運用太空創新技術縮短數位落差，改善地球上的生活

2023 年，全球仍有超過三分之一的人口無法上網，代表有 26 億人毫無教育、就業、醫療、知識分享，甚至參與社群的機會。

對於我們這些全天連線上網的人來說，這個數字或許難以想像，但其實與前一年相比，已有一億人獲得改善。

然而，僅僅緩步縮小貧富差距，並不是永續的解方。在數位時代迅速發展的背景下，原本就處於劣勢的人，只會被拋得更遠。

我們必須找到真正能縮小數位落差的方法。答案會是一顆形狀像洗碗機、重量僅約 800 磅的立方體衛星嗎？

Astranis 相信，這正是關鍵。

這家位於舊金山的新創公司，其使命是打造用於高軌道的先進衛星：小巧卻強大的新一代太空船，專為深太空中高輻射環境所設計，包括地球同步軌道 (GEO) 與中地球軌道 (MEO)。

Astranis 的商業模式同樣是新一代：該公司以一站式服務的形式，將專屬衛星出租給中小型國家、財星 1000 大企業及其他客戶，提供頻寬即服務的統包解決方案。Astranis 也以提供服務給多個捍衛美國國家安全的政府機構為傲，其中包括 NASA 及美國太空軍。事實上，在一月時，Bloomberg 將該公司列入「十大值得關注的國防科技新創公司」名單中。

初期成果豐碩，未來規劃宏大

截至目前為止，Astranis 已發射五顆衛星，為全球數百萬人提供寬頻服務，包括墨西哥鄉村地區、菲律賓與美國，2024 年 12 月 29 日，該公司創下歷史，成為首家在單次任務中，將四顆自有衛星送入 GEO 的商業製造商。

Astranis Block 2 的四顆衛星，由 SpaceX 自佛羅里達州卡納維爾角太空軍基地成功發射，包含以下機組：

• NuView Alpha 與 NuView Bravo 將為機上連線服務供應商 Anuvu 提供服務。
• Agila 則與衛星服務供應商 Orbits Corp. 合作，成為首顆專為菲律賓打造的通訊衛星。
• 多任務衛星 UtilitySat 將首先為墨西哥提供寬頻服務，之後再擴及其他商業與政府客戶。  

四顆衛星已完成測試啟用，現正利用機上的離子推進器前往 GEO。

該公司規劃在 2030 年前，發射總計 100 顆衛星。

深度科技創新的模擬助力

模擬在衛星發射與運作的成功中扮演關鍵角色，對於已達成重大里程碑且擁有遠大目標的 Astranis 更是如此。

身為 Ansys 新創公司計畫的參與者，Astranis 善用多種 Ansys 求解器，進行 MicroGEO 迭代開發流程最佳化，並確保衛星具備 10 年的服役能力。其中包括 Ansys HFSS 3D 電磁模擬軟體，讓該公司能模擬突破性的設計。

Astranis 還採用下列工具：

• Ansys Mechanical 軟體，用於分析元件在不同負載與應力下的情況，包括發射期間與軌道運行時的負載。
• Ansys Thermal Desktop 軟體，用於建立熱傳導與熱平衡模型。

最終，模擬協助 Astranis 以更有效率的快速方式，並以傳統 GEO 衛星成本的一小部分，打造出創新的深度科技系統。 

適用高軌道的小型衛星

從地球上的視角來看，很難想像 GEO 衛星究竟有多大、多笨重，動輒如雙層巴士般龐大的傳統電信衛星不算罕見。要打造如此龐大設備，並確保能承受高強度輻射與極端的熱循環，其成本可說是高得驚人。就連在這類衛星上轉一顆螺絲這樣簡單的工作，對於站在高空作業平台上的技術人員來說，都可能耗費好幾個小時。不難理解為什麼有些地球同步軌道(GEO)衛星的造價會高達數億美元。

Astranis 設計更輕量小巧的衛星，且能在一般設施中生產，進而降低製造時間與成本，為客戶創造更高價值。

至於 Astranis 為何選擇將衛星部署在 GEO，而不是大多數衛星所在的低地球軌道 (LEO)，主要關鍵在於兩個與通訊密切相關的要素：定位與涵蓋範圍。

運行於 GEO 的衛星，基本上與地球自轉同步，因為其運行速度與地球自轉速度一致。位於 GEO 的衛星，由於在視覺上幾乎是「固定」不動，因此能在特定區域提供不中斷的連線服務，要達成同樣的成效，LEO 衛星則需要數百顆才行。換句話說，對於希望為國民提供網路服務的國家而言，只需要一顆對準指定地點的 Astranis 衛星就足夠。在如今緊密互連的世界中，能提供專屬服務正是重視主權及安全的國家掌握的重大優勢。 

顛覆性的 SDR 技術

儘管在體積、重量、成本等方面相較於傳統衛星已具多項優勢，但真正讓 MicroGEO 衛星脫穎而出的地方，是其獨家的軟體定義無線電 (SDR) 技術。

傳統的衛星回應機常稱為「彎管」，本質上只是被動的中繼站。它們接收來自某地的訊號，放大後再傳送至另一地點，整個過程幾乎沒有任何處理或變更。傳統回應機雖然多年來發揮一定效能，但其能力仍然有限。

Astranis 的 SDR 是一台在軌運作的智慧型電腦，能執行多種數位訊號處理任務，並依任務需求動態調整配置。例如，它可即時切換頻率，避免受到干擾或訊號阻斷。

Ansys 軟體在開發 Astranis SDR 的過程中扮演關鍵角色，使 Astranis 工程師能解決技術挑戰，並探索更強大的新型 SDR 設計效能。Ansys HFSS 提供早期模擬分析，協助 Astranis 在製作實體原型前，就能發現並修正設計缺陷。這不僅降低昂貴的修改成本，也加快整體開發流程。

HFSS 軟體的其他重要應用還包括：

• 天線設計與最佳化。HFSS 軟體可精確建模各種複雜的天線結構，包括相控陣列、拋物面天線與微帶天線等。工程師可透過 HFSS 軟體，模擬天線的增益、輻射圖形、阻抗與旁瓣等效能參數，並針對特定應用進行天線設計最佳化。
• RF 硬體設計。HFSS 軟體可建構多種 RF 元件的模型，包括放大器、濾波器、混合器與耦合器。工程師可模擬不同元件或系統之間的電磁干擾 (EMI)，以確保彼此相容。HFSS 軟體還可用於分析 RF 電路的功耗與效率。
• 系統整合。HFSS 軟體可與其他模擬工具整合，分析整體衛星系統的效能，包括太空船本體、酬載，以及地面通訊與控制衛星所需的基礎設施及設備。

太空為何至關重要

太空基礎建設對於擴展網路覆蓋範圍至關重要，尤其是在服務不足的地區或緊急狀況下更顯關鍵。

不過，全球連線僅是太空探索與技術重要性的面向之一。事實上，太空領域數十年來持續突破人類知識的極限。

Astranis 認為太空是凝聚全人類的共同起點，無論是透過 GPS 導航從 A 點到 B 點，還是預測未來 10 天的天氣皆是如此。

Astranis 身為少數具備高軌道先進衛星建造能力的企業之一，如今正推動整個產業向前邁進，全面釋放太空科技的潛能，並讓太空服務真正普及至世界各地的地面使用者。

深入瞭解 HFSS 軟體如何協助設計與模擬高頻電子產品。