20-21世紀可謂是宇宙科技發展旺盛的時代，人類日以繼夜地朝天空發射火箭，運送衛星到太空，藉由低、中、高及外太空之各類型衛星，其高科技設備無間斷服務我們在地球上的所需，不管是衛星影像、雷達資料、定位服務及通訊需求等，都解決了我們許多在地表維度無法完成的事物，帶領人類走向高科技文明。
近年衛星科技中低軌衛星產業蓬勃發展，從美國SpaceX公司規劃將發射數萬顆衛星到太空，解決全地球無死角通訊技術的開始，到世界各國公司也積極布局相關產業，未來空中將出現數以萬計的衛星奇觀，克服過去偏遠山區訊號不良的之通訊能力，也因此逐漸孕育出新契機。
本期電子報著重於衛星應用類型與低軌衛星的詳細基本介紹，並蒐集低軌衛星在台灣與世界各國的山區與水保工作之各項應用，幫助大家未來於低軌衛星服務逐漸在台灣普及時，能有更多應用的靈感!

一般衛星可概略分為4種，分別為高橢圓軌道衛星（Highly Elliptical Orbit；HEO）、地球同步軌道衛星（Geostationary Orbit；GEO）、中地球軌道衛星（Medium-Earth Orbit；MEO）與低地球軌道衛星（Low-Earth Orbit；LEO），就其技術特性可分別進行遙測、通訊、定位與雷達資料的應用(圖2)。並依衛星繞轉地球速度又可進一步分類成同步軌道衛星(日本譯:靜止衛星，繞轉地球速度與地球自轉速度相同)和非同步軌道衛星(日本譯:非靜止衛星，繞轉地球速度與地球自轉速度不同)，分別以地面接收器是否需面向衛星與覆蓋密度高低為兩者各項特點。

不同種類的衛星因其覆蓋範圍與通信時間皆有差別，衛星高度越高者服務涵蓋範圍越廣、通訊時間延遲越久其訊號越差，高度越低者其特性則相反(圖3)。以低軌衛星(LEO)為例，其所處高度約為地球同軌衛星(GEO)的1/65，因此通訊訊號傳輸時間更是縮短約20倍。

低軌衛星在近年相較其他衛星種類較廣受矚目，主要因其製造與發射成本低、體積小可大量製造與發射，其高度位置相對較低且通訊時間延遲短、訊號佳。因此在通訊能力需求日益重要的現代，其未來在各行各業的發展將有無限的可能。
低軌衛星的成本部分，本報以Starklink為例，重量小於250公斤，約為大型衛星(1,000公斤)的25%重量；單顆含發射成本約60萬美元，相較1960年代衛星初代發展的10億美元，大幅下降99%；另外單純火箭發射成本從1981年約85,216美元/公斤，至2020年約不到1,000美元/公斤，僅約過去1.1%(資料來源: 地球科學研究推動中心、華盛頓郵報、經濟日報、風傳媒)。
從圖4可得知從2019到2022年四年間，整體衛星因低軌衛星發展其在太空的數量激增，僅此四年內發射數量即為為過去三十九年的140%。目前世界上主要發展公司為美國公司SpaceX與Project Kuiper、英國公司OneWeb與加拿大公司Telesat等，統計資料截至2024年5月，以SpaceX發射超過5,650顆衛星與OneWeb發射648顆衛星為最多，其中SpaceX更以2024年平均每月發射12次為目標，單次至少可裝載60顆衛星，將高速推進衛星發射數量至3萬顆(圖4)。

低軌衛星傳輸資料方式，目前數量龐大的衛星除高密度覆蓋地球表面外，並藉由利用衛星與衛星間的最新通訊傳輸技術 (Inter-Satellite links)，相較過去必須仰賴衛星傳輸到地面站後傳送到客戶端 (Fixed-Satellite service)，低軌衛星在沒有地面站狀況下依然可以透過衛星間的傳輸，間接將遠方的地面站處理資料送達至客戶端，以達成全地球無死角的資料傳輸服務(圖5)。

通訊傳輸速度部分，以高度550km的Starlink 與1,200km的OneWeb為例，前者上傳/下載速度最大值為25 Mbps/220Mbps，後者上傳/下載速度最大值為32 Mbps/195Mbps，以OneWeb所提供的訊號傳輸延遲時間相較過去通訊衛星可縮短約10倍(圖6)。

低軌衛星的電信產品組成包含衛星、接收器與各項地面資料處理站，使用者僅需持有接收器即可傳輸資料於電子設備(如PC、手機)中(圖7)。
以日本公司的低軌衛星電信產業布局為例，日本公司KDDI代理Starlink 提供兩種方案，分別是直接將衛星訊號傳送至用戶接收器端使用(訊號半徑50m)的「Starlink Business」，或是將衛星訊號傳送至地面基地台廣域擴散(訊號半徑500m-數km)的「Satellite Mobile Link」(圖8)； 日本公司softbank同時代理Starlink 與OneWeb，並積極研發衛星訊號不仰賴接收器而直送電子設備技術的「HAPS」，利用無人飛行載具長時間在空中接收與處理衛星訊號並傳輸至使用者電子設備，不須另外購買接收器，訊號傳輸時間與地球同軌衛星(GEO)相較約縮短600倍(圖9)。

以台灣的低軌衛星電信產業布局為例，截至2024年8月止，由中華電信代理OneWeb，其單一衛星涵蓋半徑為1,900km，惟擁有地面站的日本與泰國均超過此距離，因此依靠近期新增的關島地面站進行三者通訊交會以達成訊號傳輸全面覆蓋，另外使用中軌衛星SES進行更大涵蓋範圍補足，目前台灣已可使用低軌衛星傳輸技術，並在防救災與軍事方面投入實際使用，民用方面未來也將逐漸開放(圖10)。

目前Starlink於2024年1月宣布研發新一代衛星技術服務「Starlink Direct to Cell」成功(影1)，使用者可直接使用一般手機連結衛星訊號，不須使用接收器進行連結，在未來衛星系統失效時仍可立即切換此技術與衛星保持連線，顛覆以往過去需要地面站傳送資料的限制，可見相關通訊技術日益飛速發展中。

低軌衛星大幅提升特殊場域通訊能力，最直接的受惠區域即是各地的偏遠山區，過去地面站架設不容易，且場域位置不一定可接收訊號，通訊需求相關發展受限。但未來在低軌衛星普及後，世界各國紛紛開始嘗試應用。
例如日本已有100處以上高山山屋可接收低軌衛星的訊號，不管是地圖導航、氣象資料、山區資料傳輸與山區即時監視器影像，都可順利即時傳輸到外界，大幅提升方便性(圖11)。

另外日前Starlink公司老闆Elon Musk，更分享利用Starlink拍攝的雷達影像，讓數以萬計的衛星可提升雷達產業應用方面，充滿無限的期待與想像(圖12)。

除了日常的民生使用外，無人飛行載具UAV也是這波科技發展的受惠者。過去UAV在空中時經常受地形遮蔽或偏遠地區影響，飛行與資料傳輸不容易。但導入低軌衛星通訊技術時，開啟UAV的新使用面向。
例如日本飛鳥建設 利用Starlink提供訊號給UAV，在偏遠無信號山區的水力發電站進行影像巡檢資料傳輸、影像辨識、夜間照明，並間接微氣象站的資料，在UAV執行巡檢與山下辦公室控制時，提供工作時的氣候參考資料(圖13)；另外KDDI與日本各電信公司合作，在廣島利用Starlink提供訊號給UAV，在偏遠山區無信號的溪流上游防砂壩位置，進行遠端防砂巡檢作業，相較過去要在深山中架設多個訊號中繼站串接，目前僅需要一台接收器，即可讓UAV自動完成所有巡檢工作(影3)。

在2023年日本秩父中津川地內因土砂災害發生而交通網阻斷時， KDDI公司利用Starlink提供訊號給UAV進行孤島聚落兩側的空中物資運送工作，相較過去因道路阻斷後，地處偏遠山區受通訊影響無法順利執行UAV運送作業，目前可暢通無阻飛行至遠處，讓山區孤島的居民們能更快得到緊急資源(圖14)。

美國公司EVENT 38將Starlink 搭載於VTOL機體上(圖15)，憑藉VTOL本身優異的穩定長途飛行能力，加上訊號不中斷的衛星訊號傳輸，未來在UAV現場調查上將有更多的有趣發展。

在災害發生時為維持災區擁有良好的訊號，以便將災害資訊傳遞給災民自主避難並避免與外界連繫中斷，更是防救災單位獲取情資，作為決策參考極為重要的事情。例如日本公司KDDI推出Starlink移動式車載基地台(影4)，可快速駕車駛入災區提供現場較佳的訊號空間；KDDI更推出Starlink的背包型背負式接收器 (圖16)，相較過去大型接收器使用會更加便利，在2024年1月能登半島地震發生時，更支援750台Starlink以維持災害時通訊使用。

2024年1月日本能登半島發生時，國土交通省中部地方整備局TEC-FORCE砂防班應用Starlink搭配大型行動電源進行現地土砂災害調查，於通訊中斷場所用以維持土砂災害調查所需通訊資源，並提供災區民眾通訊使用(圖17)；2024年4月台灣花蓮地震發生時，台灣政府利用OneWeb支援花蓮縣太魯閣的救災工作，保持現場通訊流暢，拯救受困於太魯閣的眾多民眾(影5)。
由此可見目前低軌衛星已投入實際災害救災工作中，未來防救災工作執行時會更加順利。

在土木工作現場工地中，擁有良好的通訊環境，對於施工檢查、施工管理與遠端機械操作及監控等施工現場數位化發展有重大的益處，有助於提升工地現場施工效率和安全性。例如 日本公司KDDI在北海道札幌市白石區的河川工程進行Starlink的影像圖傳通訊作業，通訊下載速度可達32Mbps，其影像圖傳之高解析細緻圖像提供目視判釋比例使用，顯示通訊成果佳(圖18)； 國土交通省越美山系砂防事務所在揖斐川町執行邊坡穩定工程時，利用Starlink進行即時施工影像傳輸，並將現場狀況即時與辦公室人員進行討論(圖19)，對於偏遠無通訊山區的水保工程來說這是過去無法完成的事； 日本清水建設在執行隧道挖掘工程時，利用Starlink進行基地台的隧道工區的廣域訊號傳輸，藉由基地台的訊號接收並傳輸至工地各位置，使隧道內的施工人員也可接收到訊號，突破過去在隧道空間內無法即時傳送訊號的方式(圖20)。

另外在日本無人化施工的技術發展成熟，例如 日本公司ARAV推出將儀器安裝在10-20年的中古施工機械，可讓機器馬上變成無人化施工的先進工具，目前更利用Starlink進行無人化施工的操控端與施工端之訊號傳輸工作(圖21)，在過去完成無人化施工技術所需要的成本費用不貲，但經由無人化施工輔具即可簡易的改裝施工機具配合便利使用的衛星傳輸技術，因此就算過往相對難以實行無人化技術的山區工程，亦可由輔具安裝輕鬆升級為無人化高科技作業方法，在未來的科技發展相信可有所助益。

本期電子報介紹低軌衛星的相關基本資料與優勢，以及目前在世界上各項工程現場應用，其突破以往山區作業通訊傳輸的限制，可看出在山區的使用上有更多的發展空間，且随科技的快速發展，低軌衛星於各行各業的使用將擁有更多元方式。期待未來低軌衛星發展於台灣普及時，大家將能有更多的發揮!