65年前，蘇聯發射了全世界第一顆人造衛星，從此人類的生活與衛星密不可分。從氣象雲圖、行車導航到登山救難必備的衛星電話，衛星雖然遠在地球另一端，與你的關係卻比想像中更靠近。現在，人類更迎來史上規模最大的衛星競賽，低軌道衛星（Low-Earth Orbit；LEO）成為漆黑領空中的新亮點，全球科技巨頭紛紛搶進。
一場無聲的太空競賽，正在靜謐星空中火熱上演。根據美國衛星產業協會（Satellite Industry Association；SIA）指出，2021年全球太空產業產值高達3,860億美元，其中衛星是太空產業的主要貢獻者，產值達2,790億美元，預估2022年全球衛星產值有望達到2,950億美元，而低軌衛星正是推升衛星產值成長的主力。
工研院產業服務中心副組長廖榮皇指出，目前全球共有5,000多顆人造衛星，其中低軌衛星就占了4,000顆，預計2021年至2030年，每年將以1,700顆衛星的速度發射升空，「這幾年低軌衛星發射的數量，已經遠超過1、20年來中、高軌道衛星的數量了！」
4種衛星各司其職 低軌衛星扮演通訊要角
這些高掛在空中的衛星，依軌道高度分為4種：第一種是高橢圓軌道（Highly Elliptical Orbit；HEO）衛星，高度在3.6萬公里以上，用於技術開發與觀測；第二種是地球同步軌道（Geostationary Orbit；GEO）衛星，距離地表3.6萬公里，繞行地球一圈的時間正好是24小時，與地球自轉速度一樣，因此看來像是固定在地面同一位置，訊號涵蓋地球的面積最廣，只要3到4顆同步衛星，就能涵蓋整個地球，主要用於衛星電視轉播、廣播。
第三種是中地球軌道（Medium-Earth Orbit；MEO）衛星，距離地表2,000至1.5萬公里，多用來提供GPS導航、定位。第四種是低地球軌道（Low-Earth Orbit；LEO）衛星，簡稱低軌衛星，距離地表500至2,000公里，在人造衛星的六大應用中，包含通訊、遙測、導航、氣象、科學探索和國防，而低軌衛星高達70%用來通訊，9%則是遙測，也就是利用影像做環境監控、氣象監測、洋流分析等。
為什麼低軌衛星的數量突然倍增？由於低軌衛星離地球最近，具備低延遲、高頻寬、低成本等特性，在某些不方便架設基地台的地方，如高山、海上、偏遠地區或飛機上，都能接收衛星網路訊號，補足既有行動網路通訊的不足，兩者互相搭配，可以達到更高的覆蓋率，實現海陸空暢行無阻的行動世界。
市場規模倍數提升 造就低軌衛星熱潮
過去並非沒有衛星網路，這波新的太空熱，主要是因時空背景已然不同。廖榮皇分析，首先是發射成本大幅下降。衛星由火箭發射上太空，在20年前，要把1公斤的酬載送到外太空，可能就要超過10萬美元，但如今科技進步，再加上由Tesla創辦人、話題企業家馬斯克（Elon Musk）主導的SpaceX，在5年前研發出可回收的火箭，不再用一次就丟，讓單次發射成本大幅下降，每公斤發射成本將降至1,000美元以下。
第二是市場規模以倍數提升。廖榮皇指出，以地球共72個衛星軌道來看，每一個軌道要有22顆以上的低軌衛星，才能達到全球覆蓋率，因此至少需要1,584顆低軌衛星才足夠。
但在實際發射上，因為每顆衛星有訊號強弱和頻寬大小的差異，以及要有備用衛星等因素，真正需要的低軌衛星數量會更多，比起同步軌道衛星，數量相差千百倍，當市場規模變大，周邊硬體設備的需求變多，商機自然也更大。
另一方面，同步軌道衛星的使用壽命約可長達15年，但低軌衛星離地球最近，受到的空氣阻力也最大，大約4、5年就會掉落，「基本上就跟現在電腦和手機的生命週期一樣。」當生命週期變短，又需要大量零組件，即造就了低軌衛星的龐大市場。
「快太空」時代來臨！ 發射速度成關鍵
因為時空背景不同，連帶也讓低軌衛星出現不一樣的發展模式。廖榮皇表示，相比過去「新太空」（New Space）的概念，是以空間維度的角度，探索未知領域；現在則是「快太空」（Fast Space）時代，「能否快速搶得市占率是重要關鍵。」
由於衛星並非無限發射，需要控管數量，才不會在太空中「塞車」，任何國家或衛星運營商在發射前，都必須先跟國際電信聯盟（ITU）申請，屬於「先申請先贏」的概念，但在一段時間內，發射量必須達到申請數目的一半以上，否則ITU會將發射權收回。因此衛星營運商得要快速製造、發射，才能比競爭對手更早占領軌道空間，並且更快一步展開後續應用，搶得市占。
過去同步軌道衛星製造嚴謹，使用的技術和硬體元件都非常高階，一顆衛星至少需要耗費4、5年才能完成，失敗率只有萬分之幾。但像SpaceX就發展出有別於傳統衛星的模式，大量採用商規元件、縮短流程，想辦法讓衛星快速發射，廖榮皇指出，在目前SpaceX發射的3,100顆低軌衛星中，失敗率高達8%至9%，光是一顆成本就要耗費50萬美元，「這是過去做太空衛星難以想像的事。」但這也凸顯了，在低軌衛星的世界中，「快速」有多重要。
發揮資通訊強項 地面設備商機無限
這塊全球競逐的衛星大餅，供應鏈有3類參與者，第一是衛星運營商，目前全球有四大巨頭，分別是由馬斯克領軍的SpaceX、英國政府和印度跨國企業聯合營運的OneWeb、亞馬遜旗下的Kuiper，以及加拿大老牌衛星商Telesat。第二是系統商，也就是負責製造衛星的業者；第三則是衛星次系統和元件的供應商。
若以產業角度來看，衛星有四大次產業，也就是衛星製造、衛星發射、地面設備和應用服務。以衛星運營商來說，前3項都在燒錢，唯一能賺錢的就是應用服務，像是提供使用者上網服務、撥打電話、拍攝衛星照片等。
廖榮皇指出，過去很多衛星運營商都宣告破產，原因就是商業模式若不夠健全，光在前面3個階段，錢就燒光了，目前SpaceX看起來可能是史無前例第一個成功的衛星運營商，正因為SpaceX將很多技術垂直整合，「對衛星運營商來說，這4個次產業環環相扣，只有像SpaceX這樣全都掌握在手上，才能善用時機賺錢。」
過去在中、高軌衛星市場中，由於技術太過高階、衛星數量又少，臺灣廠商很難參與，但低軌衛星的崛起，給了臺灣廠商切入太空市場的良機。根據SIA統計，2021年全球衛星產值占比，51%是地面設備，43%是應用服務。目前臺灣已有40多家廠商切入國際的衛星供應鏈，其中高達98%正屬於商機最大的地面設備。
這其中包含上游元件（如晶片、PCB）、衛星接收天線和元件（如天線、外殼、支架、內部微波元件、功率放大器）、纜線、電源供應器和網通設備等五大關鍵零組件，「和既有的資通訊設備高度重疊，這正是臺灣廠商的強項；同時地面設備不用上太空，技術門檻較低，臺廠相對容易快速切入。」
四大建議 有助臺廠加入太空戰局
針對有意參與低軌衛星競賽的臺廠，廖榮皇也提出四大建議。第一從技術面來看，目前臺廠大多還是從較低階的元件或零組件切入國際供應鏈，建議未來要往系統整合面發展，做到整機組裝，甚至針對利基應用市場研發系統，讓技術往高值化邁進。
第二從產品面來看，地面設備雖然是臺灣的強項，但也不該侷限於此，在其他三大次產業，臺灣也有機會。在應用服務上，臺灣有很多新創和AI公司，可思考如何利用衛星通訊推行創新服務；在衛星製造和發射上，同樣可切入關鍵零組件，讓製造價值翻倍。同步發展四大面向，不僅有助臺廠拓展商機，對未來臺灣想要發展健全的太空產業也很重要。
第三從財務面來看，建議臺廠要更開放接受國際資金的合作。廖榮皇指出，臺灣很多從衛星小耳朵起家的老牌衛星廠，大多屬於家族企業或較保守的股權結構，較無法接受外資參與，「這不只是財務槓桿的問題，而是透過外資獲得外部市場的機會。」像是韓國的韓華系統便投資OneWeb，就是為了掌握星系的採購權和營運發展機會，臺廠如果能在財務上有更開放的國際策略合作思維，將更有助未來發展。
第四從通路面來看，則要多點想像力，有些業者可能覺得衛星和本業並不相關，而把自己局限在某一範疇內，「但科技和太空產業發展很快，以後大家可能都不知道本業是什麼？所以多點想像力，就能把原有的技術運用在太空領域，擴大本業。」神秘的太空總承載著人類的夢想，在見證新的太空時代來臨之際，臺灣也有機會走向太空產業的世界舞台。
（本文由工業技術與資訊授權轉載）
