新太空時代已逐漸成形，早於2017年起，新興衛星營運業者即開始啟動LEO衛星星系計畫的發射規畫，推動全球開始部署低軌道通訊組網技術，同時改變過去衛星通訊僅聚焦於科研、軍事用途，為其開創新興商用價值。
自2014年起，隨著SpaceX與OneWeb兩大新創衛星業者相繼提出上千顆衛星布建規模之低軌道通訊衛星巨型星系計畫，促使全球掀起策畫低軌道通訊組網的規畫。
同時，因應3GPP R-17規畫下世代通訊納入衛星通訊，衛星通訊將整合於既有行動網路架構下，加上衛星通訊具備廣覆蓋、低干擾、傳輸低延遲等特性，可支援現有行動網路難以覆蓋的區域，如偏遠山區、海上、空中的聯網服務，由3GPP R-17的規畫將衛星通訊納入，也勾勒出未來地面網路連結衛星通訊打造陸海空無縫連結的使用情境。
近年全球衛星產業
全球衛星依運行軌道可大致分為低軌道、中軌道、地球靜止軌道與其他(如橢圓形軌道)，而全球衛星多運行於前三個運行軌道(圖1)，細述於下：
圖1 衛星運行主要軌道
資料來源：University of Luxembourg
指太空飛行器/衛星距離地球地面高度最低的軌道，一般低於2,000公里的近圓形軌道稱為低地球軌道，或稱近地軌道。由於此軌道上的衛星離地面較近，其傳輸資料延遲性約30~50毫秒，為對地觀測(Earth Observation, EO)衛星、太空站與新興通訊衛星所採用。
指介於低地球軌道與地球靜止軌道之間的人造衛星運行軌道，其高度大多在距地球表面約8,000公里至12,000公里之間，其數據傳輸延遲性約125~250毫秒，在此運行的衛星多為導航衛星。
或稱地球赤道同步軌道，指地球赤道上方高度約35,800公里的軌道，在此軌道之衛星觀測約可涵蓋地球四成以上範圍，因此在此軌道上均勻布設三顆衛星，即可涵蓋觀測到全地球(除南北極高緯度區域外)，多數為通訊衛星用途。由於其軌道高度離地球相對遙遠，因此數據傳輸延遲性大約600~800毫秒。
或稱偏心軌道，顧名思義該軌道為橢圓形，有一端離地球較為接近，因此當衛星移動到近地點軌道位置時，其移動速度最快；而當衛星移動到最高點(即距離地球相對高的軌道位置)實則移動最慢，因此當衛星移動到最高點，可針對地球特定區域提供較長時間的傳輸、觀測等應用。
近年來，隨著LEO小型衛星通訊技術突破、應用需求增強下，有助於具研發週期短、成本低等特性之LEO衛星進行規模性製造，以利組網形成衛星星系(Constellation)。
透過UCS(Union of Concerned Scientists)資料分析全球衛星(依軌道別)升空數量，如圖2所示，自2017年起LEO衛星升空數量從過往數十顆增加到302顆，較2016年增加約2.9倍，占該年升空衛星約87%比重，其動能來自新興衛星營運業者在2017年起開始啟動LEO衛星星系計畫的發射規畫，包含SpaceX的Starlink、OneWeb與Iridium等。背後象徵衛星產業走向新太空時代(New Space Era)，改變以往衛星鎖定在科研觀測、軍用國防等應用領域，開創新興商業應用價值，特別是蜂巢式(Cellular)行動網路難以觸及的偏遠地區、海上、空中等區域之寬頻(Broadband)與窄頻(Narrow-band)網路。
圖2 2019年以前全球衛星(依軌道別)升空數量
資料來源：工研院產科國際所
全球衛星主導國家與應用別
直至2019年全球衛星發射數量達2,323顆，並由美國、中國、俄羅斯、日本、英國、印度與歐洲太空總署(The European Space Agency, ESA)等國家或聯盟主導全球78%的衛星。
在聯合多國共同營運之衛星併入其他國家計算下，則以美國營運商持用數量最多(約1,056顆)，占全球52%；其次依序為中國約持有344顆(占15%)；俄羅斯持有165顆(占7%)；日本持有76顆(占3%)；英國持有62顆(占3%)；印度持有57顆(占2%)；ESA持有57顆(占2%)，如圖3所示。
圖3 2019年全球衛星主導國家(累計數量)
資料來源：工研院產科國際所
美國擁有全球逾5成衛星數量的主導權，顯示在衛星產業具有強勁主導能量，因此，比較美國過往(2010年以前)與近十年(2011年至2019年)發射衛星的應用形態變化，亦可象徵全球衛星應用的轉變。從過往美國衛星應用來看，主要應用於通訊傳輸，占63%，並主要透過GEO衛星進行傳輸；其次為地球觀測，占19%，透過以LEO衛星為主的衛星來執行；其餘如導航定位(以MEO衛星為主)或太空科學研究觀測則各占8~9%。
近十年來，美國衛星以LEO衛星進行地球觀測應用為主，占48%，象徵衛星應用從以GEO衛星運行傳統的衛星電視訊號廣播、國防軍事通訊、衛星寬頻服務等通訊應用，在小型衛星技術逐漸發展下，往採用LEO衛星進行地球氣候觀測、國土監測等應用；其次為通訊傳輸，但有別過往，從GEO衛星轉由LEO衛星(占81%)主導；另外在太空科學研究觀測則亦有所增加，占15%；相對在導航定位的衛星投入則有減少趨勢(2%)。
全球衛星四大次產業營收表現
根據美國衛星產業協會(Satellite Industry Association, SIA)資料顯示，2019年全球衛星產業合計營收為2,707億美元，主要由四大次產業組成，包含衛星製造(Satellite Manufacturing)、衛星發射服務(Satellite Launch Services)、地面接收設備(Ground Equipment)及衛星服務(Satellite Services)，其產值占比依序為5%、2%、48%、45%，如圖4所示。近五年來，屬太空端的衛星製造與衛星發射服務之合計營收比重約占7~9%，而地面端的地面接收設備與衛星服務則合計占91~94%，可見目前衛星產業發展以衛星服務與地面接收設備為產業營收主要來源。
圖4 2015年~2019年全球衛星產業營收
資料來源：工研院產科國際所
其中，衛星服務可再細拆，以2019年營收為例，消費端的衛星電視(DBS/DTH)為920億美元(年成長率-2%)、衛星廣播62億美元(7%)、衛星寬頻28億美元(17%)，企業端則為固網服務177億美元(年成長率-1%)、行動網路服務20億美元(-51%)、遙測服務23億美元(10%)。整體衛星服務近年來仍以衛星電視為主，然若納入未來LEO衛星星系規畫，將可望帶動衛星寬頻需求成長趨勢，一來就目前規畫推動LEO衛星星系的主要營運商，大多鎖定主要應用服務為衛星寬頻，加上衛星寬頻費用逐漸降低，對於網路服務全區覆蓋的推動與提供高速低延遲的網路服務有其競爭力。
二來因應3GPP R-17規畫下，下世代通訊將納入非地面網路(Non-terrestrial Networks, NTN)即衛星通訊整合於行動網路架構的應用，並基於衛星通訊提供廣域覆蓋、低干擾、傳輸低延遲等特性，預計其應用重點包含支援現有行動網路難以覆蓋的區域，如偏遠山區、海上、空中等區域的聯網服務。
針對衛星地面設備亦可細分為消費性設備(如衛星機上盒、衛星廣播設備、衛星寬頻裝置)、衛星導航設備(含GPS晶片)、網路設備(如網路維運中心(Network Operations Centers, NOCs)、衛星新聞轉播(Satellite News Gathering, SNG)、小型衛星地面站(VSAT)、閘道器等)等項目，以2019年個別衛星地面設備營收，依序為消費性設備179億美元(年成長-1%)、衛星導航設備974億美元(4%)、網路設備150億美元(9%)。因應LEO衛星星系帶起衛星寬頻商機，未來可預見將帶動地面端的網路設備與消費性設備的成長，不僅需求規模擴大，同時也將帶出高頻段(如Q/V Band)接收或適用於追蹤接收星系中多顆LEO衛星的相位陣列天線之設備需求有所成長。
主要業者布局低軌道衛星星系計畫
自2014年起，隨著SpaceX與OneWeb兩大新創衛星業者相繼提出(上千顆衛星布建規模)LEO通訊衛星巨型星系(Mega-constellation)計畫，全球掀起策畫LEO通訊組網的規畫，整理如表1。
同時，根據ITU世界無線通訊大會(WRC-19)對非對地靜止衛星系統(Non-geostationary satellite system, NGSO)星系之監管規定，及規定在一定時間階段必須完成一定比例在軌衛星數量的要求(視為里程碑)，以杜絕以往衛星星系頻段申請後只需發射一顆即可維持原發放之衛星頻譜的問題，並且僅適用於申請頻段為Ku/Ka/V頻段之NGSO星系計畫。
同時，該規定將於2021年1月1日啟用生效，若持有計畫之在軌衛星壽命(7年)在2021年元旦前到期，則該計畫以2021年元旦作為計算起始日；否則將以衛星網路7年之壽命期作為里程碑之起始日。該規定下之衛星星系計畫需在7年內完成，細部規定在2年內啟用10%的星系計畫數量，5年內達成50%，7年內完成計畫內全數在軌衛星數量部署。否則將依實際在軌衛星數量進行相對應規模的縮減，避免衛星頻譜資源被占用。
SpaceX：Starlink星鏈計畫
SpaceX於2002年6月由創辦人Elon Musk成立，從事衛星產業營運，上至衛星設計/製造、火箭製造/發射服務，下至太空旅遊服務等，並於2015年提出Starlink計畫，共劃分為兩期三階段，共計將發射11,927顆LEO衛星；2019年底向ITU提出30,000顆LEO衛星頻段申請；迄今SpaceX規畫LEO衛星布局數量已近42,000顆。
根據SpaceX向FCC提出之IBFS文件號「SAT-LOA-20170301-00027」、「SAT-MOD-20190830- 00087」、「SAT-MOD-20200417-00037(Pending)」、「SAT-LOA-20200526-00055(Pending)」中，說明該計畫針對近42,000顆之發射計畫，如表2、表3所列。
依據SpaceX初期所提的發射規畫，將預計於2020~2021年間發射完第一期第一階段之1,584顆LEO衛星，然因為2020年初面臨COVID-19疫情的衝擊，影響美國廠房與發射基地暫時關閉，主要影響四月與五月原有的發射規畫往後遞延，因此待北美區域布建達800顆衛星規模後，將開始進行小規模的試營運，初期將以衛星寬頻為主，鎖定需高速網路頻寬之應用為主(如遊戲)。
第一期第一階段衛星預期至2021年布建完成即可達到全球組網規模，第一期第二階段則預期於2027年完成部署。未來VLEO與Gen2 System等中期與遠期的計畫時程未定，但依計畫申請時程下ITU最新里程碑規定，推估遠期將在2034年完成發射。
OneWeb：OneWeb計畫
OneWeb成立於2012年，總部設於英國倫敦，在美國Florida、California、Virginia等州設有辦公室與衛星製造工廠。截至宣告破產前，共獲得軟銀(Softbank)、Virgin Group、高通(Qualcomm)、CocaCola等主要投資方的資金挹注，累計超過34億美金。 自2020年3月27日，OneWeb向美國法院聲請破產，旗下資產尋求出售，並根據Northern Sky Research國際研究機構之研究，提出導致OneWeb衛星星系計畫失敗的十大因素，包含「缺乏市場資金(42%)」、「現金流告急(29%)」、「團隊能力薄弱(23%)」、「競爭對手超越(19%)」、「服務定價不合理(18%)」、「產品缺乏競爭力(17%)」、「缺乏明確的商業模式(17%)」、「營銷能力弱(14%)」、「忽視客戶(14%)」、「產品不夠前瞻(13%)」。整體來看，OneWeb營運金流高度仰賴單一來源的私募資金，使得COVID-19疫情衝擊投資市場緊縮下，面臨募資受阻而無法持續營運的問題。
然OneWeb在2017年向FCC申請Ku/Ka頻段的資源，仍是在LEO衛星星系布局上珍貴的資產，並在破產後再向FCC提交擴大該頻段網路47,844顆低軌衛星的申請，如表4。背後意味著OneWeb透過頻段資源的擴大申請，提高資產競拍的價值。而今初步英國政府與印度Bharti Global合資共組公司，並以超過10億美金收購OneWeb，而該收購協議目前仍須獲得OneWeb債權人、破產聲請法院、監管機構的批准，預計將在2020年第四季完成收購程序。
全球衛星產業迎向LEO商機衍生議題
整體而言，全球衛星產業帶來的商機龐大，同時也衍生出一些議題需要關注，包含資源配置、建置成本、星系組網、地面設備成本與採用率，以及永續發展等議題。
衛星頻譜與軌道配置資源有限，ITU採申請先到先審制，使提出申請之衛星營運商(如Iridium、SpaceX、Amazon、Telesat等)具先行者優勢。
巨型星系營運商初期網路上千顆小型LEO衛星，因應其產品生命週期短(<5年)，將須建立具成本競爭力的製造供應系統與低成本發射解決方案，以控制建置資本支出(如SpaceX垂直整合火箭發射服務，加上回收火箭的核心技術大幅降低發射成本)。
由於衛星星系單一個體在區域地面接收站提供的服務時間有限，因此對衛星間通訊、系統管理、自主防碰撞、以及地面端如何追蹤與接收系統與元件(如相位陣列天線)等技術將成挑戰。
有別GEO地面接收設備(如碟型天線)的低成本(50美金)，有利於提高家戶滲透率；LEO地面設備為了與快速移動的LEO衛星維持連結，無縫轉換追蹤星系間的衛星個體，而適用平板式相位陣列天線作為解決方案，然目前無論是企業用或消費用的產品成本仍昂貴，距離營運商規畫低於300美元的目標價仍有精進空間。
未來LEO衛星星系達到全球組網，將面臨衛星本體反射陽光之光害議題，如Iridium Flares，將對星體觀測研究造成影響，衍生發展低反射率的材料商機；由於小型LEO衛星生命週期短，將產生太空垃圾議題，對此部分業者提出返回地球回收的解決方案。
打造無死角網路衛星網路商機倍增
3GPP R17對非地面網路的整合規畫，將帶來陸海空無縫連結的應用情境，尤其針對雙向通訊的寬頻、固網、行動網路服務等業務，LEO衛星通訊可帶來高速傳輸、低延遲、廣覆蓋等特性，可與既有地面網路互補下，創造新商機與創造新興的商業模式。
自2014年起OneWeb與SpaceX新興衛星營運商帶來巨型LEO衛星星系布建計畫，牽引如Amazon、Boeing、Telesat、Facebook等業者也加入布局，打破過往衛星每年升空規模僅數十顆規模，增加到每年數百顆的規模，加上LEO衛星壽命短，將能支撐需求規模保有放量的規模。
衛星產業跨入門檻高，而國內業者在供應地面設備元件已具產業化能量，且打入國際供應鏈，相對在天線、射頻具有研發基礎，對於取得LEO入門票相形具優勢。
衛星本體則因LEO需求規模增加，將走向低成本、模組化、標準品趨勢，因此部分元件(如天線、高頻通訊模組、機構件、太陽能板)即便無飛測驗證，也開始湧現國際大廠洽談合作的商機，主要來自台廠可提供可靠、完整且快速的製程服務。
現階段台廠是以元件供應切入LEO需求市場，除了上述製程服務優勢外，加上衛星產品在美國屬於被列管產品，因此紅色供應鏈難以打入海外市場，而我國主要競爭對手將來自歐美、南韓，前者以前瞻技術為其優勢，但售價相對昂貴；後者則與台灣相似。未來為了避免衛星元件供應走向紅海殺價競爭，因此宜提前布局產業升級，從元件供應升級往系統整合發展。
目前政府逐漸重視衛星產業的發展，在產業研發獎措方案推行、學界法人支援規格與前端技術，同時與業界共同開發下，將有助於台灣衛星產業從特定單一產品的開發供應，走向整套系統開發的能量。
(本文作者為工研院產科國際所數位科技應用研究部產業分析師)