衛星網路可以覆蓋幾乎整個地球表面,並有助於滿足孤立或無法進入地區日益成長的物聯網連接需求。各國亦積極把太空產業視為戰略產業一環,推出多項政策支持,也促進衛星物聯網的市場機會。
隨著物聯網市場的快速成長與地面網路的覆蓋範圍限制,市場對於衛星物聯網的接受度正在提升。過去的四年中,至少有13家新創企業與7家現有衛星營運業者宣布部署或提出發射衛星物聯網網路的計畫,並預期進入快速商業化模式。這些業者為太空物聯網設備提供低功耗、低成本的解決方案,有別於僅能覆蓋地球表面約15%~20%的地面網路,衛星網路可以覆蓋幾乎整個地球表面,並有助於滿足孤立或無法進入地區日益成長的物聯網連接需求。
隨著對物聯網解決方案的需求持續成長,調研機構認為,衛星物聯網市場正從前幾年的7%的複合年成長率提高到未來幾年的14%,截至2026年,全球相關營收預期將超過10億美元。即便與整個物聯網各種應用市場相比,衛星物聯網在未來幾年仍將是一項利基市場,部分技術也尚未完全成熟,但在三大趨勢下衍生出來的商機將在相關技術以及未來的市場成長上扮演越來越重要的角色。
低軌衛星網路正在快速崛起
根據IoT Analytics《2022~2026年衛星物聯網連接市場報告》,低軌衛星(Low Earth Orbit, LEO)的衛星物聯網市場將在2022~2026年間以25%的複合年成長率成長。事實上,在過去幾年業者部署的衛星物聯網網路多半都利用低軌衛星技術,主要在於低軌衛星具備兩大特點。第一為LEO更適合低功耗通訊,由於低軌衛星通常部署在200公里高度以下,距離地球更近表示更低的訊號傳播損耗,而降低用戶設備的功率要求,使其成為與低功率物聯網設備通訊的理想選擇。
第二為更低的成本與更快的部署速度,當前多數低軌衛星都是利用立方衛星(CubeSat)的技術所生產,立方衛星以10cm×10cm×10cm為一標準單位,而每單位重量不超過1.33公斤,使廠商能夠批量生產零組件,大幅降低設計和開發衛星的成本和時間;如今,立方衛星技術與低軌衛星的結合代表可以快速且規模化地部署衛星。
業者正採用混合式衛星地面聯接
在衛星生態系中,協作是不可避免之事,一般而言,無論是大型衛星、小型衛星,其地面系統的基本功能是相同的。地面系統最主要的功能,為支援衛星本體與酬載的運作與將接收到的任務資料傳輸給使用者。地面系統可能依不同的任務需求,而有不同的設計,例如通訊任務與遙測任務在使用通訊頻段與資料處理上有相當差異。
但當前地面和衛星物聯網營運商加速合作提供混合聯接解決方案,如Kinéis和德國電信,Kinéis的KIM 1模組已通過德國電信的認證,後者的客戶可以在混合蜂巢式衛星解決方案中使用,該解決方案需要在最終用戶設備或衛星終端中嵌入兩個不同的射頻晶片組;此外,透過單一通訊射頻晶片組提供地面和衛星連接的新技術正在發酵。例如LoRa Edge LR1120晶片組支援Sub-GHz LoRa、SATCOM S-band與2.4GHz LoRa。在技術發展下,地面和衛星連接的單一通訊射頻晶片組也可以透過零組件升級現有物聯網設備,允許供應商利用現有的認證、設備和生態系統。
各國政府端出太空政策發展戰略產業
前瞻技術/產業的發展多半少不了政府政策的支持,衛星產業也不例外,這種能夠軍民兩用的產業已經受到各國政府與科技業者的關注,一個最直接的實例為馬斯克的星鏈(Starlink)介入俄烏戰爭。面臨俄軍的轟炸,許多烏克蘭通訊基礎設施損毀,但星鏈卻讓烏克蘭軍隊和居民都能在基礎建設遭破壞的狀況下持續使用網路通訊,同時破壞俄方的認知戰攻擊,這種由低軌衛星帶來的新型態網路服務提供了比地面光纖和電信網路更強韌的抗干擾能力,因此受到各國政府重視。
星鏈的出現確實強化低軌衛星的效益,但各國在此之前就已經把太空產業視為戰略產業一環,推出多項政策支持,這些政策也促進衛星物聯網的市場機會,以下分析數個國家重要太空政策,供讀者參考。
拜登政府在2021年宣布成立國家太空委員會(The National Space Council),作為川普時期成立新軍種「太空軍」的擴充。有別於川普時期將太空視為軍事競爭力,國家太空委員會的作用更為多元,可概括分為五大任務,分別為審查、制定並向總統提供關於太空政策和戰略的建議、協調美國太空政策和戰略的執行、推動民用、商業和國家安全太空活動的同步化,以強化美國太空競爭力、整合各部會與機構,共商國家太空政策發展方向、強化太空活動的合作,如技術發展、商業模式、軍事用途。
同時,美國先前也曾推出「美國太空優先框架」(United States Space Priorities Framework, USSPF),該框架的宗旨為維持美國在太空科學與技術研發的領導地位,包含利用太空技術監測氣候變化,以及教育,同時著重太空商業化能力;此外,由於美國將太空視為基礎建設的一環,因此如何維持其穩定性與可持續發展至關重要,相關的資安活動、保護關鍵設施也成為評估要點。整體而言,雖然美國在2019年以後才開始陸續提出相關政策,但民間企業如Space X、Arianespace、Blue Origin、United Launch Alliance與軍工複合體企業如(洛馬、雷神)的尖端科技卻讓美國具備後發先至的能力。
中國計畫2022年至少將140個太空設備送進太空並全面建成空間站,根據統計,2021年中國進行了55次衛星發射,發射次數為世界第一,同時也創造了中國發射次數的新紀錄。自2010年以來,中國太空產業正在快速崛起,在火箭發射方面,2022年全球的數量可能會再創新高。同時,根據《2021中國的航天》白皮書指出,過去五年,中國除了向委內瑞拉、蘇丹和阿爾及利亞提供衛星產品外,還完成了巴基斯坦遙感衛星一號的在軌交付。
此外,中國還跟巴基斯坦、沙烏地阿拉伯、阿根廷、南非、阿爾及利亞、泰國等國家開展衛星合作,此外,中國太空站也向聯合國會員國開放。目前,已經有17個國家的9個項目成為中國太空站科學實驗首次入選項目,可以了解到其太空政策發展強調國際太空站建立。
在衛星發展部分,雖然與多國展開合作,但其衛星產業鏈規模較小,產業鏈中整機製造、衛星發射等產業仍處於發展初期,因此中國的作法為整合軍民體系,建立衛星生產線和精實生產管理系統,包含衛星設計—生產線—供應鏈的量產鐵三角模式。
確實,面對國際業者的衛星發射規畫,如SpaceX「星鏈計畫」的4.2萬顆、Oneweb星座4.8萬顆、亞馬遜的3,236顆相比,依舊需要投入較多資源趕上,多家調研機構預測,中國衛星物聯網組成的商機可在2030年達到千億人民幣規模,目前由中國航天科工集團、中國航天三江集團、九天微星、銀河航天等公民營企業合力投入,除了製造據點外,還建立衛星研發實驗室,同時導入智慧製造,調整衛星的生產模式。其中,3D列印被認為在衛星製造上具備突破性的技術,能解決傳統航太的複雜設計問題,特別是在通訊天線的製造上。
歐盟委員會於2021年4月28日通過歐盟太空法規(EU Space Regulation),其中針對歐盟太空計畫(The EU Space Programme)在2021~2017年的預算高達148.8億歐元,是歐盟有史以來規模最大的太空計畫,將所有太空活動都納入單一的計畫當中。該計畫的發展目標明確,如至少30個作為地球觀測和衛星導航的歐盟衛星升空、為歐盟太空產業提供超過250,000工作、增加太空產業產值達46~54億歐元、全球有超過20億個裝置使用伽利略衛星定位系統、60%的歐洲公司使用哥白尼計畫的地球觀測數據,並帶動公司該部門收入10%以上的成長。
在低軌衛星部分,預計發展100顆在400~500公里高度的高傾角軌道上運行的衛星,同時建立自有量子通訊網路,作為發展太空產業的關鍵基礎設施,這個稱為EuroQCI的專案整合許多業者,例如、義大利國防暨航空業者Leonardo與NRiM氣象研究所、法國電信業者Orange、空中巴士等。歐洲發展太空產業的策略依舊是聯盟型態進行,各國企業各自發揮所長。
值得一提的是,過去歐盟的產業發展,例如工業4.0,皆是由西歐國家推動,但在太空衛星產業上東歐國家也能占一席之地,原因在於中東歐國家在前蘇聯時期擔任當時蘇聯經濟體下重工業生產的角色,因此在航太國防上較為上手。事實上,在歐盟的太空政策下,新的歐盟太空計畫局(European Union Agency for the Space Programme, EUSPA)已於2021年設置於捷克布拉格,位於捷克的EUSPA員工人數預計未來將增加至600人,並著重在航太、地球觀測、安全通訊等領域的研發。
而當前捷克已有100多家企業與新創與歐洲太空總署簽訂合作契約,提供軟硬體系統與設備服務,歐洲太空總署也在該國成立企業加速中心,以育成太空專利、衛星導航、遠程地球觀測等新創團隊。歐盟預計在未來發射更多衛星,以強化如氣候監測、農業災害掌握、飛機導航精確度調整等面向。
在低軌衛星市場個別企業的策略上,除了Space X與OneWeb等業者外,英國的BAE Systems動向也值得觀察,英國在脫歐後自主發展太空產業,目標在2022年建立歐洲第一個商業太空港,讓英國成為小型衛星發射和新興太空運輸市場的全球領導者,並在2030年讓英國在太空領域的全球市場占比,由2019年的5.1%提高到10%,在這樣的背景下,身為軍工複合體的BAE Systems肩負重大政策任務,該公司於2021年收購In-Space Missions,成為該國少數能自主設計、建造、發射、營運人造衛星的廠商。
BAE Systems的感測器技術與芬蘭衛星製造商Icyey的先進SAR技術整合,納入多感測器人造衛星群Azalea,預計2024年發射第一個多感測器人造衛星群Azalea到低軌道,這個名為Azalea的衛星集群將由一組相互連接的衛星組成,這些衛星將利用各種感測器來幫助觀察、分析和監測地面事件。Azalea同時服務軍方和政府客戶,將提供從視覺、雷達和射頻感測器收集的資訊,以幫助客戶了解來自太空的威脅和危害。
而收購In-Space Missions能強化公司收集雷達、射頻、視覺化資料,以內建的邊緣處理器與機器學習演算法分析的技術,使其能直接從太空軌道以最低延遲與最少網路資源安全快速的提供高品質資訊,這使得BAE System未來能夠通吃民用與軍用市場,公司發展前景可期。
我國雖然較晚發展太空產業,但強項為資通訊設備與服務,在低軌衛星部分,針對衛星製造及相關地面接收設備之元件及系統供應,有機會切入國際供應鏈,爭取龐大商機。一般來說,低軌衛星相關的產業鏈包含衛星訊號地面設備、移動式接收器、訊號收發器、功率放大器、射頻、Wi-Fi路由器等,而我國的超高頻段衛星通訊多工器/收發器、車用玻璃平板陣列天線、毫米波天線模組與整合型衛星終端設備具備相當競爭力。
目前已經有將近40家企業切入SpaceX與Oneweb供應鏈,未來預期可能有成百上千台終端需求,市場規模高達千億元。我國業者如台光電、華通、捷揚、晶泰、昇達科、同欣、金寶、太空中心等企業與機構已經搶進,未來在可能在技術進一步帶動下,推升整顆衛星製造的自有零組件比重。