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太空・火箭・IPO
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Part 1 · 第 2 章

衛星與軌道

衛星不是隨便飄在天上。它在一條固定高度的「軌道」上狂奔——而那個高度,幾乎決定了它的一切。

§1

衛星在天上,到底在做什麼?

上一章我們說過,太空經濟有三根支柱——衛星其實就是這三根支柱的「本體」。快速複習一下它們在天上幹嘛:

支柱一

通訊(communications)——把網路、電視、電話訊號送到偏鄉、海上、空中。

支柱二

導航(navigation)——告訴你的手機「你在哪、現在幾點」,Google Maps 靠它。

支柱三

觀測(Earth observation)——從天上拍地球,看颱風、看農田、看軍事。

本章重點轉個彎

「衛星在做什麼」上一章講過了。本章要回答的是另一個問題:這些衛星到底「在哪」?為什麼有的飛得超低、有的飛得超遠?因為——你等一下會看到——高度,決定了一顆衛星的命運

§2

三種軌道高度:LEO / MEO / GEO

衛星可以飛在不同高度,但工程上常用的有三個「樓層」。離地越遠,飛得越高——我們由近到遠,把它畫出來給你看:

地球 LEO 160–2,000 km · 近 MEO 2千–3.6萬 km · 中 GEO 35,786 km · 遠

三種軌道高度(示意,環的距離未按真實比例)· 高度數字見下表

把這三個樓層的關鍵差異攤開來看——你會發現一個很簡單的規律:飛得越遠,訊號來回越慢

軌道高度訊號延遲主要用途代表
LEO 近 160–2,000 km 20–40 ms 低延遲上網、太空站、對地觀測 Starlink、ISS 太空站
MEO 中 2,000–35,786 km 50–150 ms 定位導航 GPS 導航衛星
GEO 遠 35,786 km 約 240+ ms 傳統電視 / 通訊 衛星電視
GEO 的神奇之處

地球同步軌道(GEO)剛好在 35,786 公里高——在這個高度,衛星繞地球一圈的時間,剛好等於地球自轉一圈(一天)。結果就是:從地面看,這顆衛星像被釘在天上同一個點,永遠不動。所以你家的衛星電視小耳朵(碟形天線)裝好後可以對準一個方向就不用再轉——因為那顆衛星真的不會跑掉。

§3

那為什麼 Starlink 選最低的 LEO,不用傳統的 GEO?

等等——既然一顆 GEO 衛星就能「定在天上不動、覆蓋一大片」,那不是超方便嗎?為什麼 Starlink 偏偏要發成千上萬顆飛在最低的 LEO?答案藏在那張表的「延遲」欄裡。先看一個比喻:

最關鍵的比喻:兩種基地台

GEO 像一座蓋在 3.6 萬公里高空的「超級高塔」基地台。一座就能罩住大半個國家——但你的訊號要先飛上去 3.6 萬公里、再飛下來,一來一回幾萬公里。光速再快,這趟也要花約 240 毫秒以上。打電動會延遲、視訊會頓。

LEO 像貼著地表、低低地灑滿天空的「迷你」基地台。因為離你超近(幾百公里),訊號咻一下就到,快到只要 20–40 毫秒——跟你家光纖差不多。代價是:飛這麼低,一顆能罩到的地面範圍很小,而且它在天上是高速飛過、不會停。

所以這是一個很乾脆的取捨——要「快」,就得犧牲「一顆罩很大」

傳統做法 · GEO 高塔
約 240+ ms

延遲高(訊號跑 3.6 萬公里來回);但好處是少少幾顆就能覆蓋全國

Starlink · LEO 低空織網
20–40 ms

延遲超低、像光纖;代價是一顆覆蓋小 → 必須發「一大群」織成一張網

這就解開了一個謎

很多人第一次聽到 Starlink 都會問:「為什麼要發那麼多顆衛星?聽起來很瘋。」現在你懂了——因為它選了低軌道(LEO)來換取低延遲,而低軌道每顆罩的範圍小、又一直在飛,所以必須用成千上萬顆衛星,接力織成一張覆蓋全球的網,你頭頂上隨時都要有一顆飛過。這個「為什麼是上萬顆」的故事,第 12 章 會把整套生意拆給你看。

§4

最後一個問題:軌道不是免費的

講到這裡你可能有個直覺的疑問:衛星就這樣「掛」在天上,為什麼不會像石頭一樣掉下來

先給你一句話的答案

祕密是——它其實一直在掉,只是它「往旁邊」飛得夠快,快到還沒掉回地面,地面就先彎走了。這種「一直掉、卻永遠掉不到地上」的狀態,就叫做繞軌道(orbit)。所以衛星不是靜靜地浮著——它是在以時速好幾萬公里狂奔

這個「為什麼要跑那麼快才掉不下來」「不同高度要跑多快」的物理,是火箭與衛星最核心的一課。我們留到 第 5 章 · 軌道力學 用互動圖好好玩給你看。

順帶一提:天上開始塞車了

當大家都把衛星往同一層 LEO 塞(Starlink 已經上萬顆,後面還有競爭者),就有了新麻煩:太空垃圾——壞掉的衛星、火箭殘骸、碎片,全都以超高速繞著地球飛。撞一下就是大事。這是整個低軌產業頭上的一片烏雲,本書後面會再提到。

本章帶走三句話
軌道=固定高度的高速繞圈——衛星不是飄著,是邊掉邊狂奔,所以掉不下來。
高度決定一切:飛得越遠(GEO),延遲越高、但一顆覆蓋越大;飛得越近(LEO),延遲越低、但一顆覆蓋越小。
Starlink 賭 LEO 換低延遲(20–40 ms),代價就是必須發上萬顆衛星織成一張網。