2022.02.05 | 程倚華
近年來，5G通訊及應用逐漸普及，儘管6G規範還未確定，但是業界普遍認為，低軌道衛星（Low-Earth Orbit，LEO）技術將會是推動6G發展的關鍵助力。
SpaceX執行長伊隆．馬斯克（Elon Musk）主導的星鏈計畫（Starlink），繼2019年初次發射60顆低軌道衛星以來，截至2022年1月6日，共約1,900顆低軌道衛星升空。
聯合國外太空事務辦公室（UNOOSA）數據顯示，截至2022年1月，註冊且運行中的人造衛星有1萬1,070個，其中離地約2萬公里內的中軌道（Medium-Earth Orbit，MEO）衛星及低軌道衛星合計占近7成（7,451個）。
國家太空中心主任吳宗信指出，只需2,000多顆低軌道衛星，就能做到全球通訊，而衛星數愈多，通訊速度也愈快。
依照目前國際眾廠商的進度，吳宗信推測，「4年後天空中就會有1萬多顆（低軌道衛星），如果加把勁，2年就可以做到了。」顧問公司麥肯錫（McKinsey）則估計，到了2030年，這個數字將成長到5萬顆。
當天空中除了自然界的星辰之外，不但將會有更多人類加諸的「點點繁星」，人類對於月球、火星，乃至於其他星球的探索還將更深更遠。未來從地球到外太空，人類的足跡將無限延伸。
來源：數位時代製作
低軌道衛星的優勢在於傳輸延遲較少、過程中耗損也較少，光是2020年，低軌道衛星就占整體衛星發射數量98％。
【2025太空科技微趨勢】
低軌衛星結合毫米波，開啟6G大門
高度2000公里內的低軌道衛星（下圖），主要應用在衛星網路傳輸、觀測地表影像。相對於中軌道衛星（MEO，高度在8000到1萬2000公里）和同步軌道衛星（GEO，高度約3萬5000公里），低軌衛星的建置成本最低，傳輸延遲時間也最短。業界普遍認為，未來6G時代將融合多種通訊技術，其中低軌道衛星不可或缺。
來源：NASA
低軌衛星的建置成本最低，傳輸延遲時間也最短，在發展5G的過程中，低軌衛星的重要性極高。
由於偏遠地區地面難以建置通訊網路設備，若搭配低軌衛星收發訊號，就可以彌補地面部署不足的問題，通訊涵蓋範圍也能更廣。
但國家太空中心主任吳宗信認為，不要對低軌衛星提升手機通訊品質的潛能抱持過高期待，畢竟手機功率較小，難以接收到數百公里外的衛星訊號，即便可以也相當耗電。或許未來將「接收低軌道衛星通訊訊號」的功能建置在基地台中，「延遲稍微長一點，但通訊模式會更立體可行。」
2.架構縮小、大學生也能做！立方衛星促太空平民化
在追求低軌道衛星數量的同時，業者也積極壓低衛星的發射成本，立方衛星（下圖）便是選項之一。
來源：NASA
立方衛星除了小巧輕便的優點外，重點是很便宜，只要學習技術，連大學生都可以做。
立方衛星由10立方公分的單位倍數組成，每單位重量不超過1.33公斤，讓載運火箭一次發射能帶更多衛星上太空。比起又大、又貴、又重的傳統衛星，吳宗信指出，「立方衛星架構跟大顆的（傳統衛星）差不多，但很便宜，新台幣1000萬元以下就可以有一台，馬上能量產。」
最重要的是，輕薄短小而技術門檻低，「大學生也可以做。」讓更多的學術單位、小型企業都可以加入，吸引更多創新及製造能力並帶動太空產業大爆發。
3.氣象、轉播不能沒它，同步軌道衛星無可取代
雖然低軌道衛星是帶動整體太空產業的發展主力，但中軌道、同步軌道衛星還是有其重要性。以距離地面約3萬5000公里的同步軌道衛星為例，儘管建置成本最高、延遲時間最長，但因為它是固定於相對於地面的同一位置，可以持續觀測地球的同個範圍，像是訊號不能中斷的電視轉播、需要連續觀察的氣象雲圖（下圖），就必須用到同步衛星。
來源：中央氣象局
播報天氣情況所需的衛星雲圖，靠的就是同步軌道衛星。
4.如飛機般能重複使用，可回收火箭大減99％成本
火箭造價高昂，是太空商業化的痛點。聯合發射聯盟公司（ULA）曾稱，火箭至少需重複使用10次才能實現更高的經濟效益。SpaceX執行長伊隆．馬斯克（Elon Musk）也認為，若火箭能做到像飛機一般重複使用，成本就能降低到現行的1％。
2021年5月SpaceX星鏈（Starlink）V1.0 L27任務，獵鷹9號Block 5火箭（下圖）B1051達成「起飛並回收」重複10次的全球空前紀錄。
來源：SpaceX
SpaceX星鏈的獵鷹9號Block 5火箭B1051達成「起飛並回收」重複10次的全球空前紀錄。
5.巨量太空垃圾漂浮宇宙，危及太空安全
美國太空總署（NASA）2021年6月指出，國防部已追蹤到約2.7萬片太空垃圾，以每小時2.8公里的速度在軌道中運行，主要來自廢棄的衛星與火箭殘骸的太空垃圾，不但威脅太空站與太空人的安全，一旦擊落衛星，也會影響地球通訊、天氣預測。
歐洲太空營運中心（ESA）預測，人類若不節制，2100年太空垃圾數量將達現今50倍。國家太空中心主任吳宗信說，儘管用於處理太空垃圾的技術（如使用磁力、機械手臂、雷射等方式）正在發展中，但究竟是誰該負責處理，依然沒有定論。目前，低軌道衛星壽命約5年，國際相關規範要求衛星保留適度燃料，在壽終墜落時自燃燒毀、保護地球。
來源：Space Track 2020 Jan/數位時代整理
6.太空採礦不是夢，外星球掏金時代來臨
許多近地小行星蘊藏大量鐵、鎳和鈷等金屬礦產，科學家、企業家紛紛將目光望相外太空，未來將進入太空掏金時代。
美國太空總署（NASA）將在今年發射探測器到太陽系最大金屬小行星「靈神星」（16 Psyche），預計2026年抵達並探測採礦的可能性。市場研究公司MordorIntelligence估計，2020～2038年太空採礦市場的年複合成長率將超過20％。
來源：NASA
太空採礦也是未來極有可能成長的市場之一。
7.把月球當前進基地，人類繼續探索深太空
在人類積極開發靠近地球的低軌道衛星的同時，想遠征月球、火星等「深太空」的企圖心和好奇心也沒有停止過。國家太空中心主任吳宗信指出，月球是可以建置人類往外發展的「前進基地」，火星則是3～6個月就能抵達的星球，「是人類有生之年可以去、又可以回來的地方。」為深太空發展的重要方向。
8.高速穿梭航向未知，核動力火箭顛覆太空行
當月球、火星這樣的「深太空」成為航行目標，太空船勢必得增加續航力。美國太空總署（NASA）正積極將火箭推進器使用的化石燃料，轉向效率更高的濃縮鈾，設計打造「核動力太空梭」（下圖），期待突破太空任務的距離限制，也可以人為主動操控、增加遠程太空任務的彈性。
來源：NASA
為了提高太空梭的續航力，美國太空總署（NASA）設計打造「核動力太空梭」，使用效率更高的濃縮鈾作為推進器的燃料。
9.重型火箭系統，人類探索外星大助手
為了探索深太空，必須開發燃料充足、載運更多設備的重型火箭。像是NASA為了建置長期科研基地，預計2024年再次登月的阿提米絲計畫（Artemis program），將使用新一代、目前最強大的太空發射系統（SLS，下圖），光是火箭本體投入的成本就破百億美元。
SpaceX也為了前進火星，積極開發新一代超重型火箭星艦（Starship），計畫在2030年讓星艦登陸火星。
來源：NASA
NASA正致力開發新一代、目前最強大的太空發射系統（SLS），光是火箭本體投入的成本就破百億美元。
10.凝視深淵的太空望遠鏡，揭開古老宇宙奧祕
太空望遠鏡是指在外太空用於觀測天體的望遠鏡，隨著技術進步，探測範圍也愈來愈廣。2021年底升空的韋伯太空望遠鏡（JWST，下圖），是有史以來最大的太空望遠鏡，預期在2022年夏天就可以收到回傳影像。
來源：NASA
韋伯太空望遠鏡於2021年底升空，預計2022年夏天可以收到回傳影像。
透過紅外線，它可以觀測更遠的太空、黑洞，預期能藉此了解宇宙大爆炸後不到1億年的資訊。在未來至少10年的服役期間，透過太空望遠鏡能為宇宙誕生之謎揭祕。
11.太空探測車，替外星探險打先鋒
人類對於太空的探索意圖始終強烈，然而，在人類登陸外星前，還需太空探測車打先鋒。如2021年美國太空總署的太空探測車毅力號（Perseverance，下圖）成功登陸火星，車上設有23個鏡頭，每天從火星傳回地面許多影像與數據，讓科學家分析、超前部署。
來源：NASA
太空探測車毅力號於2021年成功登陸火星。
12.太陽能電廠上太空，發射能量傳回地球
太陽能的開發，最早其實是為了因應太空衛星所需，因為至今太空中仍找不到其他的能源來源。不過，當全球對於乾淨能源的需求日益殷切，這些太空中的能源便引起注意。2021年初，美國國防部開發了新的光電射頻模組，可以將從太空上搜集到的太陽能，傳送回地球表面使用。
13.骨灰隨火箭升空，「宇宙葬」死後化為繁星
隨著火箭成本變低，「太空葬」成為人們告別世界的選擇之一。早在2018年，SpaceX就將100人的骨灰以立方衛星形式，發射到離地500公里的軌道，預計在繞行地球4年後墜毀。
太空葬公司Celestis為了讓更多人負擔得起太空葬，僅將1～7克部分骨灰放到口紅大小的容器中。
來源：Celestis Memorial Spaceflights
隨著太空科技日益發達，「太空葬」也成為了人們安葬骨灰的方式之一。
責任編輯：吳佩臻、林美欣
文章來源：數位時代
