王柏林 李佳

（中國(guó)華云氣象科技集團(tuán)公司，北京 100081）

0 引言

據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）估計(jì)，至2019年12月，全球互聯(lián)網(wǎng)普及率約為58.7%，世界上仍有超過(guò)40%的人口（約32.2億人）未實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)連接，這部分人口主要分布在地廣人稀的地區(qū)和亞非拉區(qū)域大多數(shù)第三世界國(guó)家。衛(wèi)星通信憑借著覆蓋范圍廣、災(zāi)難容忍性強(qiáng)、靈活度高等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在偏遠(yuǎn)地區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋、航海、應(yīng)急、軍用通信、科考勘探等應(yīng)用領(lǐng)域中具有不可替代的作用[1-3]。

相較于傳統(tǒng)中高軌通信衛(wèi)星的高技術(shù)、高投入、高風(fēng)險(xiǎn)和較長(zhǎng)研發(fā)周期等特性，運(yùn)行軌道高度為200～2000 km的低軌小衛(wèi)星系統(tǒng)被認(rèn)為是目前最新最有前途的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。低軌互聯(lián)衛(wèi)星系統(tǒng)是指基于衛(wèi)星通信、通過(guò)一定數(shù)量的低軌小衛(wèi)星形成規(guī)模組網(wǎng)，從而輻射全球，構(gòu)建能夠處理實(shí)時(shí)信息、向地面和空中終端提供互聯(lián)網(wǎng)接入等通信服務(wù)的新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要有以下特點(diǎn)：一是質(zhì)量輕、成本低、研制周期短，低軌互聯(lián)衛(wèi)星一般采用部件小型化和輕型化的技術(shù)，研制一般為2年，可以在短時(shí)間形成組網(wǎng)探測(cè)能力；二是覆蓋廣、時(shí)延短、可靠性高，衛(wèi)星之間互為備份，系統(tǒng)健壯可靠，運(yùn)行軌道高度較低，衛(wèi)星間通過(guò)星際鏈路互通，傳輸延時(shí)短，路經(jīng)損耗小。建設(shè)以低軌互聯(lián)衛(wèi)星為主要依托的天基寬帶互聯(lián)網(wǎng)，與地面寬帶網(wǎng)絡(luò)等互聯(lián)融合，可進(jìn)一步滿足人們對(duì)全球無(wú)縫覆蓋的寬帶網(wǎng)絡(luò)需求，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要設(shè)想。

低軌小衛(wèi)星星座發(fā)展由20世紀(jì)90年代末起步，美國(guó)提出了天基綜合信息網(wǎng)的基本概念，歐洲也提出了構(gòu)建“面向全球通信的綜合空間基礎(chǔ)設(shè)施（ISICOM）”的設(shè)想[4]，建立了“銥星”和“全球星”，主要用于衛(wèi)星電話中繼，但受限于技術(shù)和成本，商業(yè)化運(yùn)營(yíng)范圍很小。隨著衛(wèi)星制造技術(shù)、火箭發(fā)射、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星終端制造等技術(shù)的快速進(jìn)步，高帶寬、低延時(shí)的基于低軌道的衛(wèi)星通信已經(jīng)成為可能。2015年，美國(guó)Space X公司提出了“星鏈（Star Link）”計(jì)劃，第二次開(kāi)啟了世界范圍內(nèi)的低軌通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)建設(shè)浪潮。

自1960年美國(guó)發(fā)射第一顆氣象衛(wèi)星“泰羅斯”1號(hào)，氣象衛(wèi)星遙感技術(shù)成為近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)全球?qū)Φ赜^測(cè)發(fā)展速度最快、也是最為成熟的技術(shù)[5]。隨著小衛(wèi)星技術(shù)的快速發(fā)展，為氣象衛(wèi)星技術(shù)體制帶來(lái)了新的轉(zhuǎn)型發(fā)展機(jī)遇。美國(guó)作為全球商業(yè)衛(wèi)星氣象服務(wù)市場(chǎng)的領(lǐng)軍者，NOAA于2016年出臺(tái)了《商業(yè)航天政策》，允許NOAA 采購(gòu)商業(yè)數(shù)據(jù)，或在商業(yè)衛(wèi)星上搭載政府氣象有效載荷，或在政府衛(wèi)星上搭載商業(yè)氣象有效載荷，來(lái)彌補(bǔ)政府機(jī)構(gòu)現(xiàn)有能力的不足，從而確保國(guó)家天氣預(yù)測(cè)和預(yù)警服務(wù)能力不斷提升[6]。中國(guó)氣象局于2020年也提出了在低軌互聯(lián)衛(wèi)星上搭載中小型氣象載荷開(kāi)展氣象探測(cè)的思路，組網(wǎng)構(gòu)建研制周期短、響應(yīng)應(yīng)用需求快、覆蓋全球的“通信+氣象探測(cè)”一體化天基氣象觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)風(fēng)云系列、高分系列等遙感衛(wèi)星的能力形成縱向補(bǔ)充，通過(guò)高密度組網(wǎng)的星座能夠一定程度上滿足在全球范圍內(nèi)氣象探測(cè)數(shù)據(jù)傳輸與分發(fā)、氣象移動(dòng)通信和天基氣象載荷探測(cè)的業(yè)務(wù)需求，對(duì)提升我國(guó)全球氣象觀測(cè)、全球氣象預(yù)報(bào)、全球氣象服務(wù)能力具有重要意義，在氣象行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。

鑒于低軌互聯(lián)衛(wèi)星系統(tǒng)在移動(dòng)通訊的巨大優(yōu)勢(shì)以及良好的可拓展性，同時(shí)因?yàn)樾l(wèi)星星座建設(shè)兩大核心資源要素：頻率和軌道的唯一性，兩者的國(guó)際分配規(guī)則均為“先占先得”的搶占方式，日益增長(zhǎng)的需求使得衛(wèi)星頻率、軌道資源爭(zhēng)奪白熱化，國(guó)內(nèi)外掀起了一股群雄逐鹿的低軌互聯(lián)衛(wèi)星發(fā)展熱潮。

1 國(guó)內(nèi)外低軌通信衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)展

低軌通信星座（圖1）在物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶動(dòng)下，走出了20世紀(jì)末、21世紀(jì)初的發(fā)展低谷，迎來(lái)一個(gè)嶄新的發(fā)展高潮。以 L、S、VHF等低頻段為主的銥星（Iridrum）、全球星（Globalstar）、軌道通信（Orbcomm）等傳統(tǒng)低軌通信星座已完成升級(jí)換代，以中低速率業(yè)務(wù)為主，支持面向手持移動(dòng)通信和低功耗小型化物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)；以 Ku、Ka頻段甚至更高頻段為主的一網(wǎng)公司（OneWeb）、美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）等新興互聯(lián)網(wǎng)星座計(jì)劃呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，衛(wèi)星數(shù)量多，以中高速業(yè)務(wù)為主，支持互聯(lián)網(wǎng)接入、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)以及基站回程等服務(wù)[7-8]。

圖1 國(guó)外低軌通信星座發(fā)展過(guò)程[7]Fig. 1 International low-orbit communication constellation development[7]

1.1 全球第一次低軌通信衛(wèi)星建設(shè)熱潮

20世紀(jì)80年代開(kāi)始掀起的小衛(wèi)星技術(shù)熱潮對(duì)星座的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用，90年代初期，低軌通信星座開(kāi)始盛行，最多時(shí)有十幾個(gè)衛(wèi)星通信星座計(jì)劃。在20世紀(jì)末，伴隨銥星、全球星等低軌語(yǔ)音通信星座的興起，業(yè)界相繼提出了多個(gè)中低軌道互聯(lián)網(wǎng)星座的概念，其中包括微軟公司的Teledesic星座、法國(guó)阿爾卡特公司的Skybridge 星座（表1）。早期的中低軌衛(wèi)星通信星座以電話和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)為主。

銥星系統(tǒng)早期運(yùn)營(yíng)失敗，核心問(wèn)題是銥星的高成本導(dǎo)致了高價(jià)格，使其競(jìng)爭(zhēng)力較弱。據(jù)銥星公司最初估算，需要大約65萬(wàn)個(gè)用戶(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)盈虧平衡，但銥星系統(tǒng)運(yùn)行期間只有2萬(wàn)左右的用戶(hù)，市場(chǎng)需求的下降以及初期市場(chǎng)估算時(shí)過(guò)于樂(lè)觀，導(dǎo)致銥星公司經(jīng)營(yíng)難以為繼。盡管后期為了挽救市場(chǎng)，銥星電話大幅降價(jià)，但為時(shí)已晚。到公司破產(chǎn)時(shí)，銥星的全球用戶(hù)只有6萬(wàn)左右，與預(yù)想的用戶(hù)數(shù)量相差甚遠(yuǎn)。

同時(shí)，2000年互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)遭遇第一次低谷，這些通信星座設(shè)想全都停留在紙面上，而沒(méi)有付諸實(shí)施。但在那一輪浪潮中，業(yè)界已經(jīng)對(duì)星座結(jié)構(gòu)、頻率分配、接入方式、干擾、信號(hào)衰減、資費(fèi)等問(wèn)題做了相當(dāng)詳細(xì)的研究。因此，今天的低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座可以認(rèn)為是在這些技術(shù)基礎(chǔ)上的第二次產(chǎn)業(yè)浪潮。

表1 20世紀(jì)末的低軌星座計(jì)劃Table 1 Low-orbit constellation program in the 1990s

1.2 國(guó)外低軌互聯(lián)衛(wèi)星星座建設(shè)進(jìn)展

目前，國(guó)外提出衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃的既有波音、O3b、Telesat、ViaSat等老牌企業(yè)，也有OneWeb、SpaceX、Theia等新興科技公司，主要以提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)為主（表2）。O3b星座系統(tǒng)是目前全球唯一一個(gè)成功投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的中地球軌道（MEO）衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

表2 國(guó)外主要低軌通信衛(wèi)星計(jì)劃Table 2 Major international low-orbit communications satellite programs

1）Iridium NEXT重?zé)ㄐ律?/p>

2001年，銥星公司破產(chǎn)重組后，在2003年伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中的戰(zhàn)時(shí)通信方面發(fā)揮了重要作用，美軍由此成為銥星最重要客戶(hù)，并為其支付了3600萬(wàn)美元的包年費(fèi)用。

2007年，銥星公司發(fā)布了Iridium NEXT計(jì)劃，Iridium NEXT的單星質(zhì)量為860 kg，設(shè)計(jì)在軌使用壽命為15年。2017—2019年，Space X公司將75顆衛(wèi)星分8次完成部署。從商業(yè)邏輯來(lái)看，Iridium NEXT將聚焦窄帶業(yè)務(wù)，拓展寬帶業(yè)務(wù)，并逐步向?qū)拵I(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變。在已經(jīng)入軌運(yùn)行的低軌星座當(dāng)中，Iridium NEXT無(wú)論在規(guī)模、軌道高度還是服務(wù)模式上，都最為接近國(guó)內(nèi)企業(yè)暢想中的低軌寬帶星座，后續(xù)分析均以其為例。

2）O3b星座已在運(yùn)營(yíng)

O3b公司成立于2007年，其創(chuàng)始人Greg Wyler也是OneWeb的創(chuàng)始人，公司旨在為全球偏遠(yuǎn)地區(qū)（主要是非洲、亞洲和南美等）30 億上網(wǎng)困難或上網(wǎng)昂貴的人口提供高帶寬、低成本、低延遲的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。O3b 星座系統(tǒng)是目前全球唯一成功運(yùn)營(yíng)的中軌道寬帶星座衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

O3b方案和概念提出后，得到了SES、Google等大公司的支持，并于2010年底得到了全額資助。O3b星座服務(wù)了50個(gè)國(guó)家的客戶(hù)，惠及了超過(guò)1500萬(wàn)最終用戶(hù)，為6家石油和天然氣超級(jí)巨頭中的4家提供服務(wù)，為全球五大郵輪公司中的四家提供卓越的連接體驗(yàn)。

3）OneWeb星座破產(chǎn)重組

OneWeb公司成立于2012年，得到了谷歌的支持，2014年從破產(chǎn)的SkyBridge公司手中獲得國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）正式授權(quán)的部分Ku頻段資源。OneWeb共獲得五輪融資，融資總額超過(guò)34億美元，僅2019年就獲得單筆12.5億美元的投資。OneWeb投資方包含軟銀、維珍集團(tuán)、高通、國(guó)際通信衛(wèi)星公司、可口可樂(lè)等巨頭，至2020年3月已部署74顆衛(wèi)星，目標(biāo)用戶(hù)是個(gè)人消費(fèi)者和小型商業(yè)客戶(hù)，為全球提供低成本高速度的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

受全球新冠疫情影響，市場(chǎng)動(dòng)蕩導(dǎo)致公司融資困難，OneWeb公司于今年3月在美國(guó)申請(qǐng)破產(chǎn)，包括亞馬遜、Space X、衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商Eutelsat、私募股權(quán)公司Cerberus，以及兩家中國(guó)公司參與競(jìng)購(gòu)，競(jìng)購(gòu)重點(diǎn)關(guān)注的是估價(jià)10億美元的無(wú)線頻譜資源。

4）Starlink星座服務(wù)在即

2015年1月，Space X公司宣布了Starlink星座計(jì)劃，Starlink將部署1.2萬(wàn)顆通信衛(wèi)星，申請(qǐng)的軌道和頻率獲得了國(guó)際通訊聯(lián)盟（ITU）批準(zhǔn)，單星質(zhì)量為227 kg，整個(gè)計(jì)劃預(yù)計(jì)需要約100億美元，2015—2019年已完成了5輪近30億美元融資，Space X公司的火箭發(fā)射業(yè)務(wù)將提供30億美元的峰值收入。

至2020年6月，Starlink星座已由獵鷹9號(hào)可回收火箭部署482顆，成為目前全球衛(wèi)星在軌數(shù)量最多的商業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)，預(yù)計(jì)美國(guó)部分地區(qū)用戶(hù)最早可能在今年8月嘗試到Starlink星座寬帶服務(wù)。Starlink衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的延遲將為20 ms，目標(biāo)價(jià)格約為每月80美元（約合人民幣566元）。

低軌互聯(lián)網(wǎng)星座需要較大的前期投入，創(chuàng)業(yè)公司需要拿到足夠的融資以度過(guò)創(chuàng)業(yè)初期的“死亡谷”階段，LeoSat計(jì)劃尚未實(shí)施就已經(jīng)宣告停止運(yùn)作；OneWeb、Space X已拿到了較多融資，但預(yù)計(jì)仍然有資金缺口，OneWeb已于今年3月宣布破產(chǎn)重組、Space X于今年2月考慮將分拆Starlink單獨(dú)IPO；政府和軍方的支持也很重要，美軍是銥星系統(tǒng)最重要的客戶(hù)，加拿大Telesat公司已經(jīng)提前獲得了加拿大政府的訂單。

1.3 國(guó)內(nèi)低軌通信衛(wèi)星星座建設(shè)進(jìn)展

在全球低軌衛(wèi)星及天基互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展推動(dòng)下，中國(guó)航天科技集團(tuán)、中國(guó)航天科工集團(tuán)等國(guó)有企業(yè)和銀河航天、國(guó)電高科等民營(yíng)企業(yè)也分別制定了低軌衛(wèi)星計(jì)劃，積極參與到該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)（表3）。同時(shí)，為了整合資源，國(guó)防科工局正在牽頭對(duì)我國(guó)低軌互聯(lián)衛(wèi)星項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，促進(jìn)形成一體化的低軌互聯(lián)衛(wèi)星系統(tǒng)。

表3 國(guó)內(nèi)主要低軌通信衛(wèi)星計(jì)劃Table 3 Major China low-orbit communications satellite programs

1）鴻雁星座（低軌窄帶+寬帶星座）

2016年，中國(guó)航天科技公司提出“鴻雁星座全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)”計(jì)劃，包含一個(gè)移動(dòng)通信星座和一個(gè)寬帶通信星座，為導(dǎo)航、航空、航海等領(lǐng)域提供綜合服務(wù)。

2018年11月，航天科技集團(tuán)、中國(guó)電信、中國(guó)電子、國(guó)新國(guó)同4家央企及其相關(guān)企業(yè)共同發(fā)起成立東方紅衛(wèi)星移動(dòng)通信有限公司，注冊(cè)資本金20億元人民幣，負(fù)責(zé)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)全球低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信與空間互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（前身為“鴻雁星座”），項(xiàng)目首期投資200億元。

2018年底，鴻雁星座發(fā)射首顆試驗(yàn)星，配置L/Ka頻段通信載荷、導(dǎo)航增強(qiáng)載荷、航空監(jiān)視載荷，預(yù)計(jì)2022年建成60顆核心骨干衛(wèi)星組成的鴻雁星座一期并投入運(yùn)營(yíng)，主要實(shí)現(xiàn)全球移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)、導(dǎo)航增強(qiáng)、航空監(jiān)視等功能；預(yù)計(jì)2025年完成二期建設(shè)，系統(tǒng)由數(shù)百顆寬帶通信衛(wèi)星組成，可實(shí)現(xiàn)全球任意地點(diǎn)的互聯(lián)網(wǎng)接入。

2）虹云工程（低軌寬帶通信星座）和行云工程（低軌窄帶通信星座）

2016年，航天科工集團(tuán)提出“虹云工程”和“行云工程”。虹云工程計(jì)劃發(fā)射156顆衛(wèi)星，構(gòu)建全球覆蓋的低軌Ka寬帶通信星座系統(tǒng)，滿足中國(guó)及國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)欠發(fā)達(dá)地區(qū)、規(guī)模化用戶(hù)單元同時(shí)共享寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)的需求。行云工程計(jì)劃發(fā)射80顆星，建立面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的低軌窄帶衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)，為用戶(hù)提供128字節(jié)短報(bào)文數(shù)據(jù)雙向傳輸。

虹云工程技術(shù)驗(yàn)證星2018年底發(fā)射入軌開(kāi)始測(cè)試。計(jì)劃2020年，發(fā)射4顆業(yè)務(wù)試驗(yàn)星組建小星座，2022年實(shí)現(xiàn)全部156顆衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行，完成業(yè)務(wù)星座構(gòu)建。行云工程首顆技術(shù)驗(yàn)證星已于2017年發(fā)射，2020年5月發(fā)射了兩顆試驗(yàn)衛(wèi)星，2021年計(jì)劃建成由12顆衛(wèi)星組成的小規(guī)模星座，到2025年建成由80顆衛(wèi)星組成的全星座系統(tǒng)。

2018年底，行云公司邀請(qǐng)包括氣象、海洋、應(yīng)急管理等行業(yè)150家單位成立了天基物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，涵蓋商業(yè)衛(wèi)星的科研、制造、運(yùn)營(yíng)、服務(wù)、應(yīng)用和金融資本等多類(lèi)型企業(yè)。

3）銀河Galaxy星座（低軌寬帶通信星座）

銀河航天公司成立于2018年，由獵豹移動(dòng)聯(lián)合創(chuàng)始人、前總裁徐鳴創(chuàng)立，獲得了順為資本、晨興資本、IDG資本等投資機(jī)構(gòu)融資支持，2019年企業(yè)估值50億元，成為國(guó)內(nèi)商業(yè)航天企業(yè)估值最高的創(chuàng)業(yè)公司之一。

銀河航天提出采用5G標(biāo)準(zhǔn)的“銀河Galaxy”低軌寬帶衛(wèi)星星座，衛(wèi)星重約227 kg，單顆衛(wèi)星的通信帶寬高達(dá)10 GB，使用Ka/Q/V頻段，該衛(wèi)星不但能提供不間斷的5G信號(hào)，還可以提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，可提供覆蓋全球的天地融合5G通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

2020年2月首發(fā)星成功，銀河航天計(jì)劃在3年內(nèi)再發(fā)射144顆衛(wèi)星，使星座帶寬總量達(dá)到20 TB，打造中國(guó)版的“星鏈”系統(tǒng)。

4）天啟物聯(lián)網(wǎng)星座（低軌窄帶通信星座）

國(guó)電高科公司成立于2015年，是目前國(guó)內(nèi)唯一取得VHF和UHF頻段無(wú)線電通信頻率使用許可證及相關(guān)電信增值業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)許可的民營(yíng)公司。天啟物聯(lián)網(wǎng)星座由國(guó)電高科部署和運(yùn)營(yíng)，2019年4月股權(quán)融資1億元，計(jì)劃到2021年前部署完成由38顆低軌衛(wèi)星組成的覆蓋全球的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信星座，重點(diǎn)以智慧農(nóng)業(yè)、漁業(yè)救援、電力、油氣運(yùn)輸、海洋運(yùn)輸及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等行業(yè)應(yīng)用為切入點(diǎn)。

目前，“天啟星座”已完成6星組網(wǎng)，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)星座，計(jì)劃今年底，實(shí)現(xiàn)20顆衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行，對(duì)全球覆蓋區(qū)域內(nèi)任意地點(diǎn)的時(shí)間分辨率縮短到10 min內(nèi)，地面通信終端功率穩(wěn)定在0.1～0.5 W，滿足80%以上衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)星座用戶(hù)任務(wù)場(chǎng)景應(yīng)用需求。天啟星座通信終端銷(xiāo)售價(jià)格量產(chǎn)后能夠控制在百元級(jí)別，資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)與短信相當(dāng)。

2019年，由國(guó)防科工局、工業(yè)和信息化部牽頭整合航天科工、航天科技、中國(guó)電科等國(guó)企提出的低軌通信衛(wèi)星星座計(jì)劃，按功能和用途、不同計(jì)劃分為多期多批建設(shè)，運(yùn)行軌道高度約為800～2000 km。以寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)為主、以窄帶數(shù)據(jù)傳輸為輔，采用天地融合組網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，為政府、軍隊(duì)、商業(yè)用戶(hù)提供互聯(lián)網(wǎng)接入、專(zhuān)網(wǎng)接入、導(dǎo)航增強(qiáng)、遙感及數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)傳輸服務(wù)。

表4 商業(yè)航天項(xiàng)目資金需求估算Table 4 Estimation of funding requirements for commercial space projects

2 低軌通信衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)潛在風(fēng)險(xiǎn)分析

一方面，低軌衛(wèi)星系統(tǒng)較傳統(tǒng)通信衛(wèi)星具有諸多優(yōu)勢(shì)：覆蓋范圍廣，可實(shí)現(xiàn)全球無(wú)縫通信；信號(hào)傳輸時(shí)延小，傳輸損耗?。恍l(wèi)星體積小、重量輕、制造成本低，可實(shí)現(xiàn)一箭多星；研制周期短、發(fā)射成本低，可靈活補(bǔ)充等。另一方面，低軌衛(wèi)星系統(tǒng)的建設(shè)目前仍面臨著發(fā)射能力不足，前期資本投入大，商業(yè)應(yīng)用不明晰，軌道、頻率沖突等風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 巨額資本投入帶來(lái)財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)

1998年建成的第一代銥星系統(tǒng)共花費(fèi)超過(guò)50億美元（破產(chǎn)后以2500萬(wàn)美元出售），2013年建成的全球星系統(tǒng)共花費(fèi)33億美元，即使目前衛(wèi)星建造成本和發(fā)射成本較當(dāng)時(shí)有所下降，OneWeb星座融資34億美元，仍然走向破產(chǎn)保護(hù)。

以國(guó)內(nèi)目前的人力資源成本、衛(wèi)星制造水平和火箭發(fā)射技術(shù)，研制并部署一個(gè)全球?qū)崟r(shí)覆蓋、包含60顆衛(wèi)星的低軌通信衛(wèi)星系統(tǒng)（寬窄帶結(jié)合，并擁有艦艇自動(dòng)識(shí)別（AIS）和民用航空自動(dòng)識(shí)別功能（ADS-B）的星座），至少需要投資200億元[9]。只有星座完全部署才能為用戶(hù)提供最佳體驗(yàn)，對(duì)企業(yè)造成了較大的資金壓力，特別是私有商業(yè)公司。同時(shí)，低軌道小衛(wèi)星壽命約5年，衛(wèi)星的替換給星座后續(xù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。

銥星通訊公司于2000年底以低價(jià)獲得了原銥星公司完整的低軌星座及地面設(shè)施、成熟的用戶(hù)終端設(shè)計(jì)和有關(guān)專(zhuān)利等資產(chǎn)，目前尚處于負(fù)債經(jīng)營(yíng)之中。2014—2018年，由于第二代銥星系統(tǒng)部署工作逐步推進(jìn)，銥星通訊公司總收入從4.09億美元增長(zhǎng)至5.23億美元，年均復(fù)合增速為 6.37%；凈債務(wù)從7.33億美元增長(zhǎng)至15.8億美元，年均復(fù)合增速為 21.17%，高于營(yíng)收增速；公司近年來(lái)資本支出保持在4億美元左右，資產(chǎn)負(fù)債率高，近5年在60%左右波動(dòng)。公司不僅需要在漫長(zhǎng)的前期建設(shè)階段投入大量資金，還需要在后續(xù)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)持續(xù)投入，以維持星座的運(yùn)轉(zhuǎn)。

根據(jù)航天十二院戰(zhàn)略規(guī)劃推進(jìn)部發(fā)布的《2020年世界商業(yè)航天發(fā)展報(bào)告》分析，建成Starlink低軌互聯(lián)網(wǎng)星座需要100億美元，建成OneWeb低軌互聯(lián)網(wǎng)星座資金需求在70億美元，建成Iridium NEXT星座和Telesat低軌星座的資金需求均在30億美元以上。

2.2 商業(yè)應(yīng)用不明晰帶來(lái)運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)

建設(shè)初期，商業(yè)航天企業(yè)對(duì)外部融資依賴(lài)較大，一旦融資不暢，就將面臨資金鏈斷裂的危機(jī)。據(jù)美國(guó)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）數(shù)據(jù)顯示，2018年，全球太空經(jīng)濟(jì)規(guī)模達(dá)到3600億美元，衛(wèi)星服務(wù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)1265億美元，約占總規(guī)模的35%。商業(yè)航天公司需要具有自我造血的能力，挖掘科學(xué)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)應(yīng)用、廣告營(yíng)銷(xiāo)等更多方面的用戶(hù)需求訂單，向衛(wèi)星服務(wù)產(chǎn)業(yè)下游擴(kuò)展。

根據(jù)銥星通訊2019財(cái)年報(bào)告，銥星二代星座的替換任務(wù)是導(dǎo)致凈虧損增加的主要原因。銥星通訊2019年5.60億美元收入包含了服務(wù)收入4.47億美元、設(shè)備銷(xiāo)售及工程支持項(xiàng)目收入1.13億美元。其中，來(lái)自最大的單一客戶(hù)美國(guó)政府的收入約1億美元，占總收入不到20%。截至2019年底，銥星擁有了130萬(wàn)個(gè)可計(jì)費(fèi)用戶(hù)，去年同期為112.1萬(wàn)個(gè)，同比增長(zhǎng)15.97%。具體來(lái)看，銥星的商業(yè)業(yè)務(wù)擁有116.5萬(wàn)個(gè)可計(jì)費(fèi)用戶(hù)，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)用戶(hù)為80.2萬(wàn)個(gè)，占比高達(dá)68.84%，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)業(yè)務(wù)有望再進(jìn)一步提升。

從銥星通訊2019財(cái)報(bào)可見(jiàn)兩個(gè)重要趨勢(shì)：首先，曾經(jīng)挽救了銥星的政府用戶(hù)如今在服務(wù)收入上只占不足20%的比例，商業(yè)用戶(hù)已經(jīng)成為銥星的主要收入來(lái)源。因此，政府雖然是商業(yè)星座的重要用戶(hù)，但開(kāi)發(fā)商業(yè)用戶(hù)才是決定性的。其次，無(wú)論在商業(yè)用戶(hù)還是政府用戶(hù)中，物聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了傳統(tǒng)的話音和數(shù)據(jù)用戶(hù)，在營(yíng)業(yè)收入中的占比越來(lái)越高。

2.3 軌道、頻率沖突帶來(lái)的政策風(fēng)險(xiǎn)

低軌通信衛(wèi)星系統(tǒng)所需在軌衛(wèi)星數(shù)量龐大，參與競(jìng)爭(zhēng)企業(yè)眾多，給捉襟見(jiàn)肘的軌道和頻率資源分配提出了更大的挑戰(zhàn)。世界各國(guó)和組織越來(lái)越重視衛(wèi)星頻率和衛(wèi)星軌道的戰(zhàn)略意義，基于靜止衛(wèi)星軌道資源“先占先得”的原則，紛紛自行或聯(lián)合制造衛(wèi)星，搶占軌道和頻率資源。

就目前國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）登記情況（表5）看，地球同步靜止軌道C頻段通信衛(wèi)星已接近飽和，Ku頻段通信衛(wèi)星也很擁擠（圖2）。由此造成的衛(wèi)星之間“撞車(chē)”的情況時(shí)有發(fā)生，全球衛(wèi)星系統(tǒng)間的頻率資源協(xié)調(diào)成為非常關(guān)鍵的問(wèn)題。同時(shí)，由于低軌衛(wèi)星星座自身龐大的衛(wèi)星數(shù)量、全球性的覆蓋范圍，在干擾協(xié)調(diào)、設(shè)備能力上都會(huì)遇到與同步軌道衛(wèi)星相異的挑戰(zhàn)，其中最為關(guān)鍵的就是與同步軌道衛(wèi)星的頻率干擾問(wèn)題。

表5 衛(wèi)星通信常用頻段（摘自國(guó)際電聯(lián)）Table 5 Common frequency bands for satellite communications (from ITU)

3 低軌互聯(lián)星座產(chǎn)業(yè)鏈分析

低軌互聯(lián)星座產(chǎn)業(yè)鏈包括衛(wèi)星及地面系統(tǒng)制造、運(yùn)載火箭制造、用戶(hù)站制造、衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)及電信運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)，其中上游為衛(wèi)星及運(yùn)載火箭制造、地面系統(tǒng)制造、用戶(hù)站制造，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)為中游，電信運(yùn)營(yíng)等衛(wèi)星應(yīng)用為下游。根據(jù)2019年美國(guó)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）發(fā)布的衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)年度報(bào)告，衛(wèi)星制造和發(fā)射服務(wù)約占衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)收入的10%，衛(wèi)星地面系統(tǒng)制造、用戶(hù)站制造約占衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)收入的45%，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)服務(wù)約占衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)收入的45%。

參照Space X或OneWeb 建造時(shí)序，低軌互聯(lián)星座首先研制和部署衛(wèi)星，因此衛(wèi)星制造產(chǎn)業(yè)鏈和運(yùn)載火箭產(chǎn)業(yè)鏈將率先受益；地面系統(tǒng)與衛(wèi)星同步建設(shè)緊隨其后，包括信關(guān)站、測(cè)控站等。衛(wèi)星星座和地面站建設(shè)完成系統(tǒng)可以提供服務(wù)后，用戶(hù)站制造將開(kāi)始放量。最后是衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商的客戶(hù)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，達(dá)到盈虧平衡點(diǎn)后開(kāi)始盈利。

借鑒風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星和北斗氣象試驗(yàn)示范應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)，氣象部門(mén)可以發(fā)揮氣象行業(yè)優(yōu)勢(shì)，積極參與低軌互聯(lián)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈的用戶(hù)站制造和衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)、衛(wèi)星應(yīng)用工作。

3.1 用戶(hù)站

用戶(hù)終端設(shè)備主要包括衛(wèi)星電視終端、衛(wèi)星無(wú)線電終端、衛(wèi)星寬帶終端、衛(wèi)星移動(dòng)通信終端等組件和產(chǎn)品。隨著低軌互聯(lián)網(wǎng)星座投入運(yùn)營(yíng)，用戶(hù)站規(guī)模將開(kāi)始放量，潛在市場(chǎng)巨大。

以O(shè)neWeb為例[10]，所有終端均為熱點(diǎn)覆蓋形態(tài)，將衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)、地面LTE/3G、Wi-Fi集成為一體，為用戶(hù)站周邊一定區(qū)域的個(gè)人提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。用戶(hù)終端的大小將控制在30 cm×65 cm，天線大小預(yù)計(jì)36 cm×16 cm，預(yù)計(jì)終端和現(xiàn)行筆記本大小類(lèi)似，可方便地移動(dòng)端需求，價(jià)格定位在200～300美元。

假設(shè)我國(guó)低軌互聯(lián)網(wǎng)星座用戶(hù)站單價(jià)為1000元，按2025年4000萬(wàn)用戶(hù)估計(jì)，用戶(hù)站銷(xiāo)售收入可達(dá)到400億元。相對(duì)于衛(wèi)星、火箭等制造業(yè)，用戶(hù)站整機(jī)門(mén)檻相對(duì)較低，預(yù)計(jì)未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)者較多。國(guó)內(nèi)從事用戶(hù)站整機(jī)研制的企事業(yè)單位較多，氣象部門(mén)具有風(fēng)云系列衛(wèi)星、北斗衛(wèi)星等用戶(hù)站研制和行業(yè)應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)與國(guó)內(nèi)用戶(hù)站研發(fā)單位合作參與低軌互聯(lián)衛(wèi)星建設(shè)，負(fù)責(zé)氣象、水文、海洋、環(huán)保等相關(guān)行業(yè)的用戶(hù)站研發(fā)與建設(shè)。

圖2 全球主要非靜止軌道寬帶通信星座軌道分布示意圖（截止到2020年1月17日）Fig. 2 Map of the orbital distribution of the world’s major non-geostationary orbit broadband communications constellations (until 17 January 2020)

圖3 低軌互聯(lián)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)服務(wù)示意圖Fig. 3 Map of low-orbit connected satellite operation services

3.2 衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)

衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)服務(wù)（圖3）分為空間段運(yùn)營(yíng)服務(wù)和地面段運(yùn)營(yíng)服務(wù)兩部分，空間段運(yùn)營(yíng)主要是通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)租賃業(yè)務(wù)，地面段運(yùn)營(yíng)主要包括支持用戶(hù)訪問(wèn)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器并實(shí)現(xiàn)用戶(hù)間通信的地面設(shè)施。預(yù)計(jì)2025年，我國(guó)衛(wèi)星移動(dòng)通信用戶(hù)將達(dá)到300萬(wàn)，用戶(hù)對(duì)于寬帶接入、機(jī)載通信、遠(yuǎn)程教育、新聞采集、企業(yè)聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的需求越來(lái)越旺盛。

衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)公司的主要資產(chǎn)為天上的衛(wèi)星星座和信關(guān)站、測(cè)控站等地面設(shè)施，按200億投資額，考慮衛(wèi)星5年折舊、地面設(shè)施10年折舊，則每年固定資產(chǎn)折舊費(fèi)用達(dá)到40億元。由于衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)企業(yè)固定成本占比較高，其收入規(guī)模一旦突破盈虧平衡點(diǎn)，其利潤(rùn)彈性將非常大。鑒于低軌互聯(lián)衛(wèi)星系統(tǒng)在氣象行業(yè)的巨大應(yīng)用潛力，氣象部門(mén)與國(guó)內(nèi)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)企業(yè)加強(qiáng)“基礎(chǔ)復(fù)用”，整合風(fēng)云氣象衛(wèi)星、低軌互聯(lián)衛(wèi)星的地面通訊基礎(chǔ)設(shè)施，推動(dòng)地基天線、關(guān)口站、通訊終端的共享共用；推進(jìn)“通信專(zhuān)用”，基于低軌互聯(lián)衛(wèi)星通信能力，建立氣象部門(mén)的專(zhuān)用資源通信系統(tǒng)，加快推進(jìn)其在氣象行業(yè)的深層次應(yīng)用。

4 低軌互聯(lián)衛(wèi)星氣象應(yīng)用需求分析

由于低軌互聯(lián)衛(wèi)星具有研制周期短、成本低、延時(shí)短的特點(diǎn)，同時(shí)數(shù)量眾多，全球覆蓋，為構(gòu)建低延時(shí)通信天地一體化氣象感知網(wǎng)絡(luò)提供了很好的解決方案，如果再能搭載一些中小型氣象載荷開(kāi)展氣象探測(cè)，就能具備全球組網(wǎng)觀測(cè)能力，對(duì)提升我國(guó)全球氣象觀測(cè)、全球氣象預(yù)報(bào)、全球氣象服務(wù)能力具有重要意義，在氣象行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。

4.1 提升氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)收集能力

低軌互聯(lián)衛(wèi)星系統(tǒng)具有全球覆蓋、低延遲、低成本、不受地形限制等通信優(yōu)勢(shì)，衛(wèi)星星座通過(guò)星間激光鏈路傳輸數(shù)據(jù)，不需要大量地基基站便可實(shí)現(xiàn)地面觀測(cè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，彌補(bǔ)當(dāng)前主要通信手段的不足，可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)臺(tái)站通訊信號(hào)不穩(wěn)定、成本高以及海外站受基礎(chǔ)設(shè)施限制無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回傳等問(wèn)題，能顯著提升我國(guó)西部地區(qū)、海上等偏遠(yuǎn)地區(qū)以及海外的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸能力。

4.2 支撐探空觀測(cè)技術(shù)體制改革

低軌互聯(lián)衛(wèi)星系統(tǒng)可以在探空儀與數(shù)據(jù)中心之間起到數(shù)據(jù)中繼傳輸?shù)淖饔?，?shí)現(xiàn)探空儀和數(shù)據(jù)中心之間的通信和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸服務(wù)。探空儀采集數(shù)據(jù)后通過(guò)集成在探空儀上的衛(wèi)星通信模組和衛(wèi)星天線實(shí)時(shí)傳送至低軌互聯(lián)衛(wèi)星星座，再由低軌互聯(lián)衛(wèi)星星座傳至數(shù)據(jù)中心，可替代現(xiàn)有探空站地面數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，探空站將只需具備放球功能，從而大大簡(jiǎn)化探空系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)探空業(yè)務(wù)的無(wú)人值守。

重點(diǎn)需要解決探空儀在升空過(guò)程中與低軌互聯(lián)衛(wèi)星間的通信天線設(shè)計(jì)問(wèn)題，保持通信天線姿態(tài)穩(wěn)定，才能確保數(shù)據(jù)傳輸成功率。

4.3 擴(kuò)大全球氣象服務(wù)覆蓋范圍

由于全球覆蓋的通信優(yōu)勢(shì)，低軌互聯(lián)衛(wèi)星系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全球氣象預(yù)警信息實(shí)時(shí)短報(bào)文通信服務(wù)，對(duì)各區(qū)域的應(yīng)用終端進(jìn)行預(yù)警信息推送服務(wù)。結(jié)合我局突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)，可以把氣象預(yù)警信息及時(shí)的傳送至近海和遠(yuǎn)洋船舶、偏遠(yuǎn)地區(qū)、駐外使館和企業(yè)人員以及廣大海外用戶(hù)，拓寬預(yù)警信息覆蓋面。同時(shí)基于雙向短報(bào)文的特點(diǎn)，船舶上的終端用戶(hù)也能在極端氣象環(huán)境下，向沿岸或附近海域的船舶、救援中心發(fā)送求救信息，有機(jī)地將海洋氣象服務(wù)和海洋救援服務(wù)結(jié)合起來(lái)，更好地為用戶(hù)服務(wù)。

4.4 拓展天基氣象組網(wǎng)觀測(cè)能力

低軌衛(wèi)星星座組網(wǎng)衛(wèi)星數(shù)量多，研制周期短，能夠?yàn)闅庀筝d荷提供大量搭載平臺(tái)，針對(duì)最新技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需求迅速形成規(guī)?；奶旎M網(wǎng)觀測(cè)能力，與現(xiàn)有風(fēng)云氣象衛(wèi)星星座觀測(cè)能力形成互補(bǔ)。綜合考慮低軌互聯(lián)衛(wèi)星平臺(tái)的大小、功耗、穩(wěn)定性指標(biāo)等，難以搭載具有較強(qiáng)功能的對(duì)地觀測(cè)儀器，目前僅具備搭載百千克以?xún)?nèi)的太赫茲冰云探測(cè)載荷、掩星探測(cè)載荷、GNSS-R探測(cè)載荷等中小型氣象載荷（圖4）[11-13]。尤其是掩星探測(cè)載荷，在多星組網(wǎng)觀測(cè)的情況下，相比于傳統(tǒng)氣象衛(wèi)星，捕捉掩星事件的概率大大增加，從而為數(shù)值預(yù)報(bào)提供更為豐富的垂直大氣信息，是目前最具應(yīng)用前景的可由低軌衛(wèi)星搭載的氣象類(lèi)載荷。

圖4 低軌衛(wèi)星氣象載荷示意圖Fig. 4 Meteorological payloads by low-orbit satellites

相較以通信服務(wù)為主的低軌互聯(lián)衛(wèi)星，搭載氣象探測(cè)載荷的小衛(wèi)星需要具備更高的姿控精度、熱控系統(tǒng)和衛(wèi)星軌道精度，探測(cè)儀器性能的一致性和數(shù)據(jù)定標(biāo)也至關(guān)重要。

5 氣象領(lǐng)域應(yīng)用展望

綜上可見(jiàn)，全球第二次低軌通信衛(wèi)星建設(shè)熱潮正在滾滾而來(lái)，美歐等國(guó)既有已建立的O3b星座、銥星二代等中低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)，又有OneWeb、Space X等正在建立的低軌互聯(lián)衛(wèi)星星座，我國(guó)在低軌互聯(lián)衛(wèi)星星座方面，雖然項(xiàng)目規(guī)劃與商用建設(shè)能力都與全球領(lǐng)先水平基本齊平，但我國(guó)通信衛(wèi)星數(shù)量占比、衛(wèi)星通信市場(chǎng)占比都低于全球平均水平，通信衛(wèi)星規(guī)劃數(shù)量遠(yuǎn)低于美國(guó)，“鴻雁星座”“虹云工程”“天象星座”“銀河Galaxy”等超過(guò)1000顆的中國(guó)低軌通信衛(wèi)星星座建設(shè)目標(biāo)，相較于美國(guó)Space X公司Starlink星座已獲批的1.2萬(wàn)顆衛(wèi)星，仍然存在巨大差距。

隨著低軌互聯(lián)衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷成熟，以及火箭發(fā)射能力逐步提升、成本不斷下降，我國(guó)低軌互聯(lián)衛(wèi)星市場(chǎng)空間有望進(jìn)入發(fā)展快車(chē)道。2020年4月，國(guó)家發(fā)改委發(fā)文將“以5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)為代表的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施”建設(shè)定義為“新基建”，在國(guó)家科技政策的引導(dǎo)下、在項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)費(fèi)的支持下，低軌互聯(lián)衛(wèi)星未來(lái)將會(huì)帶來(lái)繼“北斗”導(dǎo)航之后相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的再一次黃金發(fā)展機(jī)遇，也將持續(xù)成為國(guó)家政策支持的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

國(guó)內(nèi)氣象部門(mén)可將“全球氣象”發(fā)展思路和氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化建設(shè)中的實(shí)際需求，融入到國(guó)內(nèi)低軌互聯(lián)衛(wèi)星星座發(fā)展計(jì)劃之中，借鑒銥星公司、OneWeb公司、Space X公司的商業(yè)運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)與失敗教訓(xùn)，盡可能規(guī)避潛在商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，展望低軌互聯(lián)衛(wèi)星氣象應(yīng)用發(fā)展模式：1）積極參與國(guó)家低軌互聯(lián)衛(wèi)星發(fā)展頂層設(shè)計(jì)，氣象部門(mén)與國(guó)防科工局共同將低軌互聯(lián)衛(wèi)星氣象行業(yè)應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容納入到后續(xù)空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃中；2）申請(qǐng)?jiān)O(shè)立低軌互聯(lián)氣象應(yīng)用專(zhuān)項(xiàng)，聯(lián)合企業(yè)、高校、科研院所，利用多種合作模式開(kāi)展低軌互聯(lián)衛(wèi)星在氣象行業(yè)中的建設(shè)、應(yīng)用和推廣，研制氣象類(lèi)搭載載荷，研發(fā)數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用平臺(tái)，復(fù)制“北斗專(zhuān)項(xiàng)”和“高分專(zhuān)項(xiàng)”在氣象行業(yè)應(yīng)用的成功案例；3）通過(guò)商業(yè)合作，推動(dòng)“氣象+”低軌互聯(lián)衛(wèi)星應(yīng)用推廣：據(jù)測(cè)算，國(guó)內(nèi)建設(shè)一個(gè)60顆低軌互聯(lián)衛(wèi)星的星座預(yù)計(jì)需要200億元，因此以氣象部門(mén)現(xiàn)有資金或是單獨(dú)申請(qǐng)立項(xiàng)來(lái)發(fā)展低軌互聯(lián)衛(wèi)星，均不是現(xiàn)實(shí)可行方案，并且頻率和軌道資源、后期商業(yè)運(yùn)營(yíng)經(jīng)費(fèi)都是難以完成的任務(wù)。

發(fā)揮中國(guó)氣象局國(guó)有資本運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的作用，特別是利用好一批具有氣象衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)服務(wù)經(jīng)驗(yàn)、衛(wèi)星用戶(hù)站開(kāi)發(fā)應(yīng)用能力的局屬企業(yè)，選擇與國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)商業(yè)航天企業(yè)（如航天科技、航天科工、中國(guó)電科、東方紅衛(wèi)星移動(dòng)通信）開(kāi)展商業(yè)合作，重點(diǎn)關(guān)注低軌互聯(lián)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈中的運(yùn)營(yíng)服務(wù)以及衛(wèi)星通信芯片、地面終端等領(lǐng)域。

采用資源互換的商業(yè)合作模式，既提出氣象行業(yè)應(yīng)用需求，又拿出風(fēng)云氣象衛(wèi)星的已有資源，整合雙方地面通訊基礎(chǔ)設(shè)施，推動(dòng)地基天線、關(guān)口站、通訊終端的共享共用，共同推出低軌互聯(lián)衛(wèi)星氣象數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用平臺(tái)，積極向產(chǎn)業(yè)下游拓展服務(wù)。

采用加盟合作、股權(quán)轉(zhuǎn)讓的商業(yè)合作模式，推動(dòng)局屬企業(yè)與商業(yè)航天企業(yè)資本合作，形成利益共同體，推進(jìn)“通信專(zhuān)用”，基于低軌互聯(lián)衛(wèi)星通信能力，研發(fā)氣象專(zhuān)用衛(wèi)星通信芯片，研制專(zhuān)屬低軌衛(wèi)星通信用戶(hù)站，建立可涵蓋氣象、水文、海洋、環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?zhuān)用資源通信系統(tǒng)，并負(fù)責(zé)相關(guān)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)服務(wù)。

雖然低軌衛(wèi)星星座發(fā)展火熱，但銥星公司、OneWeb公司也都曾因資金鏈斷裂而破產(chǎn)重組，國(guó)內(nèi)90%初創(chuàng)企業(yè)難以渡過(guò)創(chuàng)業(yè)初期的“死亡谷”階段，共享單車(chē)也有前車(chē)之鑒。如果進(jìn)一步規(guī)避可能的商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，建議采用政府購(gòu)買(mǎi)服務(wù)的方式，購(gòu)買(mǎi)低軌互聯(lián)衛(wèi)星相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，由星地通訊信號(hào)變化反演大氣觀測(cè)數(shù)據(jù)[14]。例如2016年9月，美國(guó)NOAA將GPS無(wú)線電掩星數(shù)據(jù)服務(wù)合同給了本國(guó)的衛(wèi)星氣象數(shù)據(jù)服務(wù)公司Spire公司和GeoOptics公司，并評(píng)估商業(yè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)是否可以滿足氣象預(yù)報(bào)的需求。國(guó)內(nèi)也可以租用低軌衛(wèi)星搭載中小型氣象探測(cè)載荷，拓展天基氣象組網(wǎng)觀測(cè)能力；租用低軌互聯(lián)衛(wèi)星信道用于氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸，提升氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)全球收集能力，開(kāi)展全球氣象預(yù)警信息實(shí)時(shí)短報(bào)文通信服務(wù)，擴(kuò)大全球氣象服務(wù)覆蓋范圍。