Green_Earth
【轉載】一起上太空:太空衛星產業的潛力成長部門
日期:2021/04/21
作者:中華經濟研究院第二(國際經濟)研究所 温蓓章 研究員兼副所長
文件編號:WTOepaper733
民間企業營運推動的新局

  2020年5月30日順利發射的「獵鷹九號」(Falcon 9)火箭,把搭載兩名美國太空人的「飛龍號」(Crew Dragon)全新太空船送往國際太空站(International Space Station, ISS)。這個紀錄標誌著美國政府努力促成太空科學走向產業化的成果:由民間企業SpaceX執行升空任務、使用SpaceX設計開發的運載火箭、可以多發並聯、垂直回收、甚至多次使用。自此開始,太空發射活動快速倍增達1,085次(僅計算至2020年10月31日)[1];加上太空載具成功應用了ISS自動對接(autonomous ducking)技術、還能提供「共享酬載」(rideshare payloads)形式的太空載運服務。這些在地面猶未能夠達致實際應用的技術(如:Tesla等電動車自駕技術應用),卻已成為SpaceX的太空旅程鰲頭先占的商業服務。

  民間提供升空服務,展現了太空科學已經成功華麗轉進成為太空產業的新局。從過去天文科學研究領域,歷經了美蘇強權之太空競賽、阿波羅計畫(Project Apollo)的第二階段,以及整合性國際計畫之合作建置、與營運國際衛星站(ISS)的第三階段,目前已然進入了第四代太空(Space 4.0)[2]時代。新的太空時代裡(new space),參與國家已多達60餘國;如我國也擁有2組服役中的衛星群(福衛5號、7號)[3],提供氣象觀測資料、商用遙測影像服務。而SpaceX等代表性企業除了提供升空服務之外,也自主推動如「星鏈計畫」(StarLink)的通訊網,提供網路、電話、緊急備份等商用服務。

  此外,我國甫於2021年1月24日升空的2顆立方衛星(玉山和飛鼠),則參與了SpaceX執行的歷史性大規模之小型衛星共享承載任務(SmallSat Rideshare)Transporter-1,與來自各國的143顆小型衛星一起上太空。衛星本身變小、升空服務得以共享,二者不約而同地大幅降低了衛星活動的參與成本。從而使得民間企業、非營利組織等,都能夠有更多機會取用太空技術與資源。與此同時,太空技術也從講究高端技術、高度可靠技術的舊範型,轉向強調生產力、低成本的新驅動力,強調商業模式更甚於尖端技術應用。甚至可將太空視為一個嶄新的產業領域,關注推動太空創新系統,做為更大的產業轉型之一環。「一起上太空」已不再是科幻場景或遙不可及的夢想,而是官民、產學、甚至是你我的生活日常之一。

美歐發展策略比較
    
  當前民間營運推動為主的太空產業之生成,奠基於2000年前後的科技創投和網路應用,前者提供投入發展所需的資金、後者則讓技術擴散無遠弗屆。二者相輔相成,形成了民間參與太空活動的熱烈期待。美歐政府趁勢於2010年前後開始調整策略(見圖1),改弦更張地打造嶄新的「第四代太空」(Space 4.0)官民合作模式,讓太空科研活動變身成為產業發展的基礎。



美國NASA:創造新市場與分散化


  以美國而言,國家航空暨太空總署(National Aeronautics and Space Administration, NASA)向來占有主導地位,採購私部門企業技術或服務,以達成NASA設定的科學技術之任務目標;像是執行阿波羅計畫。技術開發的目標和方向,都在事前就被一小群NASA聘用的專家所明確界定。而在Space 4.0新時代裡,民間資金蓬勃投入的環境下,NASA和相關聯邦政府單位,如國防部、能源部等轉而以「創造新市場」為任務,支持私部門的技術發展與參與太空活動,並且運用政府採購合約扮演民間企業初期客戶的角色,使用民間太空服務完成NASA任務。
    
  大轉向的關鍵繫於二項政策措施。第一,成立新的管理單位「太空科學促進中心」(Center for the Advancement of Science in Space, CASIS)負責管理太空活動的基礎資源(統稱為ISS National Laboratory, ISSNL):像是美國所管ISS的使用、太空人的研究時間、去回程酬載等。同時也分出50%太空基礎設施與研究能量的使用權,給任何單位(其他聯邦單位、私部門等)使用。由此讓私部門有機會取用太空活動的基礎資源。第二,運用新的採購方式,以特殊採購規範(Space Act Agreements, SAAs)推動載人和載貨上太空的計畫,讓受託企業更具自主性:能夠控制設計與開發方向和里程碑進度、甚至決定價格等。因此將太空技術方向、推進速度與應用的主導性交給私部門。
    
  這二項措施推動了太空科技發展應用的去中心化。包含技術與產業生態系的發展方向,從過去NASA強勢主導,轉為私部門決定、NASA支持;以及ISSNL使用無須回報NASA,讓太空活動的獲利得以官民共享。

歐洲ESA:回應社會挑戰和成果擴散
    
  另一方面,歐洲太空總署(European Space Agency, ESA)的關注重心也從科學探索、支持歐盟太空社群的角度,轉而更為重視商業化活動的優先性。相較於NASA參與太空活動之完備性,ESA關注下游應用、太空價值鏈上的各種產品與服務,並且重視太空創新政策與社會挑戰的連結,運用複雜混合的目標(通常連結於環境和社會變遷)和規格,期望能從科學研究和技術服務的範疇出發,讓太空科技形成消費性或公共性的財貨與服務、一種具有經濟可行性的技術解決方案,以回應特定的社會挑戰(而非科學技術難題)。
    
  衛星地球觀測(Earth Observation, EO)技術的商業化應用,成為ESA的策略措施重點。SOPT-6/-7衛星讓私部門全額出資並且承擔所有風險、Astrium[4]取得所有觀測資料並營運操作衛星。歐盟資助哥白尼計畫(Copernicus Programme)則免費提供觀測到影像資料予公眾使用,包括:土地、海洋和大氣環境。歐盟的另一項策略措施則是致力於推廣太空技術,在歐洲設置16處育成中心(Business Incubator Center, BIC),以加速連結太空產業和潛在的技術使用者。換言之,過去不受重視的太空活動之成果擴散,被設定為關鍵目標,受到政策支持及主動鼓勵。
    
  從技術產業化應用的角度觀之,歐盟採取聚焦下游應用、推動區域創新系統的歐盟ESA策略,被認為具有高度的溢出效果(spillover effects),能夠加速形成和整併EO價值鏈的中下游活動[5]

太空產業的發展熱點:衛星應用與新興應用活動
    
  根據估算(見圖2):2019年太空活動的全球產值約達3,660億美元之譜,其中全球政府預算(含支持民間企業研發與購買民間提供商務服務)約占26%,其他則屬於私部門應用:以全球定位(Global Navigation Satellite System, GNSS)晶片和導航設備、衛星電視服務的規模最大,均超過900億美元。而根據澳洲政府委託研究報告[6]指出:具有成長潛力和較佳利潤率的活動,包括了固定衛星服務(fixed satellite service)、衛星寬頻服務、商用遙測服務和GNSS晶片等。



  預期短期的衛星產業發展趨勢則如圖3,衛星本體、發射活動和應用服務的能量都將顯著增加,提供給更多元的終端使用者,包括消費者、各種經濟產業部門、以及全球各地都將能參與其中。



  若再參考NASA的產業分類以及近年美國政府預算所引導培育的新興產業服務,又有一些新興太空活動為當前快速成長的領域,如附表。繼衛星產業(製造、應用、地面設備)和發射活動均已成功商業化之後,2018年起NASA開始更為積極的支持周邊產業、後勤和星際活動,以運用民間技術和資源,加速探索和運用太空。此外,太空棲地的生物圈打造與維運,以及太空任務所需的科學研究與儀器設備等,也都在NASA支援與培育之列。



我國「第三期太空計畫」推動策略建議

  我國在科技部的計畫支持之下,參與太空活動不落人後。已有氣象觀測與商用影像服務的衛星群(福衛5號、7號),也有以立方衛星(玉山、飛鼠,以及即將升空的堅果號)支持產學合作投入太空通訊研究和前商業測試。股市亦已浮出「星鏈概念股」,展現出我國科技業者參與國際衛星製造所需的零組件、網通、組裝等的產業進展。國家太空中心業於2019年展開為期10年的第三期太空計畫,期望精進本土太空技術、挑戰尖端太空任務,並且發展我國太空產業。
    
  惟目前執行的太空計畫仍多依循既有發展軌跡,以國家實驗室為引導核心,以達成特定科學任務為目標,整合國內外科研技術並且掌握太空資源的取用。在此模式之下,國內產學單位固然能夠相對聚焦的循序參與,但較難迸出意外(而有商業潛力的)成果。
    
  綜觀民營企業活躍推進太空活動的當前勢態,本文建議:太空計畫的推動可以考慮以下兩種做法,以形成民間更有發揮空間的新型態官民合作模式。第一,參考美國CASIS體制,規劃分撥一定比例的升空酬載能量給「非」國家太空計畫成員的單位使用,可以是任何的政府部門、民間企業或是學研等非營利機構。此舉能讓學研和企業有更多機會取用太空活動的基礎資源,從而加速擴大經太空驗證的「太空規」技術和產品基礎,將可有助於我國學研成果的多元國際參與。第二,運用我國優勢技術(通訊、半導體晶片設計製造,以及遙測服務),孕育具有我國特長的系統整合服務商。並以ESA地球衛星觀測(EO)商業服務、和NASA支持之新興太空活動應用所需的技術,作為潛在目標客戶,促成學研投入刻正快速成長中的產業部門。

[1] https://brycetech.com/reports

[2] Robinson, Douglas K. R., & Mazzucato, Mariana (2019). The evolution of mission-oriented policies: Exploring changing market creating policies in the US and European space sector. Research Policy, 48(4), 936-948.; Mazzucato, Mariana, & Robinson, Douglas K. R. (2018). Co-creating and directing Innovation Ecosystems? NASA’s changing approach to public-private partnerships in low-earth orbit. Technological Forecasting and Social Change, 136, 166-177.

[3] 這兩組衛星群也都使用了SpaceX的升空服務。

[4] 空巴集團European Aeronautic Defence and Space Company(EADS)的子公司。

[5] Robinson, Douglas K. R., & Mazzucato, Mariana (2019). The evolution of mission-oriented policies: Exploring changing market creating policies in the US and European space sector. Research Policy, 48(4), 936-948.

[6] Bryce (2019). Global Space Industry Dynamics. Research Paper for Australian Government, Department of Industry, Innovation and Science by Bryce Space and Technology, LLC. https://www.industry.gov.au/sites/default/files/2019-03/global_space_industry_dynamics_-_research_paper.pdf