把手機發射到太空!台灣太空科技「彎道超車」的機會來了
專題故事

就像電腦的發展從教室大小,進階到桌機筆電再到手機與智慧眼鏡的輕薄短小演進歷程,衛星演進也有異曲同工之妙。重量約為1至10公斤的立方衛星與動輒1,000公斤以上的大衛星相比體積小、重量輕,更重要是設計和製造的成本都低,搭配上逐漸降低的發射成本,容許設計製造者從失敗中學習,不至於因為單一一次發射失敗就全軍覆沒。

1 鴿子衛星天上飛,台灣太空科技「彎道超車」的機會來了!

Flickr CC from Jannes Pockele
立方衛星的興起更多對於太空產業有興趣的研究者能接觸到太空產業,對於太空科技薄弱的國家,也能一圓「衛星夢」,也讓衛星科技跳脫國家層級到企業領域,開啟衛星商業化時代,更甚者「個人衛星時代」。

我們整天不離身的手機,還可以當作平價衛星發射到太空?

這不是幻想。2013年美國航太總署(NASA)工程師Will Marshall與Chris Boshuize認為手機能擔當大任,改造三支Google手機後,讓它們在太空中環繞地球拍攝照片,雖然影像拍攝品質慘不忍睹,但總成本才3,500美元。

從手機到鴿子天上飛,一次發射近百枚

在這個創新嘗試之後,他們成立了一家Planet Labs,以「立方」衛星拍攝的遙測影像為主要業務。到了2018年9月,他們成立的公司已經發發射了298顆衛星,其中150顆衛星仍然運行中,而這些衛星也有個可愛名字:鴿子。因為這些衛星的體積與型態,猶如鴿般。

各種大小等級衛星比較,而Planet Labs的衛星僅有30公分,可以直接拿在手上。
Digitalglobe

太空產業中,用重量分類,大於1,000公斤的稱為大衛星,而10公斤至1公斤的稱為奈米衛星(Nano-satellite),1至0.1公斤的稱為皮米衛星(Pico-satellite)。立方衛星的重歸類在奈米衛星。

站穩低階立足點,Planet Labs影像大受歡迎、Google放棄PK

台灣獨家代理Planet Labs商用影像的瑞竣科技副總經理張志誠指出,「立方衛星影響解析度遠不如重量較重的中大型衛星(以鴿子衛星為例,解析度約為4公尺),但造價低廉,發射次數多,一次發射的衛星數量也多(以2017年Planet Labs委託印度PSLV運載火箭,一次就發射了88個衛星),因此影像拍攝頻率大為提高,頻率一高就更容易記錄到地球數據的『變遷』。」

張志誠以拍攝一張台灣全景圖為例,若依賴中大型衛星衛星影,過去需要等待三個月以上,才有拍到一張無雲的清晰衛星照片,但透過Planet Labs時程縮短到每天。

2017年,Planet Labs從Google手裡收購了衛星公司Skybox。消息振奮背後投資人,因為過去,投資太空公司很難有成功出場機會。不僅Google涉足,放眼Facebook與Amazon也全都有相關業務,2016年SpaceX的獵鷹九號火箭乘載著Facebook的立方衛星,可惜在上空爆炸沒有發射成功。

功能簡單,但造價僅百萬元,連一般企業也能負擔

以今年將要發射的福衛七號為例,造價就達30億元台幣,但以玉山一號立方衛星為例,研發經費在500萬台幣以內(不含衛星發射費用)兩者價格相差600倍以上。當然兩者衛星屬於不同等級,不能相提並論,但立方衛星的價格讓一般企業也能負擔。

今年即將升空的福衛七號!
數位時代翁書婷攝影

《哈佛商業評論》在〈什麼是破壞式創新〉一文中,指出「破壞式創新」能有發展機會,是因為從既有業者忽略的「低階立足點」(lowend foothold)起步,既有業者通常不斷為最有賺頭、也最挑剔的顧客,提供更完善的產品與服務,而不在乎較不要求的顧客。

Planet Labs等公司的興起,就滿足了「低階立足點」。

台灣在立方衛星的進展為何?

台灣第一枚成功發射與運作的立方衛星「鳳凰」來自於航太人才濟濟的成大。成大電機系莊智清教授與航太系苗君易教授,花了4年設計2公斤等級的立方衞星,並且在2016成功發射運行。

2017年太空中心預計以四年四千萬的經費,促進國內產學研究投入國產立方衛星研製,期待今年能成功發射一枚立方衛星,最後有中央大學、虎尾科技大學飛機系與騰暉電信科技公司、雷斯康公司和海洋大學三組團隊得標。

玉山一號立方衛星,尺寸為10 x 10 x 15公分,重量在2.0 公斤內,是AIS全球船舶定位與APRS陸地交通追蹤的雙效合一系統。
玉山一號

騰暉電信公司創辦人戴騰瀠指出,「團隊8人耗時兩年,衛星本身造價約100萬元台幣,團隊經費約為445萬元(不含發射費用)比起中大型衛星數十億元起跳的經費便宜許多。」團隊打造的是1.5U的立方衛星,尺寸為10 x 10 x 15公分,重量在2.0公斤內,是AIS全球船舶定位與APRS陸地交通追蹤的雙效合一系統。」

屬於我們的鴿子衛星

立方衛星的興起,也為台灣太空產業鏈開啟一扇窗。

台灣與歐、美、亞洲大國相比在太空領域是屬於後進國家,太空中心主任林俊良指出,「的確,台灣和中美等大國比較投資經費落差巨大,資源相當相當稀少,但台灣可以結合電子零組件與精密機械等兩大強項發展自己的特色,不比拚大衛星而比拚強調輕薄短小的微型衛星,其中立方衛星(CubeSat)就是台灣值得發展。」

立方衛星的興起更多對於太空產業有興趣的研究者能接觸到太空產業,對於太空科技薄弱的國家,也能一圓「衛星夢」,也讓衛星科技跳脫國家層級到企業領域,開啟衛星商業化時代,更甚者「個人衛星時代」。

每日精選科技圈重要消息

2 全聯、屈臣氏都找上門!地理空間分析商瑞竣,如何從衛星資料挖到大商機?

數位時代蔡仁譯攝影
台灣中和的瑞竣科技,掌握商用衛星資料商業化大商機,他們不僅是全球最高解析度的商用衛星digitalglobe影像台灣獨家代理也是最知名的商用立方衛星Planet Labs影像的台灣獨家代理商,讓「鐵皮屋」現形,全聯與屈臣氏找上門。

過去商用衛星資料主要由政府投資,企業可以免費或是極低的價格取得,但這情況可能即將改變。隨著衛星發射變得容易,成本降低、風險變小,商用衛星資料的時代也將來臨。

在台灣中和的瑞竣科技,就手握著這個商用衛星資料商業化大商機,他們不僅是高解析度商用衛星digitalglobe商用影像台灣獨家代理也是最知名的立方衛星Planet Labs商用影像台灣獨家代理商。

優勢:只有他們同時掌控衛星影像與空間地標地圖

雖然台灣還有多家地理空間資訊公司,但瑞竣卻是全台唯一能同時掌握電子地圖與商用衛星遙測影像的公司,也是Google Maps企業合作夥伴。

「我們代理商用衛星遙測影像已經十幾年,累積深厚的影像處理分析功力。」瑞竣科技副總經理張志誠指出。一進到瑞竣辦公室,會被活潑有朝氣的「新創」氛圍吸引,但瑞竣已經是有20多年經歷的老公司了。瑞竣的前身是地理空間資訊公司銳俤科技GIS事業部,是由前行政院地理資訊顧問孫芳國創辦於1992年成立,而瑞竣在2010年時從公司獨立出來。

鐵皮屋偵測_影像原圖:要如何快速清楚地知曉城市的鐵皮屋分佈?可以從衛星影像一探究竟。
瑞竣科技
道路綠化指數,局部放大影像:道路樹木等植物綠美化比例,也可以從衛星影像分析中得知。
瑞竣科技

瑞竣代理的遙測影像,不僅用在國土資訊而已,用途廣泛超乎想像。「瑞竣所代理的衛星影像,在衛星本身除了四個一般波段,還有特殊波段,從山林濫墾與水庫,甚至細緻如城市中的鐵皮屋與道路綠化狀態都能分析。」瑞竣科技空間產品事業部副理連婉如指出。

「DigitalGlobe與Planet Labs之所以選擇瑞竣為經銷商,除了因為瑞竣具備影像處理與分析能力外,目前有些國家的遙測分析能力尚未成熟,也會請瑞竣協助這些國家的影像加值分析。」瑞竣科技副總經理張志誠強調。

商業分析:全聯與屈臣氏等展店系統

另外,商業分析也是瑞竣非常看重的領域。在20多年來瑞竣搜集了超商、學校、捷運、百貨商圈、公園、加油站、電塔等80萬個大量重要「地標」、路網與街廓影像等電子地圖,因此讓全聯與屈臣氏找上門,獨家做「展店分析」系統。

此外,也利用電用量與家戶數等數據幫台北富邦、永豐、台銀、第一與玉山等業者打造「不動產鑑價分析管理」系統。

立方衛星盛行,對於瑞竣帶來哪些重大改變?

雖然的DigitalGlobe公司影像解析度可達30公分,是目前市面上解析度最高的商業光學衛星。但因為DigitalGlobe 最高解析度(30公分)的衛星全球目前僅剩一顆,拍攝頻率低,「台灣又位於熱門高價的遙測影像區位,企業還會發生有錢卻搶不到影像可用的窘境。就算喬定拍攝時間,若當時上空有雲層,照片價值也大減。以拍攝一張台灣全景圖來說,平均而言,要等待兩至三個月以上,才能有一張不錯的照片。」張志誠指出。

張志誠強調。立方衛星價值剛好和中大型衛星互補,立方衛星數量多,Planet Labs來說一次發射近百顆數量多,目前天空上已經有140顆運行中,成為一個衛星系,單顆衛星解析度雖然較低(Planet Labs為四公尺),但拍攝頻率高,每天都有拍攝機會,拍出來的照片多,就不用擔心拍攝時機被厚厚雲層耽誤,對於土地濫墾與天災地貌探勘等地理資訊「變遷」掌控力高。

舉例來說,透過Planet Labs的監測資料庫,讓嘉義政府頭痛的阿里山公路的違法濫墾能有更有效的管理方法。「山坡地常因為無法即時監控,等發現時坡地已滿目瘡痍,但高頻率的拍攝,可以即時罪證確鑿讓兇手無法辯駁。」瑞竣科技空間圖資事業部處長張宗琴說。

利用高頻率的衛星影像,可以更快速的監督地貌的變遷。如2018年2月至3月間嘉義竹崎山的土地墾伐情況。
瑞竣科技

對太空科技無感?那是因為我們忽略了遙測數據的重要性,這些遙測影像就是最珍貴的商用分析,與我們的生活息息相關。

瑞竣小檔案

成立時間:2010年
董事長: 陳玥彤
總經理:陳玥彤
主要業務:以地理資訊系統為核心的資訊公司,為Google企業合作夥伴,推廣空間資訊的加值應用。

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3 台廠機會來了!馬斯克SpaceX要鋪1.2萬個衛星,業界點名台揚與芳興有實力

截自Space X官網
Space X現正在全球招兵買馬找尋適合的供應廠商,鋪建Starlink低軌衛星計畫,由於台廠從衛星電腦到太陽能電池都有握有技術,正給予好機會。

SpaceX現正在全球招兵買馬找尋適合的供應廠商,鋪建Starlink低軌衛星計畫的供應鏈,這正是台廠好機會。

商機破兆!SpaceX招兵買馬找供應商

和SpaceX的獵鷹火箭回收與火星殖民大夢比較下,全球高速網路覆蓋計畫Starlink受到的關注度低,不過,近日SpaceX創辦人Elon Musk為了Starlink計畫裁員減少支出,加上美國FCC正式核准SpaceX申請的11943顆低軌衛星,讓外界重拾對Starlink的好奇。

業內人士指出,「SpaceX現正在全球招兵買馬,鋪建Starlink供應鏈,而這是台廠發展太空產業,接下衛星訂單的好機會。」

「估計這些衛星約為200公斤左右,若以大量量產價格5,000萬元到一億元台幣造價來看,其中的商機就高達5,971億元至1.19兆元台幣,相當可觀。」該人士評估。

除了天上的衛星之外,地面接收站數量更是數百萬計,這些地面站造價遠低於衛星,一座約為5,000元台幣,但百萬級的數量將創造50億元商機,也相當可觀。除了SpaceX, 也還有Kepler、Leosat和Telesat等衛星發射計畫,商機龐大。

業界看好台揚與芳興

這麼多台廠中,業界看好哪些廠商呢?

台廠實力不錯,從衛星電腦到太陽能電池等都有握有技術,其中。從1998年福衛一號 福衛二號、福衛三號與福衛五號都供應天線的供應商芳興與以寬頻衛星設備(VSAT)聞名的衛星通訊廠台揚科技實力堅強。

造價便宜是台製零組件的優勢之一,「台產衛星關鍵零組件,平均比外國產製價格便宜三分之ㄧ到十分之一。」太空中心主任林俊良指出。

不過,台廠雖有價格優勢,還是要面臨來自於韓國的競爭,韓國在衛星發展比台灣優異,台廠搶到地面站商機機會較大。

台灣太空產業要落地扎根,打入國際市場勢在必行

台灣本身太空產業市場過小,而政府的太空預算也相當稀少,台廠若僅靠台灣訂單,利潤微薄,太空產業難以發展。「過去廠商多靠使命感與與熱誠支撐。」太空中心某計畫主持人就透露。

根據科技部《2015年國際太空產業趨勢與我國因應策略報告》,2014年各國在民用太空計畫領域經費來看,台灣的0.51億美元經費,全球排名第36位,在亞洲還落後給伊朗、卡達、阿拉伯聯合大公國與印尼。

而台灣最重要的研發機構太空中心,2017年補助的預算也僅有3,000萬美元,和韓國的5.83億美元與日本的16億美元差異巨大。

台灣太空發展至今,除衛星發射仍仰賴其他國家外,包過衛星電腦在內的關鍵零組件,台灣都有掌握核心技術。

但過去每2年至5年發射一枚衛星的頻率,量體小,廠商有技術卻沒有舞台,「巧婦難為無米之炊」;今年開始執行的太空第三期計畫,預計每年都會有一枚衛星升空,雖總量上升,還是很難支撐產業鏈。也因此台灣太空產業要落地扎根,打入國際市場勢在必行。

另外,從時機上來看,現在正逢其時,太空產業受政治力影響深,尖端技術研發受限,不過隨著美國《台灣旅行法》生效,包括光纖陀螺儀在內許多的關鍵組件和材料管制禁令都有機會可望鬆綁。

2020年獵風者衛星也將載台製零組件升空

而且台灣已有自製太空規格零組件的經驗,如2017年成功升空的福衛五號就是台灣第一顆由設計、製造、組裝與測試完全自主研製的光學遙測衛星。

福衛五號中由漢翔產製衛星與酬載結構體、中科院研發電力控制與分配單元與衛星電腦、芳興(原勝利)研發的微波通信S頻段天線與X頻段天線場型分析等以及微像CMOS聚焦面組合等,寫下台灣太空產業重要里程碑。

除了福衛五號,預計2020年升空、也強調台灣自主研發的氣象衛星「獵風者衛星」也將讓台灣廠商在台灣太空產業史中寫下新的一頁。

林俊良指出,「獵風者衛星中的光纖陀螺儀、H2O2推進器 、GPS接收器與衛星電腦等四大類零組件全由台灣自製,這些零組件若能通過太空嚴苛條件(舉例來說,電路設計上就要能通過高達200至300度的溫差以及太空粒子撞擊考驗),就是國際認證,將有助於台廠打入國際市場。」

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延伸閱讀

4 台灣砸251億推「太空產業」,每年發射一顆衛星、生產關鍵零組件

太空中心
台灣順利把「福衛五號」送到太空後,「福衛七號」也將升空。未來10年台灣每年將發射1顆衛星,要讓台灣有「太空產業」。

行政院蘇貞昌簽署第三期的「太空科技長程發展計畫」,這項計畫由科技部國家實驗研究院國家太空中心執行,自2019年起至2028年共10年,預計投入新台幣251億元。

一年發射一枚衛星的頻率布建台灣衛星系統

未來10年台灣每年將發射1顆衛星(包括6枚先導型高解析度光學遙測衛星、2枚超高解析度智能遙測衛星、2枚合成孔徑雷達衛星)。

此外今年也將發射的福衛七號,2020年將發射的氣象衛星「獵風者衛星」。

第三期的「太空科技長程發展計畫」,未來10年台灣每年發射1顆衛星。
太空中心

福衛七號已準備好,靜待美方通知升空時間

2017年8月台灣順利把「福衛五號」送到太空後,接續五號任務的「福衛七號」也將在今年升空。

不過升空時間還無法確定。國家太空中心表示,所有的準備程序都已經完成,等候美方通知,福衛七號由SpaceX 公司最新型的獵鷹重型運載火箭發射。

太空中心

第三期計畫除了氣象、防災救災以及科學研究外,還有一個更重要的任務,就是透過和台廠共同研發關鍵零組件,讓台廠原本研發的商用零組件,能在十年內扶植台灣的「太空產業」。

策略:鎖定關鍵零組件,用商用元件取代太空規格元件

台灣過去的衛星發射計畫中,主要由國外技術主導。台灣從全部採用外國技術,到部分零組件開始自主設計,在第三期計畫中,台灣自行研發的關鍵零組件占比將提高。

頻繁地發射衛星是吸引廠商投資關鍵零組件重要因素。

福爾摩沙一號、二號、三號與五號為例,發射間隔2年至11年不等,量體少,讓合作的台廠不願設廠房開產線,做量產生意,無法帶動產業發展,也難推動台灣太空技術「產業化」。第三期計畫中,每年都發射一枚衛星,增加數量提高廠商投資意願。

「藉由一年一顆發射,從錯誤中學習調整,逐漸掌握衛星關鍵零組件,」陳良基指出。其中掌握恆星追蹤儀(Star Tracker)與陀螺儀等國外出口管制衛星關鍵零組件是重要目標。「高精準CMOS感測器或X頻段發射器(X-band transmitter)是管制出口項目,因此有錢也買不到,所以這部分就自己做。」陳良基補充。

掌握自主關鍵零組件之後,研發成本將可以大幅度降低,「在帶動產業發展的部分,以採用車載與軍規等商用元件取代太空規格元件,發展通用型衛星本體平台,以降低研製經費。」國家實驗研究院太空中心主任林俊良說。

立方衛星(CubeSat)等商用衛星商機大,台灣有機會

林俊良指出,「的確,台灣和中美等大國比較投資經費落差巨大,資源相當相當稀少,但台灣可以結合電子零組件與精密機械等兩大強項發展自己的特色,不比拚大衛星而比拚強調輕薄短小的微型衛星,其中立方衛星(CubeSat)就是台灣值得發展。」

就像電腦的發展從教室大小,進階到桌機筆電再到手機與智慧眼鏡的輕薄短小演進歷程,衛星演進也有異曲同工之妙。重量約為1至10公斤的立方衛星與動輒1,000公斤以上的大衛星相比體積小、重量輕,更重要是設計和製造的成本都低,搭配上逐漸降低的發射成本,容許設計製造者從失敗中學習,不至於因為單一一次發射失敗就全軍覆沒。

也因此立方衛星讓越南、厄瓜多爾與秘魯等許多太空技術落後,經費不足的國家成功發射國家第一枚衛星。近日當紅的Virgin Orbit與Vector等小型火箭新創公司,都也因爲看好未來立方衛星的商機設立。

太空中心員額有限,有足夠人才支撐?

十幾枚衛星的發射,讓太空計畫任務繁重程度倍增。不過太空中心的人員並沒有第三期計畫衛星發射頻率大幅度增加而擴增,目前仍維持原有200名編制,員額有限,第三期計畫開始實行後,員工工作份量倍增,但薪水並沒有隨之提升,人才斷層的問題不可忽視,否則將若入空有計畫和經費卻沒有足夠的人才支撐的窘境。

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251億
行政院簽署第三期「太空科技長程發展計畫」,這項計畫由科技部國家實驗研究院國家太空中心執行,自2019年起至2028年共10年,預計投入新台幣251億元。