借力半導體生態系 創造星鏈新商機
低軌衛星 未來通訊新主流
專家建議借助半導體優勢 推動自主化技術開發 形塑生態系 躋身產業技術強國
近年來隨著發射技術的突破，可重複使用發射火箭不斷改良與精進發展，大幅提升載運能力與逐步降低發射成本，其中尤以SpaceX獵鷹9號進行多次任務而受矚目，更進一步試驗重型運載火箭「星艦（Starship）」，未來能在重複使用的前提下，將100至150公噸酬載送入近地軌道，是人類歷史上最大、最強的運載火箭。
衛星技術與酬載的技術演進與商用現貨（COTS）零件納入採用範疇，均使整體成本能達成大規模商業應用的需求，進一步促使太空產業進入高速發展期。
以低軌衛星寬頻星系為例，四大星系SpaceX Starlink星鏈進度超前，率先進入全球商業營運，並從一般住家用戶擴展至航空、海事及移動車輛領域的服務與用戶終端產品，截至2023年9月已達200萬用戶，並展開第二代衛星的試驗。
緊隨在後的OneWeb雖然受到疫情、俄烏戰爭遭扣押衛星與發射資金等因素干擾，仍在2023年5月完成618顆衛星的部署，進入連網測試階段，預期2024年初啟動商業營運。
2023年10月Amazon Kuiper發射兩顆試驗衛星，並積極部署衛星生產工廠，要在2026年啟動商業營運。加拿大Telesat Lightspeed則面臨財務危機陣痛期，經過轉型調整衛星發射數量、改與加拿大衛星製造商MDA合作，有效控制成本支出，規劃2026年前發射156顆衛星後進行第一階段的商業營運。
四大低軌衛星營運商積極布局衛星寬頻領域，且2026年預期四家皆展開商業營運，將使競爭進入新階段，可望在低軌衛星寬頻的基礎下延伸更多應用服務並帶動終端裝置的推出。
Starlink在2020年的Beta版連網試驗階段，提供美國華盛頓州在控制野火行動中發揮即時通訊功用，協助救援隊確認水源位置。2022年東加火山爆發，Starlink再次發揮衛星通訊的效用，除協助救災外，也作為災後復原工作的臨時通訊解決方案。由此案例可知，極端氣候造成野火、洪水等災害將更頻繁，衛星通訊成為數位韌性的關鍵角色。
Starlink在俄烏衝突初期，提供烏克蘭衛星通訊系統與用戶終端設備，讓烏克蘭不受限制地維持網路和通訊。但SpaceX創始人Elon Musk深怕烏克蘭軍方將Starlink「武器化」，用其操作無人機攻擊俄軍，因此考慮限制功能，甚至不再支援烏克蘭。凸顯衛星通訊不光是對國家安全至關重要，發展自主衛星星系，不假他人之手才，更能確保在關鍵時刻能保持通訊的暢通。
2023年10月9日台灣第一枚自製氣象衛星獵風者升空，代表台灣培養自主能力，產官學研「太空國家隊」的重大成就。
我國第三期「國家太空科技發展長程計畫」從2019年開始，十年投入251億元，現在加碼超過400億元，要投入低軌通訊衛星的研製、規劃國家發射場與人才培育。
太空中心目前規劃，將於2026年發射首枚B5G衛星，2028年發射第二枚，任務執行期間至少三年，其中的關鍵之一「Ka頻段通訊酬載」，除開發低軌衛星通訊酬載系統外，也需與地面通訊系統與設備相互配合。
經濟部產業技術司亦鎮支持發展衛星通訊大型相位陣列天線技術自主化，已透過實驗室環境驗證台灣自主發展的地面通訊設備的效能優於國際大廠的市售產品，彰顯我國科研能力，並藉由技術移轉助力台灣廠商切入國際供應鏈。
隨著2026年四大低軌衛星星系進入商業營運的競爭白熱化，將帶動全球低軌衛星地面通訊設備市場蓬勃發展，關鍵射頻與基頻控制晶片大多掌控在Amazon系統商自行開發或是晶片商如ADI、Anokiwave、Renesas、SatixfFy等，現階段台灣產業仍仰賴進口，亟須補足射頻與控制晶片及陣列天線模組化之次系統自主技術能量，以提升晶片及系統模組廠之產品價格競爭力。
產業技術司洞悉我國在低軌衛星地面設備關鍵核心晶片技術領域的缺口，投入資源積極推動自主化技術開發，透過工研院研究團隊聚焦射頻晶片、波束追蹤控制晶片、新式天線模組整合技術的研發工作，布局我國低軌衛星地面通訊設備自主技術能量與專利壁壘。
借力我國在半導體生態系的優勢，結合IC設計以及系統模組廠商進行垂直領域的應用產品開發，以期形塑產業生態系完整布局，開創造衛星產業鏈新商機，使台灣能夠躋身太空通訊技術強國之列。。
（作者楊欣倫；經濟部產業技術司產業技術基磐研究與知識服務計畫成員）
台灣拚太空競賽 不缺席
現今全球人造衛星發展以國際業者為主導，如同步軌道衛星（GEO）代表業者為美國Hughes、中軌道衛星（MEO）代表業者為歐洲SES、美國Viasat等、低軌道衛星（LEO）代表業者為美國SpaceX、美國Amazon、加拿大Telesat、歐洲Eutelsat OneWeb等。目前無論是GEO／MEO／LEO衛星通訊系統，相關通訊協定並無公規標準，各國際大廠之衛星系統都自成體系。
衛星產業由衛星服務、地面設備、衛星製造與衛星發射等四大領域組成，全球低軌衛星發展快速，預期2023年時將累計7,500顆衛星；美國衛星產業協會指出，2022年全球衛星產業產值為2,810億美元，在主要國家太空研發投資加大與低軌衛星通訊商用下，地面設備占衛星產業產值達52%，預期未來將持續攀升。
台灣業者在過去已長期投入衛星地面設備產業，但多專注於衛星電視、衛星導航相關供應鏈，傳統衛星天線、上游元件、電源供應、路由器等已具備量能，但在基頻模組、大型相位陣列天線、整機驗測等技術上相對缺乏，仍多倚賴國外衛星通訊設備供應商。此外，台灣業者過去較無太空產業經驗，對於相關規格較無法掌握，難以自主化研發，以及部分台灣業者雖可供應衛星相關零組件與代工組裝，但仍缺乏整合能力。
為提升緊急通訊應變能力，以應用於防災、國土監測、備援通訊等領域，經濟部產業技術司近年積極發展低軌衛星地面設備自主關鍵技術，配合國科會整體低軌衛星發展時程，聚焦低軌道衛星地面通訊系統，在高頻段（Ka band）、高移動速度（低軌衛星移動速度達7.5 km／s）的衛星通訊環境下，以科技專案支持工研院投入地面基頻與通訊協定技術、地面通信RF與天線技術研發，以及地面設備驗測及應用服務，達到系統鏈結可靠度及管理效能，並透過相關法人與業界力量，共同深化自主化地面設備關鍵技術研發，加速太空通訊科技領域發展。
在經濟部產業技術司支持下，工研院發展媲美國際大廠效能之通訊基頻模組、1024天線單元之大型相位陣列天線，預期將達上傳200Mbps、下載400Mbps之高吞吐量資料傳輸能力；所發展之關鍵技術亦已技術移轉予台灣業者，同時協助業者切入國際立方衛星市場和獲得衛星大廠地面設備訂單；目前已完成低軌衛星地面設備雛形，同時也完成實驗室環境下對衛星酬載之互通驗測，彰顯台灣已具備低軌衛星自主研發能力，並對國內與國際宣示台灣正式具有資格加入太空通訊產業競賽，有助推動本國低軌衛星產業進軍國際。
全球低軌衛星產業已邁入商業化階段，預估未來十年將有數萬顆低軌衛星發射到太空，其中通訊衛星將占據主要地位，並帶動地面設備需求大幅增長，而衛星通訊透過與行動通訊、無線通訊結合，預期將成為下世代通訊網路架構基礎。台灣產業在半導體和資通訊領域擁有豐富經驗與實力，透過低軌衛星自主關鍵技術能量之累積，將為台灣產業帶來新一波的商機。
（作者高榮揚；經濟部產業技術司低軌衛星通訊系統技術開發計畫主持人）
射頻前端晶片 台廠利器
低軌衛星運行於數百公里高空的軌道，訊號能量會因傳輸距離而損耗，而低軌衛星為達成寬頻通訊所使用毫米波頻段，將使得損耗更形嚴重，再加上低軌衛星每秒約7.4公里的高速移動需要快速追蹤，這些疊加的因素，使得地面設備與低軌衛星間即時且穩定的訊號傳輸，成為主要的技術挑戰。
因此，低軌衛星通訊引進主動式陣列天線技術，透過成千上百個天線與射頻前端訊號控制電路，將數以百計天線輻射出來的訊號能量合成，集中到特定方向進行快速的發射與接收。主動式陣列天線技術在雷達系統已有長期成功應用，也已於5G毫米波頻帶開啟行動通訊應用，近年來也開始被低軌衛星通訊所採用。
不過，相較於5G毫米波通訊中，基地台與使用者間僅1至2公里傳輸距離，低軌地面設備為達成數百公里傳輸，需整合量級更大的天線與射頻前端單元，使得射頻前端晶片不僅主導地面設備的性能優劣，也占物料清單中相當高比例的成本，根據工研院產科國際所統計，低軌地面設備中射頻前端晶片與天線模組，占總成本比例就已超過四成。
國內業界於低軌衛星地面通訊設備市場，目前以設備組裝製造、次系統開發以及大型接收天線、微波被動元件等關鍵零組件為主。於主動式陣列天線中量大的射頻前端晶片，包括功率放大器、低訊放大器、射頻波束合成晶片與天線陣列控制晶片等，仍仰賴國外高單價晶片方案，不易提升產品毛利。此外，由於國際各大低軌衛星通訊服務商仍處於星系布建初期階段，無共通標準規範下，使得生態系較為封閉；加上高頻射頻前端晶片研發時程長且投資大，國內廠商先期投入研發之意願在風險考量下較為謹慎。
經濟部產業技術司為促我國星鏈產業發展，解決產業目前面臨痛點，以科技專案支持法人研發，藉由研發法人的能量帶動業者投入低軌衛星產業。支持工研院先期投入衛星通訊主流頻段之一的Ka頻帶，並進行低軌衛星射頻前端晶片組的研發，計畫期程也規劃與地面設備系統進行整合，與國科會所研發的國內第一顆自主低軌通訊衛星進行實際場域驗證。
工研院在科技專案支持下，已建立Ka頻段發送端與K頻段接收端之陣列天線與射頻前端模組技術，支援傾斜角正30度~90度與方位角0度~360度的射頻天線次系統，可協助國內廠商提升相控陣列天線射頻技術。未來可應用在人口稀疏區域，或是偏遠不易建設網路區域，如山區、沙漠、離島、極地等，降低布網成本；並可應用於臨時性緊急覆蓋備援，如天然災害、軍事衝突等地區；也可應用於移動式載具，如車對車（V2V）互聯與無線通訊。
台灣通訊產業於全球終端產品上下游供應鏈上有舉足輕重的角色，從半導體製程、晶片設計、基板與封裝、關鍵模組、系統產品、認證測試到品牌建立等，都已生根茁壯。射頻前端晶片的競爭力關鍵在於性能與成本，在台灣擁有台積電、聯電、穩懋與宏捷等國際一流晶圓製造廠的產業環境助益下，有極佳條件建立從晶片設計、製造到封裝的低軌射頻前端晶片自主產業鏈。而低軌衛星所帶來，高整合度移動式地面通訊設備新商機，其主動式大型陣列天線需數以千計高單價的射頻前端晶片與波束合成晶片，除帶動國內半導體製程與射頻晶片設計廠商藍海商機外，也將助力國內模組與系統廠於國際低軌地面設備市場之產品競爭力。
未來在低軌衛星星系大量有建帶動生態系漸趨開放下，台灣有相當機會以高性價比射頻前端晶片與前端陣列模組，進軍低軌地面設備國際市場。
（作者許仁源；經濟部產業技術司低軌衛星地面通訊設備射頻前端核心技術開發計畫主持人）
本文同步刊登於2023/12/24經濟日報A11產業追蹤