工業技術研究院 資訊與通訊研究所 低軌衛星團隊（國家太空中心吳宗信主任 2023TechDay演講摘錄）
台灣的太空產業正以積極的態勢不斷推進，同時展現出卓越的技術實力和強大的自主研發能力。
前言
蔡總統英文在2020年就職演說中，宣示太空產業作為我國六大戰略產業之一，突顯政府對我國太空發展的高度重視。為確保我國太空事業具持久發展的基礎，於2021年5月31日，立法院通過台灣歷史上首部國家太空法「太空發展法」，為我國太空發展奠定了堅實的法制基礎，同時再次向國際宣告政府積極推動太空事業的決心。
基於「太空發展法」的框架，國科會制定了「國家太空中心設置條例」，於2022年5月4日由總統公布，經行政院核定於2023年1月1日生效，英文名稱為Taiwan Space Agency，簡稱TASA。此舉進一步轉型我國太空科研機構，不僅延續過去執行我國國家太空計畫和太空科技研發的使命，更賦予政府推動太空事務的核心機構地位。未來，國家太空中心將承擔太空科技研發、技術轉移、加值應用，以及協助促進太空產業發展、提供產業技術及升級輔導等法定業務項目。並藉由行政法人化身分，更進一步整合國內各項太空資源，提升我國太空科技研發實力，有效執行國家太空政策與計畫，並推動太空科技與產業的協同發展。
台灣太空科技發展
自1991年起，台灣在太空領域的發展經歷了一系列的重要里程碑，展現出強大的技術實力和創新能量。從福衛1號到福衛7號，台灣在太空技術上不斷取得進展，形成了一個完整的太空發展生態系統。
福衛2號是我國第一個自主性遙測與科學衛星，其衛星本體及遙測酬載是與法國合約商Astrium及國內元件廠商共同開發，解析度黑白2公尺、彩色8公尺。透過這項共同開發，從中學習到完整的系統工程，也奠定了台灣太空科技的基礎，雖過程中因其中第二顆感應輪損壞無法修復，但因為工程人員的不斷調整與努力，將福衛2號的使用壽命期限從原本5年延長至12年。
福衛7號為台灣太空中心與美國的國家海洋暨大氣總署（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）共同執行的合作案，共計有６顆衛星，可在太空形成一個星系，主要任務是延續福衛３號，以無線電掩星技術（Radio Occultation）進行氣象觀測，並同時提供精確的氣象資料，其高效的資料下載能使中央氣象局能在１小時內獲取資訊，對全球氣象預測準確度提升5~10％。福衛7號的技術應用對颱風預測至關重要，尤其是在赤道區域及低緯度區域生成的颱風與颶風。這項技術能夠提前12小時至３天預測颱風形成和軌跡，大幅提高氣象預測的精準度。
近期發射成功的獵風者衛星（TRITON）是台灣第一顆自製的氣象衛星，這不僅標誌著台灣太空科技的獨立發展，也進一步提升我國在全球氣象領域的影響力。獵風者衛星搭載太空中心自行研發的全球導航衛星系統反射訊號接收儀（Global Navigation Satellite System-Reflectometer，GNSS-R），接收導航衛星海洋反射的信號，透過運算反演出海面風速的分布。獵風者衛星設計為同類型衛星中表現最佳，最多可同時接收８組導航衛星的信號，超越目前國際同類型氣象衛星的4組。目前正將全球導航衛星系統反射訊號接收儀與GNSS-RO進行模組化修改，使其能夠應用於太空中心未來計畫發射的數十幾顆低軌衛星，甚至適用於外國的小型衛星，此將有助於創造龐大的氣象數據資料。最後，獵風者衛星對氣象科學意義重大，特別在提供海面風速資料上。其觀測能力不僅填補了海面觀測站難以監測缺口，而且與現有的福衛7號形成完美補充，每秒提供６筆資料，每天產生約7萬筆觀測資料。
福衛8號則是延續福衛５號任務，由6顆「先導型高解析度光學遙測衛星」及2顆「超高解析度智能遙測衛星」所組成，規劃兼具重量輕、成本低、高效能的先導型衛星通用平台，預計在2025年至2031年進行發射。前述所提及的光學遙測衛星可提供次米級，甚至50公分解析度的影像。且相關衛星元件2024年年底預計可達60～70％的自製率。
福衛９號為合成孔徑雷達衛星（Synthetic Aperture Radar，SAR），考量福衛8號是光學衛星，補足在夜晚或氣候不佳時的功能，解析度將可達0.5至0.7米，規劃在2027年及2029年發射。
台灣目前正積極推進一系列引人矚目的太空計劃。其中首要計畫是低軌通訊衛星，初期以2+4顆的配置規劃，分別與工業技術研究院與國內外產業共同開發合作。過去30年，台灣太空中心在衛星整合及測試能力已經取得了巨大進展，特別是在1,000公斤以下的衛星；另外，衛星在系統及次系統的設計與製造已擁有完全自主的能力，同時正在加速建立自主元件能力中。且在地面營運方面也取得了重要進展，包括對星群的操控，例如福衛5號和7號。太空中心不僅熟練掌握自主操作技術，透過近40人專業團隊建立，在影像處理方面提供全方位的技術支持。
國際低軌道通訊衛星的崛起
隨著科技的不斷演進，全球衛星的發展正經歷著一場革命性的變革。起初，同步軌道衛星（GEO）如台灣中新２號，提供基本通訊功能服務，然而其吞吐量並不足以應對寬頻應用服務的需求。隨後高吞吐量衛星（High Throughput Satellite，HTS）出現，以多點波束（Spot Beam）技術，來覆蓋地球較小的區域，但每個點波束具有更高的頻譜利用率，提供更強大的信號，實現高速資料傳輸。
在過去的10年中，衛星發展從同步軌道衛星（GEO）逐漸轉向中軌道衛星（MEO）和低軌道衛星（LEO），主因是低軌衛星具有高傳輸、低延遲、全覆蓋優勢，將可滿足未來應用需求。
未來低軌道通訊衛星的藍圖計畫，將使用射頻（RF）技術來接收衛星傳輸到地面的訊號，並採Ka和Ku頻段，未來將可能擴展至V等頻段。而衛星間連線將不可避免的採用雷射光通訊技術，讓訊息從一顆衛星傳遞給另一顆衛星，以雷射光在太空中接續傳遞出去，而與地表連線將是混合概念，可透過雷射光通訊或射頻技術，衛星可連接到地面站完成訊息接收與上傳。
此外，由於低軌道的太空氣候對通訊系統至關重要，近期SpaceX星鏈衛星失聯事件凸顯了太空氣候的不穩定性。福衛7號使得台灣與美國是全球少數能夠提供太空天氣監控的國家，並定期６小時提供預報資訊，能將太空氣候對於衛星的影響降至最低。
台灣低軌產業未來展望
在全球太空通訊催化劑源於2019年SpaceX星鏈網路的崛起，其下載速度已經達到驚人的100Mbps。７、８年前提到太空經濟的時代已經來臨，可能還令人難以置信，但如今卻是正在發生的現實。
從低軌道地面接收設備來看，因體積小和採購成本低優勢，已從固定式小型衛星地面站往移動式衛星地面站發展並在偏遠地區進行設置。移動式衛星地面站在船舶上能提供廣泛寬頻服務，航運業者可以及時監控大型數百個貨櫃船，使用影音串流、視訊會議等，實現穩定的通訊品質。
未來5G和6G應用需求將推動更大的數據流量。2023年3GPP討論議題之一的非地面網路（Non-Terrestrial Networks，NTN），即是低軌衛星通訊來補足地面網路缺口以建構立體3D組網。台灣在此部分工作項目已經啟動， Beyond 5G低軌衛星計畫（簡稱B5G）中，除了呈現星系技術外，將建立備援通訊包括：點對點的視訊通話、寬頻互聯的視訊會議，以及長期的IoT監控等。針對雷射光通訊技術，未來的低軌道衛星，包括通訊、光學遙測、合成孔徑雷達衛星等，都將搭載光學通訊終端機（Optical Communication Terminals，OCT），實現高效的數據傳輸能力。另外高空偽衛星（High Altitude Pseudo Satellite）在這3D網絡也扮演非常重要的角色，若能在太空飛船或類似太陽能飛機上安裝自製通訊酬載裝置，也將可能是台灣通訊發展的重要方向。
圖：非地面網路之3D組網
資料來源：Feature Articles: NTT DOCOMO's Initiatives on 5G evolution & 6G（2021）
工業技術研究院在波束成形（Beamforming）和混合型波束成形（Hybrid Beamforming）技術表現亮眼，為低軌衛星系統通訊酬載與地面設備中的關鍵核心技術；而隨著雷射光通訊的發展也需要高度準確的速度控制，特別是光源與光感器的對準精度要求可能需達10-4度，高精度光纖陀螺儀與高精度Gimbal控制等先進技術的發展也變得非常重要。
現階段低軌道衛星通訊協定各家標準不一，尚無一致標準，台灣廠商是否能夠共同合作制定自己的標準，將其轉化為產業的標準。在衛星系統整合方面，由於太空中心主要專注於前瞻技術開發，實現整個產業鏈的發展仍需一家專注於衛星系統製造的公司，才足以有效率串聯上中下游的產業鏈（pipeline），這是推動產業發展關鍵最重要的一環之一。
最後，台灣太空產業能持續發展，不外乎是台灣網通資訊科技的卓越實力為衛星地面設備製造挹注動能。然而，值得注意的是，要實現地面設備的進一步發展，需要搶先一步發展衛星通訊技術並能與之相互對應配合，若僅專注地面設備可能永遠僅限於代工，無法在通訊技術上取得重大突破。
整體而言，台灣的太空產業正以積極的態勢不斷推進同時展現出卓越的技術實力和強大的自主研發能力。未來，台灣有望在太空領域取得更多突破成為國際太空探索的重要參與者。
