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趨勢觀點

衛星領域新創趨勢與商機

國家太空中心 企劃推廣組組長 黃楓台

緣起於1996年的安薩里X大獎(Ansari X Prize),該獎項提供1,000萬美元獎金給第一個能在2週內發射2次可重複使用載人太空船進入太空的非政府團隊,這個比賽吸引許多有志於太空領域的團隊或新創公司參加,而後幾個太空創業家,包括:太空探索(SpaceX)的馬斯克、維京銀河(Virgin Galactic)的布萊森以及藍色起源(Blue Origin)的貝佐斯,相繼投入太空產業,使得所謂「新太空」也有人稱為「太空2.0」近年來快速蓬勃的發展,原本太空科技是由政府部門或是軍方主導的機構太空(Institutional Space)逐漸轉移到愈來愈多民間參與的商業太空(Commercial Space)。政府的機構太空與民間的商業太空目前在全球太空發展已是雙頭並進,甚至互補的方向前進。本文主要是介紹衛星領域新創趨勢與商機,除第一節說明「新太空」的意涵外,第二節介紹在「新太空」浪潮下幾個新興衛星應用領域,最後則是簡單的結論。

 


政府的機構太空與民間的商業太空目前在全球太空發展已是雙頭並進,甚至互補的方向前進

「新太空」的內涵

 

「新太空」(英文為New Space)對台灣人而言或許是一個陌生的名詞,事實上該詞彙也會讓世人感到困惑,不同人會給出不同「新太空」的定義,本文列出幾個「新太空」的定義,比較其異同,可以從不同觀點,讓我們更了解「新太空」的意涵。
太空線上出版物Space Review說:「新太空」是由新創和新企業的企業努力為主體,以利用新的機會,技術和商業模式來實現太空的私部門使用和商業化[1]。國際太空大學Walter Peeters教授定義「新太空」為:獨立於政府太空政策和資金而行動的私人公司,以股權資金為目標,並促進人們買得起進入太空和新穎太空應用的機會[2]。英國衛星公司SSTL創始人Martin N. Sweeting則表示:「新太空」通常用來描述一種不同於以往的太空發展氛圍,在這種氛圍中,已建立的航太方法和業務,受到更多採取更敏捷方法,並利用最新現成技術的企業家與私營部門的挑戰[3]。由上幾個定義可以看出大家對於「新太空」觀點皆不同,但是可以歸納出幾個特徵:

(1)「新太空」主體:有別於過去太空發展的主體是以國家的科研單位或是傳統航太大廠,新太空的主體是新創公司,或是非傳統航太大廠的新事業部。
(2)「新太空」技術手段:傳統太空著重使用太空規格元件或技術,新太空則是採用商用現貨(Commercial-off-the-shelf,簡稱COTS)技術或是新的技術。
(3)「新太空」商業領域與營運模式:雖然上述定義並沒有特別說明「新太空」的商業領域或是營運模式為何,但有提到是新的應用以及新的商模。

除了上述特徵外,「新太空」公司一個主要特徵是它們的商業模式會與市場機會一致。而這些市場機會來自機構客戶:包括太空機構、國安機關或軍方,或是新私人客戶:主要來自資通訊科技(Information & Communication Technology,簡稱ICT)部門,而其他產業部門的客戶也正在增加。
美國太空前沿基金會(Space Frontier Foundation)甚至列出的幾個特徵,包括:專注於降低成本、保證低成本會得到回報、確保增量開發、涉足高消費率的商業市場、主要強調最佳化運營、一切的核心是創新,以確定該太空計畫或是公司是否屬於「新太空」。

 

新興衛星應用領域

 

有別於過去機構太空或是傳統太空主要關注領域包括:發射服務、通訊衛星、遙測衛星,導航衛星的發展與服務,以及載人太空任務和外太空探索,「新太空」發展的太空領域則是更加多元,除了對上述領域賦予新的內容,也產生過去沒有的新領域。以下針對幾個新興衛星應用領域進行介紹,其中包含新平台在傳統太空領域的運用或是在原平台的新應用。

 

地球觀測

 

部署衛星在太空對地觀測獲取衛星影像,一直是衛星發展的一個重要領域,在過去一顆地球觀測衛星體積與重量都相當龐大,例如:法國SPOT-5衛星重達3000公斤、台灣福衛二號與福衛五號衛星分別為約750公斤與525公斤。隨著科技進步,一顆光學遙測衛星已經可以縮小到百公斤甚至是十公斤以下的立方衛星,這其中最有名的就是美國新創公司Planet所發展的Dove衛星。一顆Dove衛星約6公斤,在高度475公里運行可以提供約3-5米解析度的衛星影像。立方衛星價格便宜可以大量生產與部署,雖然其解析度與較大型的衛星相比仍有一段差距,但是若是軌道設計得宜,每天可以取得同地區的影像由「天」可縮短到以「時」計,這對需要近即時觀測的應用相當有幫助。

 

通訊與物聯網

 

通訊是人類進入太空時代以後第一個衛星商業應用領域,通訊衛星可以部署在3萬6千公里高的地球同步軌道上也可以部署在2千公里以下的低地球軌道。為達到24小時不間斷通訊功能,軌道高度會影響到衛星部署的數目。以SpaceX為主的Starlink計畫預計部署上萬顆低軌通訊衛星,它是全球目前進展最快的衛星通訊星系。除了大家熟知的通訊功能外,一些新興領域也開始要發展,包括:物聯網 (Internet of Things,簡稱IoT)、機器對機器通訊(Machine to Machine,簡稱M2M)等、這些星系提供了提高現有地面通訊網絡效率的理想解決方案。依據ReThink科技研究公司指出,衛星物聯網市場在2021年至2022年期間會開始起飛,到2025年,衛星物聯網市場將會到達59億美元。而另一家NSR(Northern Sky Research)公司在2019年所出版的報告,則是預測藉由衛星進行的機器對機器和物聯網,未來10年將產生116億美元的收入。雖然衛星物聯網市場僅占全體物聯網市場的一小部分,但這是在太空產業當中一個快速成長的領域。

 

資產追蹤

 

衛星正廣泛應用於運輸與物流業,又於這些產業的特性,只要能夠有效提升運輸效率,便能夠大幅提高公司的獲利能力。因此,不論是陸上、海上或是空中運輸工具,透過衛星將資料回傳到公司進行分析使用,不僅可以提高營運效率,也可以提升安全性。幾個主要應用領域,包括:

▪ 車隊管理:這些年來,已有許多公司實現利用衛星進行各類車輛的跟蹤。一些小型衛星星系,例如奈米衛星星系,已具備提升傳統網路能力,同時可以使用在偏遠地區,並為車輛和移動資源的精確控制提供了解決方案。
▪ 船舶追踪(自動識別系統Automatic Identification System,簡稱AIS):使用小型衛星進行船舶追蹤,除了有助於提高各類船舶的安全性,並監控一些經常影響海上交通的問題。例如,非法捕魚或海盜行為。S-AIS系統(基於衛星的自動識別系統),可以彌補地面網絡的局限性,特別是在低覆蓋區域,並始終確保船舶的定位和監控。
▪ 飛機追踪(廣播式自動相關監視Automatic dependent surveillance – broadcast,簡稱ADS-B):地面ADS-B系統可在幾秒鐘內在通信良好的區域提供準確的訊息,但在偏遠地區則不可行。近年來,已經有配備ADS-B系統的奈米衛星解決方案,可以提高安全性、改善空中交通管制、即時接收感測器提供的資料,並隨時追蹤飛機的確切位置。

 

其他應用

 

除上述幾項新興衛星應用外,還有一些應用領域是過去不曾想像過的,說明如下:

▪ 太空碎片清理:在人類進入太空時代的前幾十年,太空碎片(或是所謂的太空垃圾)或許不是一個值得關注的問題,但隨著人類在太空的活動越來越頻繁,包括廢棄的衛星、衛星相互碰撞或是反衛星飛彈打中的衛星,所產生垃圾數量,已經快速攀升到我們不得不正視的議題。目前已有一些太空研發機構或是私人公司正在發展可以清除太空碎片的衛星,例如:RemoveDebris任務以及Astroscale公司的相關衛星。
▪ 太空廣告投射:俄羅斯新創公司StartRocket正在發展太空廣告技術,他們規劃發射數十顆1U立方衛星至450公里的軌道上,而後利用立方衛星的反射風帆,將太陽光反射回地球,由立方衛星的風帆可以控制其位置與方向,所以可以在太空中拼出不同的圖案[4]。
▪ 太空流星雨施放:日本公司Astro Live Experiences 發射 6顆 68公斤重的微衛星進入高度500公里的低地球軌道,每一顆微衛星都可以搭載300~500個大小約1公分的仿流星顆粒,當這些顆粒通過大氣層時會升溫燃燒,好像化為一場流星雨。這些衛星將會繞行地球軌道,提供想要的人們不一樣的流星雨[5]。

 

結論

 

本文介紹了「新太空」衛星領域的新創趨勢,事實上衛星應用領域正在不斷擴大。因此,上述提供衛星的應用應該只是未來應用的一小部分。也因為衛星的新興領域具備各式的可能性,讓將來的太空發展充滿了無限的想像。

 

 

參考資料


[1] Rocky Persaud, What space start-ups really need, The Space Review, November 26, 2007 https://www.thespacereview.com/article/1007/1
[2] Walter Peeters, Towards a definition of New Space? The entrepreneurial perspective, New Space Vol. 6(3) 2018, pp.187-190 [3] Martin N. Sweeting, Modern Small Satellites-Changing the Economics of Space, Proceedings of the IEEE, Vol. 106, No. 3, March 2018
[4]人造衛星排出品牌Logo 俄國廣告技術惹議:製造更多太空垃圾 https://www.ettoday.net/news/20190123/1362447.htm
[5]日本Epsilon運載火箭今發射升空,上頭攜帶將展示人造流星雨的衛星 https://technews.tw/2019/01/18/artificial-meteor-japan-epsilon-rocket-astro-live-experiences-1-satellite/