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【2025科技微趋势】低轨卫星、宇宙旅行、去外星球採矿！太空科技将有哪些新突破？

维珍集团创办人布兰森、亚马逊创办人贝佐斯与前泽友作都陆续完成他们的太空之旅，似乎宣告太空旅行离人们越来越近。究竟太空科技有哪些新突破？又有何趋势？程倚华2022.02.05|半导体与电子产业









近年来，5G通讯及应用逐渐普及，儘管6G规範还未确定，但是业界普遍认为，低轨道卫星（Low-Earth Orbit，LEO）技术将会是推动6G发展的关键助力。

SpaceX执行长伊隆．马斯克（Elon Musk）主导的星链计画（Starlink），赍2019年初次发射60颗低轨道卫星以来，截至2022年1月6日，共约1,900颗低轨道卫星升空。

联合国外太空事务办公室（UNOOSA）数据显示，截至2022年1月，註册且运行中的人造卫星有1万1,070个，其中离地约2万公里内的中轨道（Medium-Earth Orbit，MEO）卫星及低轨道卫星合计占近7成（7,451个）。



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国家太空中心主任吴宗信指出，只需2,000多颗低轨道卫星，就能做到全球通讯，而卫星数愈多，通讯速度也愈快。

依照目前国际众厂商的进度，吴宗信推测，「4年後天空中就会有1万多颗（低轨道卫星），如果加把劲，2年就可以做到了。」顾问公司麦肯锡（McKinsey）则估计，到了2030年，这个数字将成长到5万颗。

当天空中除了自然界的星辰之外，不但将会有更多人类加诸的「点点繁星」，人类对於月球、火星，乃至於其他星球的探索还将更深更远。未来从地球到外太空，人类的足迹将无限延伸。



低轨道卫星的优势在於传输延迟较少、过程中耗损也较少，光是2020年，低轨道卫星就占整体卫星发射数量98％。图／ 数位时代制作

【2025太空科技微趋势】

低轨卫星结合毫米波，开启6G大门

高度2000公里内的低轨道卫星（下图），主要应用在卫星网路传输、观测地表影像。相对於中轨道卫星（MEO，高度在8000到1万2000公里）和同步轨道卫星（GEO，高度约3万5000公里），低轨卫星的建置成本最低，传输延迟时间也最短。业界普遍认为，未来6G时代将融合多种通讯技术，其中低轨道卫星不可或缺。

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低轨卫星的建置成本最低，传输延迟时间也最短，在发展5G的过程中，低轨卫星的重要性极高。图／ NASA

由於偏远地区地面难以建置通讯网路设备，若搭配低轨卫星收发讯号，就可以弥补地面部署不足的问题，通讯涵盖範围也能更广。

但国家太空中心主任吴宗信认为，不要对低轨卫星提升手机通讯品质的潜能抱持过高期待，毕竟手机功率较小，难以接收到数百公里外的卫星讯号，即便可以也相当耗电。或许未来将「接收低轨道卫星通讯讯号」的功能建置在基地台中，「延迟稍微长一点，但通讯模式会更立体可行。」

2.架构缩小、大学生也能做！立方卫星促太空平民化

在追求低轨道卫星数量的同时，业者也积极压低卫星的发射成本，立方卫星（下图）便是选项之一。



立方卫星除了小巧轻便的优点外，重点是很便宜，只要学习技术，连大学生都可以做。图／ NASA

立方卫星由10立方公分的单位倍数组成，每单位重量不超过1.33公斤，让载运火箭一次发射能带更多卫星上太空。比起又大、又贵、又重的传统卫星，吴宗信指出，「立方卫星架构跟大颗的（传统卫星）差不多，但很便宜，新台币1000万元以下就可以有一台，马上能量产。」

最重要的是，轻薄短小而技术门槛低，「大学生也可以做。」让更多的学术单位、小型企业都可以加入，吸引更多创新及制造能力并带动太空产业大爆发。

3.气象、转播不能没它，同步轨道卫星无可取代

虽然低轨道卫星是带动整体太空产业的发展主力，但中轨道、同步轨道卫星还是有其重要性。以距离地面约3万5000公里的同步轨道卫星为例，儘管建置成本最高、延迟时间最长，但因为它是固定於相对於地面的同一位置，可以持续观测地球的同个範围，像是讯号不能中断的电视转播、需要连续观察的气象云图（下图），就必须用到同步卫星。



播报天气情况所需的卫星云图，靠的就是同步轨道卫星。 图／ 中央气象局

4.如飞机般能重複使用，可回收火箭大减99％成本

火箭造价高昂，是太空商业化的痛点。联合发射联盟公司（ULA）曾称，火箭至少需重複使用10次才能实现更高的经济效益。SpaceX执行长伊隆．马斯克（Elon Musk）也认为，若火箭能做到像飞机一般重複使用，成本就能降低到现行的1％。

2021年5月SpaceX星链（Starlink）V1.0 L27任务，猎鹰9号Block 5火箭（下图）B1051达成「起飞并回收」重複10次的全球空前纪录。



SpaceX星链的猎鹰9号Block 5火箭B1051达成「起飞并回收」重複10次的全球空前纪录。图／ SpaceX

5.巨量太空垃圾漂浮宇宙，危及太空安全

美国太空总署（NASA）2021年6月指出，国防部已追踪到约2.7万片太空垃圾，以每小时2.8公里的速度在轨道中运行，主要来自废弃的卫星与火箭残骸的太空垃圾，不但威胁太空站与太空人的安全，一旦击落卫星，也会影响地球通讯、天气预测。

欧洲太空营运中心（ESA）预测，人类若不节制，2100年太空垃圾数量将达现今50倍。国家太空中心主任吴宗信说，儘管用於处理太空垃圾的技术（如使用磁力、机械手臂、雷射等方式）正在发展中，但究竟是谁该负责处理，依然没有定论。目前，低轨道卫星寿命约5年，国际相关规範要求卫星保留适度燃料，在寿终坠落时自燃烧毁、保护地球。



图／ Space Track 2020 Jan/数位时代整理

6.太空採矿不是梦，外星球掏金时代来临

许多近地小行星蕴藏大量铁、镍和钴等金属矿产，科学家、企业家纷纷将目光望相外太空，未来将进入太空掏金时代。

美国太空总署（NASA）将在今年发射探测器到太阳系最大金属小行星「灵神星」（16 Psyche），预计2026年抵达并探测採矿的可能性。市场研究公司MordorIntelligence估计，2020～2038年太空採矿市场的年複合成长率将超过20％。



太空採矿也是未来极有可能成长的市场之一。 图／ NASA

7.把月球当前进基地，人类赍续探索深太空

在人类积极开发靠近地球的低轨道卫星的同时，想远征月球、火星等「深太空」的企图心和好奇心也没有停止过。国家太空中心主任吴宗信指出，月球是可以建置人类往外发展的「前进基地」，火星则是3～6个月就能抵达的星球，「是人类有生之年可以去、又可以回来的地方。」为深太空发展的重要方向。

8.高速穿梭航向未知，核动力火箭颠覆太空行

当月球、火星这样的「深太空」成为航行目标，太空船势必得增加续航力。美国太空总署（NASA）正积极将火箭推进器使用的化石燃料，转向效率更高的浓缩铀，设计打造「核动力太空梭」（下图），期待突破太空任务的距离限制，也可以人为主动操控、增加远程太空任务的弹性。



为了提高太空梭的续航力，美国太空总署（NASA）设计打造「核动力太空梭」，使用效率更高的浓缩铀作为推进器的燃料。图／ NASA

9.重型火箭系统，人类探索外星大助手

为了探索深太空，必须开发燃料充足、载运更多设备的重型火箭。像是NASA为了建置长期科研基地，预计2024年再次登月的阿提米咝计画（Artemis program），将使用新一代、目前最犟大的太空发射系统（SLS，下图），光是火箭本体投入的成本就破百亿美元。

SpaceX也为了前进火星，积极开发新一代超重型火箭星舰（Starship），计画在2030年让星舰登陆火星。



NASA正致力开发新一代、目前最犟大的太空发射系统（SLS），光是火箭本体投入的成本就破百亿美元。图／ NASA

10.凝视深渊的太空望远镜，揭开古老宇宙奥祕

太空望远镜是指在外太空用於观测天体的望远镜，随著技术进步，探测範围也愈来愈广。2021年底升空的韦伯太空望远镜（JWST，下图），是有史以来最大的太空望远镜，预期在2022年夏天就可以收到回传影像。



韦伯太空望远镜於2021年底升空，预计2022年夏天可以收到回传影像。 图／ NASA

透过红外缐，它可以观测更远的太空、黑洞，预期能藉此了解宇宙大爆炸後不到1亿年的资讯。在未来至少10年的服役期间，透过太空望远镜能为宇宙诞生之谜揭祕。

11.太空探测车，替外星探险打先锋

人类对於太空的探索意图始终犟烈，然而，在人类登陆外星前，还需太空探测车打先锋。如2021年美国太空总署的太空探测车毅力号（Perseverance，下图）成功登陆火星，车上设有23个镜头，每天从火星传回地面许多影像与数据，让科学家分析、超前部署。



太空探测车毅力号於2021年成功登陆火星。 图／ NASA

12.太阳能电厂上太空，发射能量传回地球

太阳能的开发，最早其实是为了因应太空卫星所需，因为至今太空中仍找不到其他的能源来源。不过，当全球对於乾净能源的需求日益殷切，这些太空中的能源便引起注意。2021年初，美国国防部开发了新的光电射频模组，可以将从太空上搜集到的太阳能，传送回地球表面使用。

13.骨灰随火箭升空，「宇宙葬」死後化为繁星

随著火箭成本变低，「太空葬」成为人们告别世界的选择之一。早在2018年，SpaceX就将100人的骨灰以立方卫星形式，发射到离地500公里的轨道，预计在绕行地球4年後坠毁。

太空葬公司Celestis为了让更多人负担得起太空葬，仅将1～7克部分骨灰放到口红大小的容器中。





随著太空科技日益发达，「太空葬」也成为了人们安葬骨灰的方式之一。图／ Celestis Memorial Spaceflights