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    太空衛星產業發展與技術應用分析

    書號：HP2211

    出版單位：資策會MIC

    出版類型：平面出版品

    出版日期：2022/10/7

    頁數：173

    ISBN：9789575818814

    定價：NT$15200 元

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    摘要

              自2000年以降，電腦、微機電及材料的突破帶動衛星小型化、太空活動全球化，跨國合作也越來越多，太空科技也從軍事用途轉換為民生使用，全球太空產業供應鏈逐漸形成。2019年適逢人類登月滿50週年，太空強國紛紛宣布登陸月球計畫、甚至成立太空軍保衛國家安全，使航太和國防工業受益。美國及歐洲企業正在以前所未見的速度，大規模發射低軌道通訊衛星，讓太空科技產業呈現爆炸性成長。

            為了在太空探測領域取得先行者優勢，諸多國際大型科技公司與新創公司相繼投入太空產業市場。未來，低空軌道與月球可望成為太空產業領域中的龐大經濟圈，並加速其相關應用技術的發展。
     
            現今國際4大主要太空衛星服務營運商包含：（1）美國SpaceX旗下之Starlink；（2）Amazon旗下的Kuiper；（3）英國政府與印度最大電信營運商巴蒂電信（Bharti Airtel）合資的Oneweb；（4）衛星寬頻服務業者Telesat，在太空產業產業領域的布局較為積極且進展迅速。除上述營運商外，如Viasat等GSO衛星業者亦看好低軌衛星（Low Earth Orbit, LEO）市場商機，相關網路部署計畫於2026年展開。對於投入低軌衛星技術、通訊、物聯網應用等方面的太空產業領域營運商動態，未來都值得密切關注。
     
            在衛星通訊方面，架設於高空的新一代通訊平台應用涵蓋作為空中行動基地台，從空中提供大範圍、穩定行動網路；以及作為衛星中繼站讓地面與空中的其他基地台與骨幹網路連接，此是現行國際標準組織與產業端聚焦項目。
     
             SpaceX在2021年發射了10枚搭載衛星間雷射光通訊的低軌衛星，欲以雷射光將多顆衛星串聯形成通訊鏈路，為高緯度地區提供服務。未來將不受地面閘道器的分佈限制，可向極地、海域、幅員遼闊等無法設置地面閘道器的區域提供服務。減少分散設置地面閘道器的營運成本，更可避免其他通訊設施的干擾或氣候產生的影響。
     
            人造衛星與相關太空軌道服務，未來將可望帶動月球、火星等深度的太空探索，進而吸引國際許多相關機構與企業主動參與。未來的太空探索中，作為繞月載人據點的Gateway將扮演前往月球中繼站的功能，而月球表面則會是探測火星的準備基地。
     
            宇宙商機已成為媒體與相關業界追逐的焦點，不僅虛擬空間概念的元宇宙相關業者受到關注，真實宇宙的太空開發亦在如火如荼地展開中。自2020至今全球仍受新冠疫情籠罩，但私人企業在太空領域的投資活動依然熱絡。根據美國專注於宇宙領域投資的創投公司Space Capital的報告指出，2012~2021年間的相關投資累計金額已達2,312億美元，足見近來太空開發的商機已引爆一股投資熱潮。全球仍有許多地方尚未建立良好的通訊環境，估計約有35億人無法每日連網。此外，在海上或天空中也無法使用與陸地相同水準的寬頻通訊。人們對於利用LEO星系填補這些空白區域的期望日益升高。在資通訊科技不斷進步革新之下，衛星網路通訊之市場也進一步擴張。未來太空衛星技術將能夠以ㄧ般民眾、甚至是未開發國家地區之居民負擔得起之費用，提供不遜於目前網路的服務品質。

    • 前言 I
      目錄 III
      圖目錄 V
      表目錄 VIII
      第一章　太空衛星產業發展趨勢 1
      一、 太空產業商機與產業發展 1
      二、 主要國家衛星太空政策觀察 19
      第二章　太空衛星產業營運廠商動態趨勢 39
      一、 太空產業與廠商發展動態分析 39
      二、 國際低軌衛星應用與營運商發展動態 52
      三、 衛星物聯網營運商發展動態 68
      四、 日本衛星通訊發展動態 82
      第三章　太空衛星技術應用案例 95
      一、 B5G世代非地面網路技術應用於高空通訊平台 95
      二、 SpaceX極地軌道衛星之雷射光通訊應用 114
      三、 太空垃圾之清除技術發展與應用 120
      四、 太空用之太陽能電池產業布局「星」希望 130
      五、 短居月球指日可待—全球登月計畫發展現況剖析 147
      第四章　結論 153
      一、 航向星際—看太空產業的新服務商機 153
      二、 從馬斯克「星鏈大夢」看未來6G衛星發展 156
      三、 從SpaceX星鏈計畫，探討我國進入低軌衛星供應鏈之機會 163
      附錄 169
      一、 英文名詞縮寫對照表 169
      二、 中英文名詞對照表 171
    • 圖1 1　人造衛星軌道運作圖 3
      圖1 2　低軌道通訊衛星之星座布建規劃 5
      圖1 3　5G與低軌道通訊衛星之整合用應情境 6
      圖1 4　2020、2021年全球低軌衛星發射數量快速成長 7
      圖1 5　2021–2040年全球太空產業產值預測 8
      圖1 6　2021年全球太空產業產值 8
      圖1 7　2021年衛星產業版圖細部收入 9
      圖1 8　全球太空產業價值鏈（低軌道通訊衛星） 14
      圖1 9　台灣太空產業價值鏈（通訊衛星） 15
      圖1 10　衛星關鍵零組件發展進程 16
      圖1 11　衛星與地面通訊架構圖 17
      圖1 12　通訊裝置及設備功能圖 17
      圖1 13　台灣網路通訊設備產業價值鏈 18
      圖1 14　火箭發射每公斤成本變化 19
      圖1 15　開放遙測數據為歐盟帶來約200億歐元的市場 21
      圖1 16　數據平台服務（DIAS）架構 23
      圖1 17　歐盟透過一系列活動促進哥白尼計畫之衛星數據應用 25
      圖1 18　韓國徵案輔導企業製造微型衛星流程 28
      圖1 19　微型衛星產業促進計畫中的韓國政府部門分工 29
      圖1 20　日本徵案補助中小企業開發衛星零組件流程 30
      圖1 21　英國「LaunchUK」中規劃的太空港位置 33
      圖2 1　2021年為私人太空旅行元年 40
      圖2 2　太空產業即將走向“寬頻化“ 41
      圖2 3　衛星群將是太空產業領域的「遊戲規則改變者」 43
      圖2 4　單次60顆衛星送入軌道 44
      圖2 5　以低空軌道與月球作為平台的太空產業發展藍圖 46
      圖2 6　古河電工開發電力推進系統用的小型電源 50
      圖2 7　從事月球探測、開發的日本企業 51
      圖2 8　Orbcomm智慧卡車解決方案 60
      圖2 9　全球衛星物聯網營運商地理區域分布 70
      圖2 10　Myriota產品「Myriota Mouse™」 75
      圖2 11　Swarm超小型衛星 76
      圖2 12　Orbcomm衛星物聯網灌溉監控系統 79
      圖2 13　無人機搭載衛星訊號收發器即時掌控飛行路徑 80
      圖2 14　日本太空相關預算規模，2010-2021年 84
      圖2 15　NTT之太空整合型運算網路示意圖 85
      圖2 16　Softbank非地面網路示意圖 88
      圖2 17　LUCAS衛星間光通訊架構 90
      圖2 18　衛星間光通訊數據中繼衛星應用願景 92
      圖2 19　GEO衛星用光通訊裝置 92
      圖3 1　非地面網路中太空載體與高空載體間相對位置高度差異 96
      圖3 2　HAPS的三種載體型式 98
      圖3 3　HAPS三大關鍵應用 100
      圖3 4　HAPS生態系關鍵角色 102
      圖3 5　3GPP對NTN技術標準與操作規範研究路線圖 104
      圖3 6　NTN架構中四個基礎元素 105
      圖3 7　HAPS作為透明酬載 106
      圖3 8　HAPS作為再生酬載 106
      圖3 9　HAPS四種網路架構 107
      圖3 10　地面閘道器對GEO及LEO衛星服務範圍比較圖 116
      圖3 11　LEO星系中，衛星間雷射光鏈路延伸地面閘道器的服務範圍 117
      圖3 12　人造衛星與太空垃圾數量以倍數增加 120
      圖3 13　開發以磁力捕捉太空垃圾的衛星 125
      圖3 14　利用雷射即使遠距也能清除垃圾 126
      圖3 15　伸出導電性天鉤使其降速脫離軌道 127
      圖3 16　進入大氣層的時間縮短為1／4的薄膜展開型裝置 128
      圖3 17　太空狀況認知（SSA）的運用示意圖 129
      圖3 18　我國太空科學相對其它領域的學術影響力 133
      圖3 19　立方衛星各項子系統之全球市場規模 134
      圖3 20　太空用電源系統及太陽能電池2030年之市場成長潛力 134
      圖3 21　太空用太陽能專利數量趨勢 136
      圖3 22　全球太陽能裝置容量每年增加趨勢 137
      圖3 23　太空用太陽能電池專利布局地區分布 138
      圖3 24　各專利權人主要布局趨勢 140
      圖3 25　太空用太陽能電池技術特徵IPC 數量趨勢圖 145
      圖3 26　從月球探索到火星探索，人類踏上深度太空之旅 149
      圖3 27　國際月球任務相關開發加速 150
      圖3 28　必須開發月球運輸、基礎建設建構相關技術 151
      圖3 29　將太空的發展技術回饋至地球 151
      圖4 1　SpaceX創辦人馬斯克在MWC2021宣布Starlink未來規劃 157
      圖4 2　6G全覆蓋通訊場景 158
      圖4 3 Starlink太空產業供應鏈 160
      圖4 4 星鏈碟型天線終端設備 161
    • 表1 1　美歐業者規劃低軌道通訊衛星數量 4
      表1 2　韓國四大領域內提出微型衛星的公共需求和規劃 27
      表1 3　美國國防太空建設架構 31
      表1 4　台灣地球觀測衛星和數據平台 34
      表2 1　自家衛星服務或正計畫提供服務的日本企業 48
      表2 2　Globalstar行動衛星語音服務資費方案 56
      表2 3　衛星網路布建情境 57
      表2 4　Starlink低軌衛星星系規劃 62
      表2 5　Oneweb低軌衛星星系規劃 64
      表2 6　SoftBank的非地面網路解決方案概要 87
      表3 1　太空載體與高空載體間通訊特性差異 96
      表3 2　HAPS三種形式間的特性差異 99
      表3 3　人造衛星與太空垃圾數量數據 121
      表3 4　處理太空垃圾的兩種進行方式 123
      表3 5　太空用太陽能電池技術之研發進程 135
      表3 6　主要專利權人屬性（及其母公司） 140
      表3 7　專利池內數量較多之IPC分類號及其定義 141
      表3 8　重要技術特徵歸類 144
      表3 9　主要專利權人布局之技術特徵分析 146
      表4 1　SpaceX之台廠供應鏈名單整理表 165

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