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台灣太空中心啟動低軌衛星發展計畫

  • 鄭斐文DIGITIMES企劃

國家太空中心正工程師蔡東宏。DIGITIMES攝
國家太空中心正工程師蔡東宏。DIGITIMES攝

低軌通訊衛星市場在近期被產業視為重要的市場話題,尤其是在5G剛進入商業化發展階段之初,產業界便已經思考如何進一步彌補5G技術的不足,因此低軌衛星通訊普遍被產業認為將是B5G乃至於6G技術發展的重要環結之一,而我國政府與學界也有意投入,為台灣科技產業舖路。

低軌通訊衛星市場的發展歷程

國家太空中心正工程師蔡東宏表示,回顧通訊衛星的發展,最早可追溯至1962年的通訊衛星Telstar的升空,該衛星當時負責進行橫跨大西洋兩岸的美國與歐洲的衛星節目直播,1964年則是全球第一顆地球同步軌道衛星升空,所肩負的任務則是將東京奧運的開幕影像傳回美國,這開啟了通訊衛星的商業化之路。而一般的地球同步軌道衛星,大多的軌道運行高度,皆為36,000公里左右,該軌道的特色就是衛星位置固定,使用者隨時可以與衛星通訊。

然而,同步軌道通訊衛星所處的高度相當的高,所以相對就需要較強的通訊能力,帶動天線尺寸變大,電力需求也就有所提升,重量方面高達兩噸以上的衛星亦所在多有。到了90年代以後,產業界開始思考能否以較低的距離來解決傳統同步軌道通訊衛星的問題,吸引不少業者投入,像是Motolora、Teledesic與Globalstar等,但在當時礙於投入的時間較早,產業各方面的條件不甚成熟,加上地面通訊產業所投入的建置成本較為低廉,使得低軌通訊衛星產業的投資報酬率相當的低,Motolora與Teledesic分別在1999年與2000年以破產與關門收場。

不過目前全球仍有將近一半的人口無法享受到如先進國家的人民的通訊資源。而就通訊產業的發展來看,蔡東宏認為,低軌通訊衛星由於能夠涵蓋的通訊範圍較大,與地面通訊的5G產業可以達到互補效果,將通訊產業的維度,從平面的二維轉為立體的三維,不光是人們的通訊互聯,機器之間也可以達到互聯效果,所以這也是為何國外大廠紛紛進軍低軌通訊衛星的原因所在,愈早投入在未來愈有機會獲利。

以目前當紅的SpaceX算是投入較早的業者,本身亦具有能夠發射衛星的優勢,向美國FCC (聯邦通訊委員會)註冊的衛星數量就已經高達一、兩萬顆之多。不過也有投入時機太早的業者,如OneWeb本身技術相當優異,無奈時機尚未成熟,最後面臨破產危機,最後依靠英國政府的協助,才得以脫離險境。

台灣太空中心啟動低軌通訊衛星計畫,首顆衛星將於2025年升空

而台灣在低軌通訊衛星的發展計畫,是在2020年由科技部與經濟部的合作下開始啟動,主要執行單位為國家太空中心與工研院。蔡東宏說明,太空中心自1992年就已經成立,像是遙測衛星、科學研究衛星與氣象衛星等的開發都與國外有相當深入的合作,所以累積了相當豐富的經驗,而工研院過去本就在通訊領域的研發有相當厚實的基礎,雙方就各自所長針對衛星通訊領域進行合作。

依照太空中心的規劃,初期將會發射兩顆通訊衛星,並且會採取時間錯開的方式來發射,這麼做的主要理由在於,衛星在發射之後,在軌道上能夠修改的工作十分有限,若第一顆的衛星有發現任何異常時,第二顆衛星可以在地面進行修正,避免第一顆衛星所發生的問題。而在時程上,預計2022年將會進行衛星系統的初步設計審查、2023年則會針對系統設計進行關鍵審查,預計2025年會完成整體衛星系統的測試,預計2025年將發射第一顆衛星。

而蔡東宏強調,由於發射衛星的成本其實十分高昂,甚至比打造衛星的成本還要來得高,太空中心在執行此一計畫時,除了確保系統運作能順利無虞外,成本考量亦是該計畫的重點,所以太空中心預計將透過共載發射的方式,讓太空中心的衛星能與其他衛星一同升空,藉此降低發射成本,在2025年發射第一顆衛星之後,預計2026年將會讓第二顆衛星升空。

這兩顆衛星目前所預定的高度為600公里,涵蓋的範圍會是以台灣區域為主,屆時會使用國家太空中心在新竹科學園區的操控中心進行衛星的操作,再搭配工研院建置在中興院區的通訊地面站進行衛星通訊實驗。在實務上,考量到衛星運行並非時常能與台灣地面站保持通訊,所以這兩顆衛星的設計也會與位於36,000公里高的同步軌道衛星群進行通訊,再由同步軌道衛星將訊號傳回至台灣,儘可能拉長與台灣地面站通訊的時間。

借助發射成功經驗,協助台灣產業發展

蔡東宏進一步指出,衛星本體大致上可以區分幾個重要零組件,包括衛星電腦、飛行軟體、太陽能板、飛行電池、姿態控制元件、熱控元件、推進元件、通訊元件等,依據衛星任務的需求不同,在部分的功能上就會稍有變化。

像是遙測衛星負責進行地面拍攝的工作,所以衛星本身就需要高度的穩定性,避免照片品質下降。而隨著B5G乃至6G概念已經在市場進入初期的討論階段,蔡東宏談到,政府希望透過太空中心的衛星通訊計畫的執行,進而帶動台灣供應鏈能在全球衛星供應鏈中扮演重要角色,台灣產業鏈原本就與SpaceX的Starlink計畫已經有初步的合作,若台灣供應鏈業者打算擴大與其他客戶的合作,太空中心也有計劃將這幾年所累積的經驗以及諸多太空驗證測試方法加以技轉,希望能協助台灣能在低軌衛星領域發光發熱。


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