封面故事

低軌衛星商機爆熱潮

衛星產業為航太科技開啟新紀元

李振麟 2024-03-11



 
全球進入太空競賽時代,自二○二一年起航太產業經濟規模就已經高達三八○○億美元,其中「衛星產業」佔據的比率就七十%,目前全球有五千多顆不同等級的人造衛星分布於太空中,主要以「低軌衛星」最受關注,估計數量高達四千多顆,持續創新的科技技術研發,掀起一股衛星產業浪潮,主導世界航太經濟。
 
文.李振麟 
 
智慧科技生活化逐漸融入我們的生活周遭,無論是「5G通訊」、「智慧家庭」、「自動駕駛」以及「元宇宙」等科技產品,在網路通訊的即時性、速度性與傳輸量等功能改良下,逐步符合低軌衛星發展條件中所需要的「高覆蓋率」、「高頻寬率」等應用趨勢。
衛星產業順勢蜂擁興起,地面設備需求端也持續增長,台灣業者在半導體、資通產業以及PCB相關技術上迎合新商機,進而掀起全球衛星產業鏈的革命性風潮。
近年來推升衛星設備上太空的火箭發射器,在新技術研發突破下,可回收再利用促使發射器成本大幅減低,更有利於降低整體營運經費,在快速製造與發射成本減低因素下,推升了「低軌衛星」的民營商機。如一個區域需要七十二個衛星軌道來組成星鏈網組,每個軌道估算需植入二十二顆衛星,至少就可擁有一五八四顆衛星商機,才能達成此區域之完整覆蓋率。
「低軌衛星 Low Earch Orbit」,廣泛定義上是指凡太空載具也就是人造衛星,距離地表高度五百公里至兩千公里以下之近橢圓形軌道都可歸納於此。從二○二一年至二○三○年間,預估每年約一七○○顆衛星發射升空,絕大多數屬於觀測、氣象、導航,研發、軍事以及通訊等用途,其中有高達七十%的低軌衛星使用在通訊系統方面。
低軌衛星的平均壽命約五年期限,單價也較低,受到地球表面之高山、海洋與沙漠等不利於基地台架設因素,「低軌衛星」的科技技術有效突破地形限制,搭建與補足基地台死角,以確保順暢無阻的網路訊號,生活化應用也更為多元豐富。
 
低軌道衛星未來商機無窮
 
每一顆衛星,在太空運行中,都有其「傳輸訊號強弱」與「頻寬視訊大小」等不同差異,因此需要更多數量的低軌衛星來架構網狀覆蓋面,統稱為「星鏈」。低軌衛星易於將商品生產、服務分配與運輸貿易推廣至經濟效應上,受益於電子設備精簡以及監控系統變革,低軌道(LEO)衛星平台改變了傳統的商業貿易與民生消費模式,在發展過程中,也同步帶來了太空軟體產業的研發商機,包括「衛星系統研發」、「地面發射設施增建規畫」以及「衛星服務項目」等。
另一方面,低軌衛星的發展,更是啟動了「衛星製造」、「地面設備」、「衛星晶片」、「陣列天線」、「網路設備」等硬體產業投資。在通訊網路方面,透過低軌衛星的「遠距數位」功能,可以適度解決偏鄉地區的教育落差與減短城鄉經濟差異;在交通運輸方面,透過低軌衛星的通訊應用,可以有效改善遠洋航運與飛航上的衛星通訊品質;透過低軌衛星的導航功能方面,無人機與飛彈上的遙控操作,可降低戰場上的傷亡數量,戰爭時間也因此縮短;甚至於運用在地貌與氣候分析上,可以得到更精準確實的數據與資料。
如今全球地緣政治興起,更是催生了「主權衛星」誕生,各國都想發展一個自己能夠掌控又完整覆蓋的星鏈網,以避免被大國牽制,低軌衛星產業的發展,推動了新的消費需求模式,隨著商業服務性導入,加速全球正式進入低軌衛星生活化的新紀元。
 
低軌道衛星的優缺點
 
低軌衛星具備了研發時間短、建構成本低、發射升空快,低延遲等優點,目前最主要應用在「國防軍事」、「通訊傳輸」以及「商業」用途上。尤其是手機通訊,不受基地台或海底電纜影響而直接連線到衛星,不論身處何地,皆可有效突破任何地域限制,獲得即時性通訊傳輸,不僅可運用在通訊上,更進一步邁向商業,航太與民生經濟方面。
然而低軌道衛星的缺點是其與高空地球同步衛星之運作不同,因其離地球軌道較近,可觀察的視野範圍較小、壽命短,因此商機自然受到牽制。同時軌道較低,也較容易遭受到地球自轉的運行影響而位移,需要重新助推回到原位,或者重新發射新衛星來取代。單一的低地球軌道衛星,對於通訊傳輸功能也有限,主要是受到大氣層的移動快慢影響,無法進行地面的同步訊號追蹤,為達成完整的通訊與導航目的,低軌衛星需要更多顆的衛星群來組合成一個「星鏈網狀」,以增加區域性的整體覆蓋面積,彌補軌道運行中的斷訊缺失。
 

火箭發射器的技術突破 
大幅提升衛星載運能力
 
近年來,在火箭發射器的改良與技術突破,有效降低發射台成本,也大幅提升衛星載運能力,使得低軌道衛星更有機會在全球通訊市場中達成商業需求,帶動太空產業進入高速發展期。以低軌衛星之寬頻星系為例,「SpaceX Starlink星鏈」已經逐漸從住家用戶擴展至航空、車輛以及航海等服務領域。
至今大多數關鍵性衛星晶片材料,仍掌控在少數廠商,包含「安諾基波Anokiwave」、「亞德諾半導體ADI」、「薩蒂克斯菲SatixfFy」、「亞馬遜公司Amazon」等製造商,現階段台灣產業仍需依靠進口,以彌補衛星系統上射頻、控制晶片以及天線模組技術上的短缺。
二○二三年台灣自製的第一枚氣象衛星升空,代表台灣有能力建立太空團隊進入航太領域商機。如今國科會更是積極推動太空科技產業,加速低軌道衛星研發。除了力拚地面設備以外,「國家太空中心」也看好整體太空產業未來發展趨勢,包含「地面設施」、「衛星發射服務」、「衛星製造」等相關產值,衝上蓬勃兆元商機,成為明日產業之星。
 
低軌衛星相關產業蓬勃發展   太空科技生活指日可待
 
低軌衛星進入營運白熱化階段,各類商機如雨後春筍般出現,帶動全球「地面通訊設備」、「關鍵射頻」及「基頻控制晶片」等三大相關產業蓬勃發展,衛星營運商紛紛擴大對於亞洲區釋出訂單需求。
近年來,全球四大低軌衛星營運商,包含「太空探索技術公司SpaceX」、「亞馬遜子公司 Project Kuiper」、「一網公司EutelsatOneWeb」、「電星公司Telesat」皆陸續低調訪台,對於台廠系列製造業而言,將是帶動台灣航太工業發展的動能力量。
全球知名低軌衛星龍頭「太空探索技術公司SpaceX」,基於地緣政治以及生產風險考量,擴大下單給亞洲製造商,至今已累積發射的低軌衛星數量高達五二八九顆,持續擴大對亞洲供應鏈訂貨,推動科技產業創新研發的潛能商機,包括鴻海、和碩、仁寶、台揚、金寶、昇達科、建漢、耀登、奇鋐等各家廠商,一致看好低軌衛星產業的發展前景。除了SpaceX持續推動衛星業務,「亞馬遜子公司 Project Kuiper」也持續擴大在低軌衛星產業上的投資,規劃二○二四年將發射三百顆衛星進入外太空,二○二八年將可望累積超過三千顆。通訊業更進一步指出,未來發展到6G時代,低軌衛星的建置數量將可望取代地面上的基地台,讓全球通訊無死角,劃時代的太空科技生活化指日可待。