在軌衛星。紅點是 2019 年 5 月第一批的 60 顆;全部點亮是天文學家麥克道爾 2026 年 10 月 2 日的統計,11,156 顆。中間的增長過程只是動畫,不代表各年份實際數字。

台灣今年 7 月修了電信管理法,替外國衛星業者開了一扇門,媒體常把這次修法叫做「星鏈條款」。Starlink 到現在還沒來,台灣手上倒是已經有另外四條衛星網路的路,要看懂這四條路各差在哪,得先看懂 Starlink 本身怎麼運作。它靠的是三個零件,加上一條雷射。

這篇是我們同名長片的文字版,文中的圖大多可以點、可以拉,水彩插畫是用公開授權的照片轉繪而成,每張都標了原作者。

第一個零件:屋頂上那片不會轉的天線

舊式的衛星電視碟是彎的,像一個大碗,碗面把天上來的微弱電波集中到中間那支接收頭,所以碟子一定要對準天上的某一顆衛星。Starlink 的用戶天線卻是一片平板,裝好之後就不用再動。

水彩風格的傳統拋物面衛星電視碟 水彩風格的 Starlink 平板天線,裝在車頂行李架上
左:傳統衛星電視碟要對準一顆衛星。右:Starlink 平板天線(Flat High Performance)裝在車頂上,本身不轉。水彩轉繪自 High Contrast(CC BY 3.0 DE)與 Tony Webster(CC BY 2.0)的照片

平板能做到這件事,靠的是相位陣列(phased array)技術。板子裡排了上千個小天線,每一個都發出同一個訊號,只是電波起伏的節拍彼此錯開一點點,這些電波在空中疊在一起,在某個方向互相加強,其他方向互相抵消,結果就像一道看不見的手電筒光束。調整每個小天線之間的節拍差,光束就會往不同方向偏,整片板子不必轉,光束自己會轉。

互動|相位陣列

拉動滑桿,讓光束轉向

底下 12 個小天線發出同一個訊號,只差在節拍錯開多少。紅色是電波的波峰,疊在一起最亮的方向就是光束。

相鄰節拍差 0°,光束偏 0°

示意動畫,天線數量與尺寸都經簡化;實際的 Starlink 天線板裡有上千個小天線。

這個能力少不了,因為 Starlink 衛星跑得非常快。它們離地面只有 400 到 500 公里,大約一個半小時繞地球一圈,從頭頂天空的這一邊飛到另一邊只要幾分鐘,天線必須一路追著它,前一顆快要飛出看得到的範圍時,再把光束交給下一顆。

第二個零件:衛星為什麼要飛這麼低

傳統的通訊衛星多半放在大約 36,000 公里高的地球靜止軌道,在那個高度,衛星繞一圈剛好一天,跟地球自轉同步,從地面看起來就像掛在天上不動,3 顆左右就能蓋住地球上大部分有人住的地方。

代價是距離,你點開一個網頁,訊號從你家送上衛星、落到地面站,回程再走一次,前後要跑將近 15 萬公里,就算是光速也要將近半秒。這段等待在網路上叫延遲,看影片還好,視訊通話就會出現你一句、我一句互相搶話的空檔。Starlink 把寬頻衛星放在 450 到 490 公里,距離縮短了 70 多倍,延遲跟著大幅下降。

把跟台灣有關的幾家衛星放在同一把尺上,大致分成三層。最貼近地球的是低軌,300 多到 1,200 公里,Starlink、亞馬遜的 Amazon Leo、OneWeb 都在這一層;再往上是中軌,大約 8,000 公里,中華電信合作的 SES 就在這裡;最高的是 36,000 公里的靜止軌道。越往上需要的衛星越少,延遲也越高,每一家選的是不同的平衡點。

互動|延遲賽跑

同一個請求,送到四種高度的衛星再回來

訊號從你家上衛星、落到地面站,回程再走一次,總共是軌道高度的 4 倍。按下送出,看光要跑多久(動畫放慢 4 倍)。

這是理想化的物理下限,只算光在真空中走路的時間,假設衛星就在頭頂、地面站就在旁邊,沒有計入路由、排隊與處理時間,實際延遲一定比這長。高度取各家公開的軌道高度,Starlink 取寬頻殼層 450 到 490 公里的中間值。

飛得低也有代價,每一顆衛星只看得到地面一小塊,而且很快就飛走,要讓地球上任何地方隨時頭頂都有衛星,就得放上幾千顆。要負擔這麼多次發射,SpaceX 得先把火箭做成可以回收、重複使用,一次發射的成本降下來,才發得起這麼多顆。

水彩風格的 Falcon 9 火箭從發射台升空
2026 年 9 月 13 日,Falcon 9 在卡納維爾角發射最後一批 SES 中軌衛星 O3b mPOWER。水彩轉繪自美國太空軍照片(Tyler Moody,公有領域)

第三個零件:地面站,還有衛星之間的雷射

衛星收到用戶天線的訊號之後,要再把它丟回地面上一座接著光纖的大型天線,資料從那裡才真正進入網際網路,這座設施叫地面站(gateway)。Starlink 的地面站通常是一排白色圓球罩,裡面是會轉動的碟型天線,各自盯著天上不同方向的衛星。

水彩風格的地面站,圍籬內一排白色圓球罩
德國 Usingen 的 Starlink 地面站,每個白色球罩裡都有一座會轉的碟型天線。水彩轉繪自 Inner Sound 的照片(公有領域標記)

麻煩在於地球是圓的,衛星飛得低,能同時看到的地面範圍有限,如果你在大海中央的船上,頭頂那顆衛星往下看,可能找不到任何一座地面站。Starlink 的解法是讓衛星之間用雷射傳資料,一顆接一顆往下傳,直到某一顆看得到地面站為止。SpaceX 的上市文件寫著,整套衛星網路已經裝了超過 23,000 組這種雷射。

互動|星間雷射

把船開遠一點,看訊號還回不回得了岸

每顆衛星只看得到底下一小塊地面。沒有雷射時,必須有一顆衛星同時看得到船和地面站;有雷射時,衛星可以一顆接一顆往下傳。

船的位置

示意圖,不按比例;衛星高度與可視範圍都經誇大。實際上衛星一直在移動,可視範圍也跟仰角與天氣有關。

衛星之間用雷射、往地面卻還是用無線電,因為兩種訊號各有長處。雷射一道光束能搬的資料多得多,但從太空打到地面,很容易被雲、霧和大氣擾動中斷,所以 Starlink 連地面還是靠無線電,雷射主要用在衛星和衛星之間。光在真空裡也跑得比在光纖的玻璃裡快,理論上同樣的距離,太空雷射的延遲可以比海底光纜少三成左右,實際能省多少,要看繞的路有多遠。

這條雷射,剛好是台灣最在意的那個零件。數位發展部長林宜敬 7 月 13 日在立法院交通委員會說明,平常台灣用戶連上衛星,訊號可以落到台灣的地面站,再接光纖出海;如果海纜被切斷,就得靠衛星透過星間雷射,直接把資料送到海外的地面站,他說這在技術上還有一些問題要解決。

下一步:V3 衛星,和一枚還在試飛的火箭

Starlink 下一步要換上的是第三代衛星 V3,SpaceX 今年上市前送交美國證券交易委員會的文件寫著,一顆 V3 每秒最多能往地面送出大約 1 兆位元(1 Tbps)的資料,大約是現役主力 V2 mini 的 10 倍。

問題是這麼大的衛星,現役火箭載不動,同一份文件寫明,SpaceX 常用的 Falcon 9 和 Falcon Heavy 都沒有辦法發射 V3,能發射它的只有 Starship。這枚火箭分成兩節,下面負責起飛的超重型推進器,和上面繼續飛上軌道的星艦,設計上兩節都要回收再用。上市文件寫的現行設計,是完全重複使用時一次能把 100 公噸送上軌道,大約是 Falcon 9 完全拋棄、不回收時最大運量的 4 倍多,未來世代的目標才拉到 200 公噸。

數字|為什麼 V3 綁死 Starship

一次能送上軌道的重量

Falcon 9(完全拋棄、不回收)約 23 公噸
Starship 現行設計(完全重複使用)100 公噸
Starship 未來世代目標200 公噸

一顆衛星每秒能往地面送多少資料

V2 mini(現役主力)1 單位
V3(約 1 Tbps)約 10 倍

來源:SpaceX 上市文件(S-1)。Falcon 9 是完全拋棄式的理論最大值,Starship 100 公噸是現行設計的預期值,200 公噸是未來目標;Falcon 9 與 Falcon Heavy 都無法發射 V3。

Starship 在 9 月 28 日的第 14 次飛行,第一次真正進入地球軌道。前面 13 次都是沿著一條弧線飛上太空、再落回海上的次軌道飛行,速度不夠繞地球轉,這一次它加速到能繞著地球轉起來。

這一趟星艦帶上去 26 顆 V3,SpaceX 說這 26 顆合計增加的頻寬,大約是一次 Falcon 9 發射的 10 倍,設計上一次滿載可以放 60 顆。飛行過程並不完美,上升途中星艦有一具引擎提早熄火,任務從原訂將近 10 小時縮短到 3 個多小時就返回濺落,Starship 到現在仍在試飛階段。

衛星越做越大,還有一個原因是手機直連,讓一般手機不用另外買天線,直接連上衛星。難處在於手機發出的訊號非常微弱,衛星要有更大的天線才聽得到,往回傳的時候光束也要夠集中,才能打中地面上一支移動中的手機。

Starlink 現在天上大約有 650 顆第一代手機直連衛星,合作的電信業者分布在 30 個左右的國家。依各地合作電信開放的功能,目前可以傳簡訊、用少量資料,也能透過 WhatsApp、FaceTime 這類通訊軟體打電話,但還不適合像平常那樣看串流影片。第二代要等 2027 年用 Starship 開始發射,SpaceX 財務長說,目標是在 2028 年上半年做到完整 5G 等級的服務。為了這件事,SpaceX 去年同意向美國電信公司 EchoStar 買下一批行動通訊頻譜,上市文件寫的總價約 196 億美元。

再看 Starlink 想擴到多大,SpaceX 8 月公開的員工大會影片說,消費端訂閱戶超過 1,300 萬。馬斯克 5 月在 X 上寫,Starlink 最終會有超過 10 萬顆 V3、V4、V5 衛星,他接著寫:「如果成長持續下去,Starlink 有一天會承載網路上大部分的流量,到那時它就是網際網路,其他一切都只是接上 Starlink。」

SpaceX 7 月也向美國聯邦通訊委員會(FCC)申請第三代衛星網路最多 10 萬顆,9 月被受理,還沒有核准。另外還有一個更遠的構想,它不屬於 Starlink 的通訊網路,是把伺服器送上太空做 AI 運算,SpaceX 1 月為它申請的上限是 100 萬顆,申請書叫做「軌道資料中心」,後來 SpaceX 以 Starmind 為名,發表自家的太空 AI 運算衛星。這兩份都還只是申請,跟已經在天上的 11,000 多顆是兩回事。

SpaceX 負責 Starlink 工程的資深副總裁尼柯爾斯(Nicolls),10 月 6 日在土耳其安塔利亞的國際太空大會演講,結尾提到他們正在開發月球通訊用的高頻寬雷射,會先用衛星星座建立月球連線,再延伸到火星,形成一張行星際的通訊網,用的就是 Starlink 這套技術。他也說,要做到這件事,低軌道的太空安全還得持續改善。

回到台灣:四條路,各缺哪一塊

Starlink 把天線、衛星、地面站和雷射整合在同一套系統裡,台灣現在的做法則是串接不同業者的系統,用同一套零件去看,每條路缺的東西都不一樣。

互動|台灣的五條線

同一套零件,每條路缺的不一樣

藍色是這條路已經有的,紅框是還缺的。點一張卡看細節,下方時間軸也會跟著標出這條路。

第一條路已經在運作,是中華電信和 OneWeb 的低軌衛星服務,中華電信去年 6 月拿到台灣第一張 OneWeb 商用許可,用戶端要裝專用天線,主要服務政府、企業和防災。OneWeb 的衛星飛在 1,200 公里,比 Starlink 高得多,600 多顆就能蓋住全球。它缺的那一塊在地面,根據數位部和中央社的報導,OneWeb 在台灣境內沒有地面站,訊號要落到日本、泰國、關島,第一代衛星也沒有星間雷射。

這裡有個兩難,立法院修法時另外附上一項要求,審查時要把地面站和資料留在台灣列為重要考量,但海纜斷了的時候,能落在國外的地面站反而是優點。政府也把 OneWeb 接進自己的備援計畫,數位部在 2023 到 2024 年於全台和離島布建了大約 770 個衛星通訊點位,用的是 OneWeb 低軌和 SES 中軌衛星,OneWeb 由中華電信簽約導入;今年的接續計畫改為維運 196 個政府關鍵站點,讓海纜或基地台出事時,政府機關還有一條路連得出去。

第二條路是遠傳和亞馬遜的 Amazon Leo,它的衛星彼此之間有雷射,亞馬遜測過衛星對衛星每秒 100 Gbps(每秒一千億位元)的傳輸,這是衛星之間的速度,跟用戶的下載速度是兩回事。遠傳今年 5 月成為台灣的授權經銷商,總經理井琪說,主管機關的六道關卡已經過了四道,目標是 2027 年上半年在台灣開通。

第三條路是台灣大哥大和 AST SpaceMobile,走的就是前面講的手機直連。AST 的衛星做得特別大,就是為了聽見手機微弱的訊號,今年 5 月 AST 公布讓一支沒有改裝的手機直接連上在軌衛星,最快測到每秒 98.9 Mbps。台灣大今年 3 月跟 AST 簽了初步的合作協議,不過 AST 在軌的衛星目前只有十幾顆。

第四條路往高處走,主要是中華電信的中高軌備援,中軌的 SES 在 8,000 公里,已開始服務;靜止軌道上,中華電信和新加坡電信合資的中新二號運作多年。另一顆跟美國 Astranis 合作的小型靜止軌道衛星,整顆頻寬都保留給台灣使用,中華電信原本預計今年底提供服務,最新公開的永續目標改列 2027 年。

四條商用合作之外,台灣也在試著自己做通訊衛星,國家太空中心的第一顆低軌通訊實驗衛星,通訊設備交給美國公司製作,預計 2027 年發射;下一顆的通訊酬載改由國內自製,預計 2030 年上太空驗證。

時間軸

已經發生的,和還沒發生的

標「預計」的都是公司或機關公布的目標時程,不是已完成的事。

法律開了門,鎖還沒打開

回頭看這幾個零件,Starlink 的優勢在於從天線、衛星、地面站、雷射到發射衛星的火箭,關鍵系統大多由 SpaceX 自己設計、自己整合。台灣的做法是不押單一家,低軌寬頻和手機直連之外,中軌與靜止軌道也同時準備,每條路補一塊。

至於 Starlink 本身,電信管理法第 36 條的修正已在 8 月 5 日公布,開放給外國衛星業者的那兩項規定什麼時候生效,還要等行政院公告。截至 10 月 6 日我們查核時還沒有消息,也沒查到主管機關或 SpaceX 公開宣布已在台提出申請。

▶ 也可以直接在 YouTube 觀看:https://youtu.be/31DoHQoWwpY


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最後更新:2026 年 10 月 7 日

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