成本是低軌衛星通訊應用普及的重要關鍵。在開發初期，利用新一代多物理模擬工具快速進行驗證，將有助開發人員找到比現有實作方式，更具成本競爭優勢，同時兼顧實際運作時嚴苛要求的創新設計方法。
低軌衛星發射成本、訊號傳輸耗能以及傳輸延遲都較低；同時也是增加行動通訊覆蓋率(Coverage)、提供廣播服務(Broadcasting)以及降低地面系統過載(Offload)的極佳解決方案，因此漸漸成為發展主流。
現階段，低軌道衛星發展以美系廠商進度較快，投入的營運商包括Space X、OneWeb、Telesat、Kepler、Astrome等，此外，亞馬遜(Amazon)、波音(Boeing)、軟銀(SoftBank)、Google等大廠也加入了衛星競賽行列。
目前商業化衛星數量約在1,700~1,800顆，預估未來10年將達1.7~2萬顆，主要將用於行動回傳網路、政府、行動與寬頻通訊、海運、偏遠地區通訊等。隨著衛星發射數量大增，小型衛星地面站(VSAT)等設備與零組件需求也將明顯增加。
商機蓄勢待發 台廠優勢突顯
目前各大廠已發射測試用衛星，2021年起已開始有低軌道衛星寬頻服務的試營運。預估10年內衛星發射總數將超過1萬顆，這些衛星主要是做通訊用途。未來隨著衛星發射量大增，地面接收設備需求也會跟著增加。這些都是台灣業者打入低軌衛星供應鏈的機會(圖1)。
圖1 主要低軌衛星服務業者的衛星發射計畫
工研院資通所經理蔡華龍表示，全球同步衛星只要三顆就可以覆蓋全球，但它的高度非常高，所以延遲大，且必須考量太空效應，無法提供高吞吐量的資料傳輸。而低軌道衛星運作高度約在2,000公里以下，發射成本相對同步衛星比較低，延遲也比較小，傳輸的資料量也可以比較大，因而備受期待。
蔡華龍進一步指出，早期衛星產業的發展主要是聚焦在同步衛星，以及全球導航衛星系統(GNSS)，是主要的產值來源。近年來則已開始轉變，低軌衛星成了備受期待的新興趨勢，對台灣業者而言，將是極佳的發展舞台，特別是在低軌道衛星通訊的地面站設備方面，尤適合台灣業者發揮，因為長久以來，台灣已累積深厚的網通技術發展能量，且相關供應鏈完整。
思渤科技(Cybernet)產品主任工程師張閔期博士也談到，相較於其他通訊衛星，低軌道衛星會受到重視是因為低延遲的特性。其所帶來的設備商機有二，一是衛星本身，二是地面接收站。後者的成本會是一大考量，因為過去地面接收站設備相當昂貴，若要向民用發展，成本勢必要進一步下降。
提高成本競爭力 先期驗證成重要環節
至於衛星的設計也有諸多考量。一般而言，衛星有一定的重量及負荷。若以效能為首要考量，成本和重量自然是堆疊上去，這種情況下，即使效能達標，也需要很大的火箭才能攜帶上太空。另外，為了要因應太空中極端的溫度，可能須使用高檔材料才有足夠的耐受度，成本就會非常高。所以，低軌衛星要能適應太空中的極端溫度，又要重量愈來愈輕，還要兼顧價格便宜，因此就帶來極大的設計挑戰。
張閔期分析，若是再用以往衛星的設計方式，來設計低軌道衛星天線，它在民用的發展上就會是很大的挑戰，因為光天線本身就會非常重。要解決成本上的問題，可以利用模擬軟體來進行初期評估，如天線的效能(輻射場、增益、場形)、材料的耐受度(是否會有翹曲(Warpage)問題)等，藉此可讓開發人員快速驗證各種新的設計，找到更具成本競爭力的創新方案。
要在設計初期透過模擬來進行評估，思渤科技所代理的Ansys模擬工具就會是很好的選擇。因為它擁有熱流、結構、電磁、系統分析、3D建模等多樣完整的工具，並有強大平台可讓這些多物理工具進行串接，非常適合用來解多物理設計議題。
張閔期以反射式陣列天線為例進一步說明。過去衛星天線的設計，最常用的是碟型天線，或是用很多的螺旋型天線(Helical Antenna)，這些是過往在做高增益(High Gain)天線的思維及想法。但在開發低軌道衛星時，考量成本、重量等因素，這些方式將不會是首選，因此業界便提出結合太陽能板的反射式陣列天線設計想法。這種新的陣列天線設計，即可利用多物理模擬工具，以高效率的時間達到效能驗證的目的。
圖2 一塊搭載晶片及連接器的PCB板，若用傳統Global Mesh方式切割網格，要耗費77個小時，而使用Mesh Fusion技術則只要20個小時即可完成求解。
資料來源：思渤科技
而為了因應各種高度系統整合的創新設計需求，Ansys也不斷研發出新的模擬技術，如最新的HFSS Mesh Fusion與3D Component Array模組，即可大幅加快多物理模擬時的網格切割時間(圖2)，讓研發效率大大提升，從而開啟更多創新設計的可能性。