產業研究:低軌衛星產業淺析

本文分四部分

(一) 低軌衛星產業簡介

(二) 低軌衛星產業成長預估

(三) 產業發展現狀

(四) 結語

本文作為產業研究,不涉及投資建議。

(一) 低軌衛星產業簡介

甚麼是低軌衛星?這些衛星的任務不同，軌道高度（離地面距離）也有所差別。一般來說，衛星軌道高度可分為3種：低軌道（Low-Earth Orbit, LEO）、中軌道（Medium-Earth Orbit, MEO）、同步軌道（Geostationary Orbit， GEO），個別因高度而有不同的應用範圍。例如大眾經常使用的GPS即屬於中軌道衛星(MEO)中的一種。本文的主題將集中在低軌衛星上。

GEO 為配合地球自轉速度，須在距離赤道上方 35,786 公里的軌道上運行，因此可始 終保持在地球上方一個特定位置。也由於距離地球距離較遠，故單顆衛星即可覆蓋較 大範圍之地球表面，因此三顆等距之 GEO 衛星，就可提供幾乎全球範圍的覆蓋。

MEO 為距離地球 2,000-35,786 公里高度運行的衛星，常用於導航，如作為歐洲全 球衛星導航系統（Global Navigation Satellite System, GNSS）的伽利略（Galileo） 衛星，主要在距離地球表面 23,222 公里上的軌道運作。

LEO 則在距離地球表面 約 500-2,000 公里高度的軌道上運作。 而 LEO 因具備 較低的衛星製造成本、且發射至軌道運作的成本也較低等優勢，因此 LEO 逐漸成為 各種不同衛星應用經常使用的衛星類型。

根據美國非營利科學組織憂思科學家聯盟（Union of Concerned Scientists, USC） 之統計，至 2020 年底為止，全球共有 3,372 顆衛星正在運行，其中 GSO 有 562 顆， MEO 有 139 顆，LEO 則有 2,612 顆，LEO 衛星占整體比重超過七成。

應用

根據衛星產業協會（Satellite Industry Association, SIA）指出，衛星可提供之應用服務大致可分為以下數種類型：

(1)遙測與成像（Remote Sensing and Imaging）：

(2)  行動通訊（Mobile Communications）

(3)  寬頻連結（Broadband Connectivity）：

(4)  導航應用：

(5)  廣播（Broadcast）：

(6)  衛星物聯網（Internet of Things, IoT）：

由於衛星相關技術研發與硬體製造需要投入大量時間與資金成本，過去多為以政府為主導的發展模式；但隨著愈來愈多的民間企業投入後，透過向資本市場籌措資金，用 於市場開發、製造硬體等，提供成本透明、低執行成本、加速商用時程等優勢，使衛星產業發展日益活絡，相關應用服務發展亦更多元。

觀察現階段主要的衛星應用類型，根據美國調研機構 Bryce 的統計，2020 年全球發射火箭任務中，有約 79%載運的為通訊衛星。

據《美國衛星產業協會》（SIA）最新報告，2020 年衛星產業營收規模達 2,710 億美元。衛星產業又包含衛星服務、地面設備、衛星製造和發射服務這四項產業子類別。

2020 年衛星服務產值達 1,178 億美元（44%），地面設備約為 1,353 億美元（50%），兩項合計約 94%產值，為衛星產業的主要營收來源。衛星製造、發射服務相較之下產值較低，分別占 5%、2%。

(二) 低軌衛星產業成長預估

關於衛星通信市場的成長率，各家評估差異很大，越偏專業估越低，市調機構次之，估最高的是投資機構。

產業成長率預估總表

摩根史丹利的太空產業成長預估

附註:衛星產業在分類上屬於太空產業的一個子分類,佔比約為70~80%之間

https://www.morganstanley.com/Themes/global-space-economy

(三) 產業發展現狀

衛星通訊產業中,台灣產業比較能夠著墨的是佔比約45~50%間的地面設備。

可區分為(A)蜂巢式行動通訊/衛星電話(B)衛星地面站(VSAT),如機載寬頻,Starlink來討論。

(A) 蜂巢式行動通訊/衛星電話

衛星電話是一直有的應用,但體積較蜂巢式手機大,功能陽春,由於資料流量不高,功能尚且無法跟智慧型手機相比。

在全球 5G 行動通訊的商用發展下，加上低軌衛星的商業應用成本也因為火箭發射成本的大幅降低,可行性也隨著大增,最近因為Elon Musk 在俄烏戰爭中展示了星鏈(Starlink)的通訊能力,在全球引起一波低軌衛星的熱潮，對於未來的新通訊方式平添許多想像空間。

衛星收機與智能手機體積比較(資料來源:Thuraya 舒拉雅衛星電話使用者社團)

(資料來源:國際行動寬頻發展趨勢暨頻譜釋出機制與相關法制研析委託研究期末報告

計畫委託機關：國家通訊傳播委員會 執行單位：財團法人台灣經濟研究院)

ITU 及 3GPP 等標準組織開始進行下一代 行動通訊技術的應用情境、技術規格等研究與制定。4G/5G 時代藉由行動通訊連結 各種設備及裝置的物聯網應用，是目前行動通訊網路關鍵應用場景之一，而下世代行 動通訊應用場景，目標則將提供陸、海、空等三維網路之連結。因此，3GPP 自 Release 15 標準制定時開始，即針對包含為衛星系統的非陸域網路（Non-Terrestrial Network, NTN）如何整合在 5G NR 架構下並進行運用，展開相關研究。 3GPP 於 TR 38.913 名稱為「下世代接取技術情境與需求研究技術」報告中，提出在 公路、偏鄉等地區地面通訊難以到達之區域，可以衛星作為地面網路的延伸；該衛星不僅可提供語音及數據之傳輸，亦可進行 IoT、廣播及其他延遲容忍度較高之服務所 用。也因此，針對衛星網路作為地面網路的延伸，提出三種布建情境，並針對不同布 建情境提出可能使用頻段、頻寬與衛星架構等。

由於衛星系統在太空中運作，因此較地面通訊具備不受地形阻礙之優勢，可以覆蓋地 球表面大部分地區，接收與傳輸大範圍的數據與訊息。全球寬頻上網仍存在服務缺口，2019年仍有49%的人口（37億人）無法上網，即使在已開發國家中，亦有13%的人口沒有網路，顯見地面通訊網路無法滿足所有聯網應用場景，而衛星的應用將能補足地面通訊網路的缺口。

低軌衛星優勢是：可以克服困難地形，只要看得見天空。

劣勢：資料傳輸量難拉高、使用者一增加就要分享頻寬，降低資料流量，接受設備較大、比手機大得多，類似衛星電視的小耳朵。室內無法接收。

(B)  衛星地面站(VSAT),如機載寬頻,Starlink

VSAT，甚小孔徑終端（英語：Very Small Aperture Terminal，VSAT）是指天線口徑為3米以下的小型地球站。常見的VSAT天線口徑為1.2米，由碟型天線、使用者電腦和作介面的室內單元組成。最高下行數據率可達16Mbit/s，與ADSL相若。VSAT終端以地球同步衛星連接其他終端（網狀網路）或一個作為集線器的主地球站（星型網），以傳輸寬頻訊號，提供網際網路存取、VOIP、影像等服務。

VSAT可用以提供寬頻上網的服務。VSAT技術的優點是容易組態，只要在衛星訊號的覆蓋區之內，與衛星保持直視線（Line of sight），就可以在2小時之內建立通訊連線。只需要將碟型天線面向衛星，啟動內建資料機，就可以如光纖或DSL一樣的連線。

衛星通訊不是新鮮事, 如HughesNet之網路服務於美洲市場擁有約150萬用戶；Viasat亦在美國市場擁有約59萬用戶,歐洲也有Eutelsat,OneWeb,加拿大 Telesat, Inmarsat、Orbcomm等衛星業者,然而Space X的Starlink 的創新主要有二, VSAT的小型化及低軌衛星的使用。

傳統衛星通訊使用GEO(高軌靜止衛星)及傳統VSAT,傳輸量低,地面接收設備龐大,Space 使用LEO及小型化的相位陣列天線,使得使用成本及服務品質提升,在產業間形成破壞式創新,現在不僅3GPP要導入LEO,連傳統使用GEO的衛星寬頻公司也改變以往模式加入低軌衛星的發射,如Oneweb, Viasat,Eutelsat更吸引了Amazon,Microsoft, 等公司布建。

由於高軌衛星GEO的使用改為低軌衛星LEO,地面設備VSAT也會隨之而改變。

衛星寬頻服務商

目前主要四大低軌衛星營運商分別是美國Starlink、英國政府與印度電信合作的OneWeb、加拿大Telesat，以及Amazon底下的Project Kuiper。其中就屬Starlink最為積極，現已向國際電信聯盟申請高達1.2萬顆的衛星規模，且於2020年Q3在北美地區提供試商用的服務，目前已向全球15個國家提供服務，其累積用戶數高達10萬戶。

低軌衛星寬頻與傳統寬頻比較

顯然衛星網路不會完全取代光纖網絡，至少不會看到人口稠密的地區完全改由衛星提供高速網路服務，但可以填補傳統電纜不方便建設的空白地帶，如偏遠農村地區、沿海地區、極地，甚至空中和遠洋，對這些地區來說，低軌衛星網路可以說直接「改變生活」。

世上大多數高速網路來自實體線路連接——CABLE、DSL、光纖等，雖然自 1990 年代以來，業者開始將衛星星座發射到低地軌道以提供全球寬頻服務，還是比不上陸地快速擴張的有線設備。

近年來隨著衛星軟硬體技術進步，從太空布置大量衛星以提供網路覆蓋率的想法再一次浮出水面，這次有 SpaceX 打頭陣。星鏈（Starlink）是該公司目前正在開發的少數全球衛星網路計畫之一，透過在不同的軌道高度與傾角部署數千顆衛星，以及推出接收衛星網路的專用天線設備，讓偏遠農村地區用戶連接上網路。目前 SpaceX 的星鏈最接近投入市場，在第一階段計畫的 4,408 顆衛星中，目前已逾三分之一發射升空，而團隊模擬表明，該公司請求降低部分衛星軌道高度後，確實增加了整體流通量。

就以美國寬頻網際網路服務市場定價來進行對比分析。衛星網際網路的競爭者包括光纖、DSL(數字使用者線路)、光纜。

與地面寬頻運營商比,與衛星寬頻運營商比, Starlink公佈的資費標準並不具有更大的比較優勢。

目前比較大的衛星通信公司：馬斯克的Starlink,雅馬遜等用的都是封閉技術規範。

各家不相通，這種情況未來可能會有技術規格大戰。

不過，目前LEO 系統並無國際統一標準，各國際領導業者所開發之衛星系統獨立且不互通，採購亦各具規格，臺灣業者對核心衛星通訊重要技術布局不足，技術開發恐受限於國外廠商。

低軌衛星通信，結構上需要三種東西：陣列天線、電源供應器，WiFi路由器。

這台WiFi路由器就是普通的Wifi路由器。一般Wifi路由器亦可享有LEO產業帶來的增長,只是相較於Wifi路由器2020年全球29億台出貨量的體量而言,影響並不大。

(四) 結語 

由於LEO帶來的衛星寬頻擷取的資費及流量增益無法對既有的固接式寬頻帶來衝擊,預估只對舊有的衛星寬頻市場帶來改變, 可以觀察對寬頻接取困難的地形,如海運衛星寬頻,機載寬頻市場的推進情況。

預計對兩個市場將產生影響:

衛星電視廣播:減少衛星電視觀看人數。

衛星寬頻服務:衝擊衛星寬頻供應商迫使設備變革,增加競爭,有可能帶來者該產業服務的使用人數提升。

衛星寬頻服務:從舊有的GEO改變成LEO衛星生產會產生較大影響,雖然會連帶著增加WiFi產品,但其增量對於原本29億的年出貨量不是很大的影響因子, 原本生產VSAT的供應商如果能夠在變革過程中順利過渡到相位陣列天線的生產就能補救否則或將遭受衝擊。

衛星電視廣播:舊有衛星電視元件供應商如LNB,衛星電視機頂盒也應觀察是否受到寬頻連接速率提升而改變收視管道從舊有衛星電視改為網際網路長短視頻提供者如Youtube, Tiktok 等,連帶打擊衛星電視廣播市場。

有個比較特殊的情況是產業協會對低軌衛星前景看法持平, 但投資機構的預期很熱情, 但卻對成長語焉不詳, 有興趣投資者於機會與風險宜詳加考察。

台灣公司的機會與衝擊

現在衛星應用主要分為兩類，

第一類是衛星電視，國內廠商主要生產低雜訊降頻器（LNB）。

第二類是行動上網、電話通訊，國內生產小型地面衛星接收站（VSAT）。

目前Starlink 應該是能見度最高的低軌衛星通信供應商。

Starlink的低軌衛星通信，結構上需要三種東西：陣列天線、電源供應器，WiFi路由器。

這台WiFi路由器就是普通的Wifi路由器，只是Starlink跟台灣的啓碁採購，採購量是200萬台/年。

意思就是：能吃到Starlink的供應商就是原來WiFi路由器供應商。

Starlink 主要做的事就是把VSAT設備縮小化, 變成方便使用, 如此將會對原有的硬體供應鏈造成改變。如此也將帶動低軌衛星寬頻服務商升級設備與服務, 台灣相關設備生產商將部份受惠,部分受害於供應鏈的變動。

參考資料:

1.     B5G的現在與未來110-09-25鐳洋科技 技術長 周瑞宏

2.     衛星應用 報你知 Tron Future Tech 2022 年 1 月 10 日

3.     低軌衛星夯，MIC：2021年全球衛星發射數量突破1千顆，蘇文彬 2022-06-17

4.   維基百科-銥衛星

5.     20多年前就推「銥星計畫」摩托羅拉「生不逢時」慘踢鐵板2020/07/14

6.     老園丁耕讀筆記／從銥計畫談企業管理2020/10/07 00:27:27經濟日報 朱永光

7.     低轨通信卫星： 开启 6G 通信时代，带动千亿规模市场

8.     科技新報:台灣太空產業「地面商機」高達 81 億，這些低軌衛星概念股受注目作者 林 妤柔2021年09月13 日

9.     報新聞:低軌衛星時代來臨 衛星展後台廠展露鋒芒 /2022.05.26 07:53

10.鉅亨網:低軌衛星商機旺 明年全球產值達3083億美元鉅亨網記者魏志豪2022年6月13日

11.數位時代:史上最大低軌衛星競賽開跑，台灣能搶下太空商機嗎？吳元熙2021.06.10

12.【低軌衛星大商機4】低軌衛星升空台廠供應鏈起飛尚清林2021/05/12

13.  國際行動寬頻發展趨勢暨頻譜釋出機制與相關法制研析委託研究期末報告

   計畫委託機關：國家通訊傳播委員會 執行單位：財團法人台灣經濟研究院 中華民國 110

   年 12 月

14.  低軌衛星發展十年磨一劍！3大關鍵因素帶動商轉起飛，台灣機會在哪裡？盧佳柔 

   2021.09.30

15.  Starlink公佈資費標準，衛星網際網路的競爭力有幾成？ SpaceJournal|Starlink資費標準

   競爭力分析Space Journal 2020-10-29

 16.【34th MIC FORUM Fall】，曾巧靈簡報資料2021/9/28

 17. 國際低軌衛星通訊市場展望吳碧娥╱北美智權報　編輯部

 18. 麻省理工學院團隊模型運算，四大低軌通訊衛星計畫流通量比一比作者 Emma stein 2021

    年06 月25 日

 19.財報狗太空衛星科技產業鏈簡介