下一個半導體聖地：太空！英國新創Space Forge創歐洲史上最大A輪募資
製造半導體在哪裡？新竹、熊本，還是亞利桑那？Space Forge有了全新的答案：上太空。
新創公司Space Forge近期成功完成了2,260萬英鎊（約3,000萬美元、新台幣9億元）的A輪募資，創下歐洲太空新創有史以來最大的A輪募資紀錄。
這筆資金將用於在太空製造晶圓材料，利用太空獨特的環境，來生產地球上難以實現的高效能半導體及先進材料。
太空製造的願景與核心技術
位於英國的太空新創公司Space Forge，目標將低地球軌道轉化為一個「軌道工廠」，在那裡進行半導體材料的大規模生產。同時因為在太空製造過程所需的化學品和能源更少，也能降低對地球環境的影響。為了實現這樣的目標，他們開發了可回收的衛星（ForgeStar系列），並設計了專利技術，來安全地將太空製造的材料送回地球。
不過，製造半導體，為什麼還要特地飛上太空？
想像一下，在太空中製造晶片根本就像在一個超級完美的實驗室裡工作：
- 沒有重力干擾：地球上有重力，所以在製造晶體時，雜質會沉到底部、熱也會對流，導致晶體不夠完美。但在太空中沒有重力，晶體就能長得更大、更純淨。
- 超級乾淨的空間：太空是個天然的真空環境，幾乎沒有空氣和灰塵，這也代表製造晶片的過程會非常乾淨，不會有任何雜質影響品質。這就像在一個無菌室裡進行最精密的實驗。
- 天然的冷卻效果：太空的溫度變化很大，可以讓材料快速冷卻。這就像把燒燙的鐵塊直接丟到冰水裡，可以讓它迅速定型。
- 快速完成材料：太空中的極端溫差，能讓材料的固化過程變得非常快，節省大量時間。
這些條件都讓太空成為地球實驗室無法實現的半導體的理想環境。
除了技術上的優勢，太空製造還能大幅減少環境足跡。地球上的晶片製造需要大量超純水和有毒化學物質，而Space Forge估計，即使將火箭發射計入，軌道製造過程也可減少高達75%的碳排放。
這些材料在量子運算、國防系統、5G通訊等領域具有相當大的應用潛力。例如，英國電信（BT）便表示希望透過整合太空製造的晶體材料，測試如何降低其5G基地台的功耗。
太空生產面臨了哪些挑戰？
儘管太空製造的潛力巨大，Space Forge仍面臨顯著的技術和經濟挑戰。畢竟在初期，發射成本、回收系統以及建造能承受太空環境的設備，都是相當大的成本障礙。此外，要生產大量、高品質的二維材料，目前最大的難點有兩點。
首先在技術上需要非常、非常精準的控制，因為材料太薄，一點點不對就可能失敗。其次，整個生產過程還不能像成熟的工業製程那樣完全由機器自動完成，這使得生產成本高、效率低，也難以保證每一批產品的品質都完全相同。
而Space Forge的核心挑戰之一，就是將這些太空製造的材料安全地送回地球，對此他們打造了三個重要的技術。
技術一：隔熱罩技術「Pridwen」
他們開發了名為「Pridwen」的專利隔熱罩技術，並將其返回地球的衛星形象地稱為「太空瑪莉阿姨」（Mary Poppins from space）。這是因為衛星在返回地球時，會展開類似雨傘的裝置，緩慢飄回地面，就像經典歌舞電影《歡樂滿人間》（Mary Poppins）中的仙女保母，總會拿著雨傘從天而降一樣。
技術二：浮動網「Fielder」
此外，他們還開發了名為「Fielder」的浮動網，這個網的作用就像一個巨大的海上籃球網，專門用來接住從太空返回地球的衛星。這樣做是為了讓衛星能夠輕柔地降落在水面上，避免著陸時造成損壞。
這項技術的開發得到了英國太空總署（UK Space Agency）和歐洲太空總署（European Space Agency）這兩個重要機構的資金和技術支持。這表示這些官方機構也認可Space Forge 的回收技術是可行且重要的。
技術三：軟體系統「Aether」
為了能安全、有效地將回收的衛星送回地球，開發了一個聰明的軟體系統，叫做「Aether」。
想像一下，當衛星從太空返回地球時，它需要精準地降落在預設的海域，才能被「Fielder」浮動網接住。這可不像瞄準籃框那麼簡單，因為衛星會受到大氣層中的各種力量影響，路徑很難預測。
Aether就像一個超級聰明的「太空交通管制員」，能持續追蹤衛星在進入大氣層後的準確位置，並預測它的降落路徑。這很重要，因為地球大氣層從大約40公里到400公里之間有個「無視區」（ignore-o-sphere），這個高度對飛機來說太高，對一般衛星來說又太低，所以很難掌握物體在其中移動的狀況。Aether就是為了解決這個「黑盒子」區域的預測難題。
而每次衛星成功回收，Aether都會從中學習，它的資料庫會不斷累積經驗，讓它對衛星再入路徑的預測越來越精準。
團隊背景與創業故事
Space Forge共同創辦人兼執行長約書亞．威斯特恩（Joshua Western）和共同創辦人兼技術長安德魯．培根（Andrew Bacon）曾在泰雷茲阿萊尼亞宇航（Thales Alenia Space）任職，因此兩人都有著豐富的太空產業背景。
Space Forge於2018年成立，儘管期間因全球疫情大亂，仍在短短兩年內，從一個車庫創業的新創公司，發展到現在擁有約35人的團隊，並配有自己的無塵室。
2021年12月，公司獲得了760萬英鎊的種子輪資金，使其成為全球增長最快的太空新創之一。
安德魯表示，創業初期，他們預期微重力是最大的吸引力，但與大學和大型公司交流後，他們發現永久真空環境同樣具有巨大的優勢。例如，在太空中可以解決金屬合金混合不均勻、高溫氧化以及難以達到超高溫等地球上的問題。
下一個挑戰：首次發射與商業化
雖然「太空造晶片」聽起來相當具有商業潛力，但Space Forge的第一次嘗試，還沒開始正式進入製造環節，就因為火箭故障，任務在僅僅六分半鐘後宣告失敗。
然而，這次失敗並未阻礙他們的步伐。憑藉最新的A輪資金，Space Forge正在加速開發其最新的太空船ForgeStar-1測試機，並準備在今年進行發射，此次任務被命名為「原力覺醒」（The Forge Awakens）。
ForgeStar-1的目標，是測試在太空製造高性能半導體材料的可行性，並安全地將其帶回地球。接下來的ForgeStar-2將是更大規模的商業發射，屆時太空製造的材料價值，將遠超過將衛星送入軌道的成本。
Space Forge的中期計劃是每年發射數十次，最終達到每年100多次的發射量，並期望ForgeStar平台本身也能重複使用，進一步降低成本和環境足跡。
Space Forge的願景不僅僅是在太空製造，而是將低地球軌道轉變為人類生產系統的功能性延伸，大規模生產超材料，同時不損害地球，並超越地球的物理限制。如果ForgeStar-1在今年真的成功上太空，或許一個更清潔、更高效、更具雄心的新興產業將正式誕生。
參考資料：drivingeco、techcrunch、the engineer
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