商機與戰略價值俱增,細數各國太空卡位戰

作者 | 發布日期 2022 年 07 月 19 日 9:30 | 分類 天文 , 航太科技 line share follow us in feedly line share
商機與戰略價值俱增,細數各國太空卡位戰


台灣 ARRC 團隊前陣子首從旭海發射場成功發射自主研發的類衛星載具火箭 HTTP-3A,努力自不同領域切入國際太空領域研發能量。事實上,各國政府投入太空探索的經費比重正逐年增加,加上今年俄烏戰爭後市場出現明顯變動,不只導致美國與歐洲太空合作加強,俄羅斯封鎖交流更可能促使其他國家企業崛起。

過去幾 10 年來,太空研究探索計畫越來越受重視,如今全球已有 6 個政府航太機構(美國 NASA、中國 CNSA、俄羅斯 ROSCOSMOS、歐洲 ESA、印度 ISRO、日本 JAXA)具備全面發射與太空載具外星著陸能力,NASA 無疑是其中佼佼者。

美國

引領全球航太工業的國家非美國莫屬,2021年美國政府花在航太領域的經費高達 546 億美元,美國之後奮起直追的是中國,支出近 103 億美元,但仍遠遠比不上第 1 名。美國在軌衛星數量也遙遙領先,截至 2022 年 1 月 1 日,正於地球軌道繞行的 4,852 顆人造衛星中就有 2,944 顆屬於美國;第二多為在軌 499 顆的中國。

但除了官方機構,美國私人太空企業影響力正與日俱增,2020 年 5 月,SpaceX 成為第一家將 NASA 太空人從美國本土送上國際太空站的私人企業,此次發射「清楚表明」商業航太將成為未來趨勢。

這陣子 SpaceX 獵鷹 9 號火箭艦隊已達成連續 100 次起飛無失敗紀錄,發射時間也縮短至可連續 3 天從 3 個不同發射場升空,甚至獵鷹 9 號火箭 B1060 型號已在美東時間 6 月 17 日破紀錄重複使用 13 次,是大幅壓低火箭發射成本不可撼動的代表。

▲ CRS-25 任務。(Source:Flickr/Official SpaceX Photos CC BY 2.0)

除了提供衛星發射服務,SpaceX 另一個穩定成長的業務為星鏈衛星計畫,目標發射 40,000 顆低軌通訊衛星至地球軌道,提供全球各地超低延遲的衛星網路服務。

不過 SpaceX 最大雄心是將人類帶上火星,為此而推進的下一代發射載具「星艦(Starship)」火箭正如火如荼開發中,若一切順利,今年我們就能看到高 120 公尺的星艦原型機展開第一次軌道級飛行測試。

接在 SpaceX 之後的美國第二大衛星發射服務商為火箭實驗室(Rocket Lab),目前正透過電子號火箭提供單次少量但安排快速的衛星發射服務。

而今年爆發俄烏戰爭後,俄羅斯對全球展開看似具威脅性的太空反制裁措施,事實上可能反助漲美國更多衛星發射服務提供商、火箭發動機自主研發能量崛起。

▲ 電子號火箭發射。(Source:火箭實驗室

藍色起源(Blue Origin)則正在開發新葛倫火箭(New Glenn)、新雪帕德火箭(New Shepard)、Blue Moon 月球著陸器以及用來取代俄羅斯 RD-180 和 RD-181 發動機的火箭引擎,更陸續執行了數次商業載人太空旅行任務,貝佐斯無法保證今年有多少班次起飛,但「需求非常非常高」,顯見太空旅遊業的巨大商機。

航太國防製造商巨頭波音與洛克希德‧馬丁公司,則正分別為 NASA 開發 SLS 火箭與獵戶座飛船;諾斯洛普·格魯曼公司為 NASA 開發了詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡,現在除了製造衛星也正在研發 OmegaA 重型火箭。

英國

脫歐可視為英國太空科技發展重要分水嶺,脫歐前英國雖然掌握衛星、彈道飛彈等關鍵先進技術,也擁有些發光發熱的國際廠商,但發展路線遵循歐盟體制架構,導致英國太空總署(UK Space Agency,UKSA)極度依賴配合歐盟與美國太空政策,也因此脫歐後才準備投入自主發射能力,這一方面進度可說與台灣差不多。

脫歐後太空科技成為英國重要發展產業,近年英國太空經濟增長幅度最大的是太空旅遊(34%)、發射與衛星保險(25%)與發射服務(18%),再加上既有的衛星零組件、科學儀器、火箭系統製造等技術,掌握著太空產業鏈上游與下游,因此該國希望憑藉這些優勢打入小型衛星發射與亞軌道飛行市場,也打算發展太空港。

2021 年 3 月 16 日,英國首相約翰遜表示,計劃 2022 年前從本土發射衛星;4 月 1 日,英國國防部正式成立太空司令部(UK Space Command),加入全球太空競賽戰局,表明積極與太空署合作;2021 年 9 月 27 日發布國家太空戰略《The National Space Strategy》,轉向相對自主但又與他國高度合作。

雖然和歐盟分手後,英國政府企業不得不中止許多由歐盟主導的太空計畫和地球觀測計畫,比如歐盟伽利略(Galileo)全球導航系統,除非重新簽訂協議,也因此英國提出另外建立自家全球導航系統。

根據國研院資料,英國《國家太空戰略》鎖定 10 大重點領域:歐洲商業小型衛星發射市場、利用太空技術對抗氣候變遷、提升太空產業創新能力、擴展太空科學和探索視野、發展世界級太空產業集群、領導全球確保太空永續發展行動、利用太空技術改善公共服務、英國國防太空組合(UK Defence Space Portfolio)、培育國家未來太空人才、以太空技術推動交通系統現代化和改造。

隨著產業發展,英國政府投資了OneWeb 通訊公司並投入同名低軌衛星計畫,英國企業家理察·布蘭森創立的維珍銀河(Virgin Galactic)投入亞軌道太空旅行,自維珍銀河再分家出來的維珍軌道(Virgin Orbit)則負責為小型衛星提供發射服務等。

OneWeb 最終將發射約 650 顆衛星佈建全球高速衛星網路,是繼 SpaceX 星鏈計畫之後明顯也照進度在走的公司,但原本與俄羅斯聯盟號火箭配合發射,因今年俄烏戰爭導致合作中止,近期 OneWeb 選擇改搭競爭對手 SpaceX 的獵鷹 9 號火箭發射衛星。

去年 7 月,維珍銀河也領先藍色起源與 SpaceX,達成全球首個成功飛至太空邊緣的太空旅行任務(但也有人認為維珍銀河還未飛至太空)。

中國

中國正以驚人速度朝著下一個太空科技大國前進,或者說中國的太空計畫非常具戰略性,因為回頭檢視一下,就會發現中國單槍匹馬就發展出複雜太空能力,儘管仍有許多障礙待跨越,但「一帶一路」外交策略的成員國,基本上為中國航太產業做出一定貢獻。

前陣子 SpaceX 連續 3 天發射 3 枚火箭已令人刮目相看,然而中國上月底其實也在 2 天內發射了 2 枚火箭,這也是該國今年第 21 次和第 22 次發射任務;2021 年度全球火箭發射量更以中國居冠,比美國多發射 11 枚,確實中國靠著不可回收的火箭砸大錢起飛,而過往的美俄太空競爭也正轉變為中美太空競爭。

隨著國際太空站預計於 2030 年退役,中國天宮太空站即將成為地球上空唯一一座營運中的大型設施,屆時該國太空戰略優勢將更加強勢,深刻威脅美國於太空領域的領導地位。

當以色列、印度等國嘗試發射著陸器到月球表面卻失敗時,中國已帶著最新一批月球土壤樣本返回地球。2019 年 4 月,幾乎靠私募資金打造出來的以色列創世紀號(Beresheet)飛船於下降過程失去聯繫,最終墜毀於月球;同年 7 月,印度月船二號探測器順利發射但也在登陸月球前失聯,最終印度官方坦承已墜毀於月面。

至此,成功踏上月球的國家仍只有俄羅斯、美國、中國,而中國玉兔 2 號更是首度降落在月球背面的月球車,還發現不少奇怪東西,比如黏膠狀物質、神秘立方體等。

能踏上火星的國家又更少了,除了 NASA,全球第 2 個成功於火星放下探測車的國家就是中國,顯見中國太空探索能力日趨完善,且美、中太空研究能量正在縮小差距。未來還會發生什麼?據報導,中國可能與俄羅斯合作在月球建立國際月球研究站(ILRS)基地,供中國和俄羅斯太空人於月表行走探索,三大階段分別為:偵察(2021~2025 年)、建設(2026~2035 年)、利用(2036 年以後)。

當航太科技發展成熟,投入天體物理學研究也不在話下,中國科學院近日表示未來幾年將啟動幾項關鍵太空任務,包括系外行星探索、太陽物理學研究等。

俄羅斯

身為航太工業技術起源地之一,俄羅斯的火箭艦隊一直是全球航太發射服務市場重要支柱之一,2017~2021 年間維持著 14~24% 全球火箭發射量。

然而今年入侵烏克蘭後,俄羅斯施行一系列反西方經濟制裁措施,包括切斷火箭發動機出口、禁止西方商業發射搭乘聯盟號火箭、扣押英國 OneWeb 公司 36 顆已準備好發射的低軌衛星(目前 OneWeb 仍尚未從 Roscosmos 收回衛星)等,反而可能助漲他國培植自主發展能力。

此外俄羅斯聯盟號艦隊老舊未創新、取消發射導致收入損失、2011~2020 年間壟斷國際太空站載人飛行任務等累積效應,只要戰爭持續下去,從長遠來看都將損害俄羅斯重新進入商業太空市場的機會,導致影響力開始降低,有利美國、歐洲、印度、日本等國家的替代性發射服務提供商竄出檯面。

印度

印度國防機構向來受各種問題所擾,比如採購系統緩慢、軍民關係不佳、軍種整合受阻等,但印度於太空探索方面的努力不容小覷。自 1960 年代以來,印度軍事與民用太空活動一直由印度太空研究組織(ISRO)協調,目前使用的主力運載火箭為極軌衛星運載火箭(PSLV)和地球同步衛星運載火箭(GSLV),於國際市場上提供商業發射服務。

2008 年 10 月 22 日,該國首個月球探測器「月船 1 號」成功發射升空;2014 年 9 月 24 日,該國火星軌道探測器(MOM,目前尚在運作中)成功進入火星軌道,是全球首個第一次嘗試便成功入軌的國家;可惜 2019 年「月船 2 號」著陸失敗

但同年印度成功測試了一種反衛星武器,雖然留下約 400 個碎片,但該測試標誌印度的反衛星武器技術與中國、俄羅斯、美國處於相同水準。該國也成立 2 個新航太機構:國防航太署(DSA)與國防太空研究組織(DSRO),期望整合陸軍、海軍和空軍資產並制定戰略。

然而目前還不清楚印度是否擁有支持太空發展所需的長期技術與資金,和中國、美國相比,預算有限的印度仍有一段路要走。

日本

日本研發運載火箭起步時機早,從 1966年 9 月 26 日首次發射拉姆達運載火箭、連續 4 次失敗後終於在 1970 年 2 月 11 日成功,將大隅五號人造衛星送入近地軌道,冷戰結束後日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)開始發展新一代 H-II 火箭並於 1994 年首次試射。

太空科技開發初期需要巨額資金,因此大部分工作都由國家單位主導,但隨著技術成熟,日本政府於 2007 年將後繼的 H-IIA 火箭移交三菱重工開發,由私人企業進一步推進獲取商業利潤。

在委託三菱重工之前,政府要求該公司每年至少發射 3 枚火箭,也正是這些動作促使三菱重工從 H-IIA 火箭、H-IIB 火箭到開發中的 H3 火箭,如今引領著日本航太工業製造,一個擁有自主研發火箭能力的國家能隨時發射氣象衛星、軍事偵察衛星、GPS 衛星、遙感衛星,還省去搭他國火箭需支付的巨額車資(比如南韓付出 700 億韓圜搭乘亞利安火箭將氣象衛星送入軌道)。

南韓

今年 6 月 21 日,南韓自主研製的火箭「世界號(Nuri)」首次搭載衛星,成功點火自該國發射場起飛,成為全球第 7 個以國造火箭將一噸重以上衛星送入軌道的國家(另外 6 個為俄羅斯、美國、法國、中國、日本、印度)、第 10 個以自主技術將衛星送入太空的國家。雖然從升空到進入軌道只花了 70 分鐘,但南韓抵達此一歷史性時刻走了 30 多年研發。

隨著南韓政府目標 2035 年成為主要太空強國之一,預計 2023~2031 年間會投入台幣 440 億元經費發展低軌大型衛星、自主發射月球登陸船、建置南韓全球導航衛星系統,世界號火箭發射成功或將幫助南韓在全球航太工業站穩腳跟。雖然南韓有個可惜現象,2018 年一項調查顯示該國 20 多歲年輕受訪者在「對太空探索完全不感興趣」族群中為最大宗,沒有年輕一代的支持與好奇心,發展該產業恐有道不小阻力。

台灣

福衛五號任務的成功代表台灣已具備完全自主研發衛星的能力,因此下一階段太空發展目標應是建立國內太空產業鏈,而第三期國家太空科技發展計畫(2019~2028 年)便為上述目標而規劃。

去年立法院三讀通過《太空發展法》,加上 4 項子法已正式施行,首座短期科研火箭發射場也於今年 1 月正式啟用,期盼帶領台灣太空科技與產業進一步升級。國家太空中心主任吳宗信曾提及,未來低軌通訊衛星將滿天飛,但相對的地面終端接收設備、晶片設計也越顯關鍵,台灣相較於其他國家雖然起步晚,但從現在建立產業鏈都還來得及,只要注意衛星產業強調一體式整合,才不會淪為國外企業的零組件代工。

(首圖來源:pixabay

延伸閱讀: