低地球軌道網路打破界限 衛星寬頻無線上網有譜

2021年相關投資金額達171億美元,2012~2021年的累計投資金額已超過2,500億美元。2021年全球仍籠罩在新冠疫情下,但民間企業在太空領域的投資活動依然熱絡,顯示近來太空開發的商機已引爆一股投資熱潮。

近來宇宙太空議題成為媒體追逐的焦點。除馬斯克旗下SpaceX的星鏈衛星網路服務逐漸成形,並於2021年9月完成載人到國際太空站(ISS)的三天太空旅行之外;亞馬遜創辦人貝佐斯也搭上自家藍色起源的太空船,體驗太空旅行;維珍集團負責人布蘭森、日本ZOZOTOWN創辦人前澤友作等相繼飛上宇宙,並完成人類首次的太空捐款等,皆成為媒體報導與討論話題。

根據美國專注於宇宙太空領域投資的創投公司Space Capital的報告指出,2021年相關投資金額達171億美元,2012~2021年的累計投資金額已超過2,500億美元。2021年全球仍籠罩在新冠疫情下,但民間企業在太空領域的投資活動依然熱絡,顯示近來太空開發的商機已引爆一股投資熱潮。

基礎建設成形帶動低軌道服務商機發酵

然而,宇宙浩瀚無垠,綜觀現階段太空產業發展,主要聚焦在地球低軌道的部分。地球低軌道乃指在距離地表2,000公里內的低空軌道中,發射大量的小型低地球軌道衛星(LEO),構成衛星群,除作為提供的相關衛星服務的基礎設施,亦扮演改變產業遊戲規則的關鍵角色。

太空產業的結構與網際網路類似,將衛星與火箭運送至太空的火箭推進器,即相當於網路傳輸的「封包線路」。在網路領域,窄頻網路時代,用戶數受到限制,但在寬頻技術成熟且成本持續降低之後,則出現爆發性的成長,快速普及。隨著火箭發射的成本降低,將促使進入軌道的衛星數量大增,由於衛星在太空中運作,較地面通訊具備不受地形阻礙訊號傳輸、覆蓋範圍大之優勢,非常適合人煙稀少的偏僻地區,提供大範圍數據與資訊的接收與傳輸服務。

在取得大量的數據與影像資料之後,可望衍生出更多新型態的應用服務商機,形成所謂的低軌道經濟。根據美國衛星產業協會(SIA)的分類,衛星可提供之應用服務包含無所不在語音與數據之行動通訊服務、高速寬頻連結服務、氣象預報∕農業∕天然資源等遙測與成像服務、以位置資訊為基礎的導航服務、即時新聞∕氣象∕體育賽事∕娛樂節目等影音廣播服務,以及衛星物聯網服務等,估計相關服務市場商機可高達近1,200億美元。

衛星寬頻上網是業者首先鎖定的服務項目

在低軌衛星發射數量續創新高之下,除相關地面接收設備需求隨之看漲外,以衛星群等構成的基礎建設,所提供的各項應用服務亦具有龐大的商機與發展空間。衛星網路通訊服務是業者首先鎖定的項目,投入廠商包含馬斯克的創辦的SpaceX、亞馬遜子公司Kuiper、英國OneWeb以及加拿大Telesat等,其中以SpaceX為領先的代表業者。

SpaceX在2015年提出星鏈計畫,預計發射1.2萬枚低軌道衛星,提供用戶最高可達1Gbps的寬頻上網服務。2021年2月開始以限定地區或用戶為對象,進行公測版測試,目前已透過約1,700顆服役衛星相繼在25個國家推出衛星寬頻上網服務,截至2022年1月已累積近15萬活躍用戶。

整體而言,低軌衛星通訊目前仍處於初期發展階段,提供服務也屬於利基市場。而此次SpaceX為陷入戰火、網路遭到攻擊破壞的烏克蘭,緊急開通衛星網路通訊服務,並在48小時內運送終端接收設備至烏克蘭,除SpaceX本身達到絕佳的行銷宣傳效果外,也讓全世界體認低軌衛星通訊的重要性,對產業發展具有的正面意義。

廠商積極投入驅動應用服務多元發展

除網路通訊服務之外,遙測與成像服務、衛星物聯網與星象觀賞娛樂等應用服務亦有廠商積極投入市場開發。低軌衛星因距離地表較近,用於遙測與成像應用上,具備可拍攝高畫質影像之優勢。

如美國衛星成像業者Maxar Technologies,主要提供政府、企業高解析度衛星影像與分析服務,2021年取得美國國防部約4,830萬美元的合約,提供美國軍方地理空間資訊蒐集與分析服務。

衛星物聯網服務可運用於運輸物流、能源電網與公用事業等各種導入物聯網的垂直應用領域。衛星物聯網服務商Orbcomm,提供包含運輸物流、製造業、能源等垂直應用衛星物聯網解決方案。運輸物流解決方案方面,利用車載連網裝置,進行遠程車隊追蹤與管理,在冷鏈物流服務過程監測貨櫃溫度,溫度異常即時發出警報,同時每隔5分鐘傳輸車輛油槽含量資訊,以確保貨品準時送達指定地點。

星象觀賞娛樂部分,難得一見的天文奇景流星雨等,可藉由低軌衛星來提供觀賞娛樂服務。Sony預計於2022年的下半年發射影像服務衛星,將原本專屬於太空人的體驗落實至一般民眾,民眾可親自在地面操作載有Sony攝影機的衛星,從太空中進行直播,提供影像服務,或拍攝自己喜歡的地點與風景的影片、照片,製作獨一無二的客製化太空紀念品。

太空垃圾危機成為待解決之國際議題

此外,隨著低軌道經濟的蓬勃發展,衛星數量急增,除役後的衛星、太空中的火箭碎片等,即所謂的太空垃圾課題也日益嚴重。根據歐洲太空總署(ESA)的統計資料,截至2021年9月,大小10公分(cm)以上太空垃圾數量約3萬6,500個,1~10公分者約100萬個,1公釐(mm)~1公分者更高達3億3,000萬個,且預估未來太空垃圾的數量將倍數成長。這些太空垃圾以時速約2萬8,800公里(km)的速度移動與旋轉,已危及在低軌道中的相關設施,如撞擊ISS或運行中的衛星,乃至造成人員傷亡事故等。

目前美國與日本等已建置太空狀態認知(SSA)系統,監控軌道中衛星與太空垃圾的狀況,但各國間仍須立法規範,例如除役衛星的處置,以及研發與提升清除太空垃圾的裝置與技術,成為迫切需要解決的國際議題。

過去由政府主導的太空發展計畫,在民間企業積極參與投入下,技術快速演進、成本持續下降,預期將有更多的企業投入低軌道的各式服務,可望進一步帶動太空產業的蓬勃發展。

目前地球仍有多達30億以上人口無法連接網際網路,「讓地球沒有收不到訊號的地方」是通訊技術的終極發展目標,然而在偏遠地區佈建通訊覆蓋區域,並不合乎經濟效益。因此,打造天空覆蓋區的非地面網路(NTN)概念興起,低軌衛星網路將是其中重要的一環。因此,未來太空將成為下一個國家與企業不可忽視的基礎建設市場,相關應用商機與發展課題值得持續關注。

<本文作者:周維忠現為資策會MIC產業顧問>


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