■張祎蓮 李博（北京空間科技信息研究所）

1 總體態(tài)勢

衛(wèi)星通信行業(yè)處于轉型陣痛期，行業(yè)收入亟待“觸底反彈’

軌道革命加速進入新周期，新航天引領產業(yè)格局變遷

提速降費成為行業(yè)新常態(tài)，高低軌市場競爭愈發(fā)激烈

2 高軌態(tài)勢

高通量衛(wèi)星性能加速演進，下一代VHTS 系統(tǒng)蓄勢待發(fā)

自2005 年“互聯(lián)網協(xié)議星”（Ipstar）系列衛(wèi)星推出以來，高通量衛(wèi)星正式步入市場，基于多點波束、頻率復用以及高頻段通信等技術，通信衛(wèi)星容量從單星數(shù)Gbit/s 已快速演進至數(shù)百Gbit/s。在新興衛(wèi)星的設計上，載荷的處理能力不斷增強，星載數(shù)字透明處理器（DTP）處理帶寬實現(xiàn)百倍增長。2021年10 月24 日部署的SES-17 衛(wèi)星基于泰雷茲-阿萊尼亞空間公司（TAS）第五代DTP，處理帶寬達200GHz，配備200 個點波束，單條鏈路最大傳輸速率2Gbit/s，單星容量推測超過300Gbit/s。

受疫情導致的進度延誤影響，最新一代甚高通量衛(wèi)星（VHTS）計劃于近兩年集中發(fā)射，2022 年將成“VHTS 元年”。2022 年9 月6 日，歐洲最大的GEO 通信衛(wèi)星“歐衛(wèi)通連通甚高通量”（Eutelsat Konnect VHTS）成功發(fā)射，單星容量約500Gbit/s；Jupiter-3（單星容量500Gbit/s）、Viasat-3（共3顆，單星容量可達到Tbit/s 級別）、O3b mPower（目前共訂購11 顆，前7 顆總容量達10Tbit/s）等多顆高通量衛(wèi)星計劃于2022/2023 年入軌，預計2022 年內GEO 入軌衛(wèi)星總容量有望突破4Tbit/s，超過歷史入軌的GEO 衛(wèi)星容量總和（約3Tbit/s），正式開啟VHTS 時代。

此外，隨著衛(wèi)星的性能不斷增強，成本優(yōu)勢也更加凸顯，單位帶寬的服務成本大幅降低，根據(jù)歐洲咨詢公司預測，容量大于500Gbit/s 的VHTS 系統(tǒng)每月單位帶寬成本較早期的HTS 系統(tǒng)下降一個數(shù)量級。

衛(wèi)星靈活性引領技術新趨向，滿足市場更多元化需求

通過衛(wèi)星的靈活性設計提升資源利用效率，也成為高通量衛(wèi)星的重要性能演進方向，主要具有如下3 點技術特點：一是可調波束，實現(xiàn)覆蓋范圍動態(tài)優(yōu)化調整；二是數(shù)字處理，采用數(shù)字信道化器等實現(xiàn)網絡連接的靈活性；三是功率/頻率配置，實現(xiàn)更高效率的系統(tǒng)容量供給能力。

隨著2021 年7 月“ 歐洲量子”（Eutelsat Quantum）衛(wèi)星的成功發(fā)射，“完全軟件定義”的衛(wèi)星概念也從理論走向現(xiàn)實。目前來看，各類運營商均增大了對載荷靈活性的需求，根據(jù)特定應用場景，靈活性設計程度不一。但從市場預期看，傳統(tǒng)的透明轉發(fā)衛(wèi)星將以-14.6%的年均增速快速下降，具備全靈活功能的衛(wèi)星數(shù)量將以78.2%的年均增速快速增長，推測至2030 年具備靈活功能的衛(wèi)星占比將達98%。

高軌整星級軟件定義產品推出，沖擊產業(yè)發(fā)展格局

采用參數(shù)可調的單機與功能部件，有效載荷的標準化設計和衛(wèi)星平臺的模塊化設計使得衛(wèi)星的批量化生產成為可能。按照固定規(guī)格批產高軌整星，衛(wèi)星入軌后再由用戶動態(tài)調整配置，以此實現(xiàn)差異化任務功能。具備對需求變化快速的響應能力、對服務應用快速的適應升級，拓展更多的容量租賃模式，越來越成為運營商之間角力的關鍵所在。

在此基礎上，考慮到進一步提高衛(wèi)星的綜合性價比（容量、時間、成本效益）和可用性的發(fā)展需求，靈活的中小型GEO-HTS 衛(wèi)星開始加速進入市場。3家國外主流運營商已提早布局，推出下一代GEO 整星級靈活通信衛(wèi)星產品線，如空客公司的“一星”（OneSat）系列衛(wèi)星質量約3t，可生成數(shù)千個數(shù)字點波束，具備在軌100%可重構能力，能根據(jù)用戶需求變化瞬時（毫秒級）調整容量分配策略，為熱點目標區(qū)域集中提供數(shù)Gbit/s 的容量；泰雷茲-阿萊尼亞空間公司的“太空靈感”（Space Inspire）系列衛(wèi)星質量約2t，同樣具備在軌靈活重構能力，使用第六代DTP，單星容量100～200Gbit/s；波音公司基于O3b mPower 衛(wèi)星推出的BSS-702X 平臺也可適用于GEO 衛(wèi)星，單星質量約1.9t，采用電子掃描相控陣天線，支持生成超過4000 個數(shù)字點波束，波束形狀、位置同樣均可變可調。

高軌衛(wèi)星技術發(fā)展出現(xiàn)分水嶺，極致性能與高性價比呈兩種發(fā)展趨勢

為了進一步追求單星性能極致，具備超大容量、精細設計和嚴格測試要求的通信衛(wèi)星成為了行業(yè)的發(fā)展方向之一，引導GEO 通信衛(wèi)星“越做越大”。國際移動衛(wèi)星公司規(guī)劃的第六代Inmarsat-6 系統(tǒng)是“全球有史以來設計最精細、制造最精巧、測試最復雜的通信衛(wèi)星”，星上載有L 頻段（支持ELERA服務）和Ka 頻段（支持Global Xpress 服務）雙載荷，單星容量比整個Inmarsat-4 在軌系統(tǒng)容量還超過50%，首顆衛(wèi)星已于2021 年12 月22 日發(fā)射。

與之相對應的是，以高性價比為牽引，聚焦夠用的容量、快速的設計、優(yōu)化的測試，同樣促成了GEO 衛(wèi)星的另一種發(fā)展趨勢——小型化趨勢。除了上文提到的3 家主流運營商的GEO 整星級靈活產品線，多家初創(chuàng)公司也以小型GEO 通信衛(wèi)星為市場切入點，意圖瞄準對覆蓋范圍和性能要求較低的新興地區(qū)用戶，填補頻率、容量等資源需求空隙，降低市場準入門檻。如阿斯特拉尼斯（Astranis）公司推出了“微型靜止軌道衛(wèi)星”（MicroGEO），單星質量300～400kg，容量10Gbit/s，功率2kW；土星衛(wèi)星網絡公司（SSN/Saturn）也推出了“國家星”（Nationsat），單星質量600～1700kg，容量20～80Gbit/s，功率2.5kW。

3 低軌態(tài)勢

低軌競爭激化、格局復雜，兩大星座引領建設

2019 年以來，低軌商業(yè)通信星座的部署邁入高峰期，國際競爭形勢愈發(fā)復雜，美、俄、歐、中、加、日、印加速入場布局，除美、俄、中、加為本國獨自發(fā)展之外，其他均為多國聯(lián)合投資建設。值得關注的是，俄羅斯“球體”（Sfera）星座、歐盟主權寬帶衛(wèi)星星座、日本“空間集成計算機網絡”等系統(tǒng)在規(guī)劃中采用混合方案，納入高/中/低軌多功能衛(wèi)星，Inmarsat、歐洲衛(wèi)星公司（SES）、加拿大電信衛(wèi)星公司（Telesat）等運營商也規(guī)劃了多軌星座融合方案，意圖最大化復用資產，構建立體化網絡。

現(xiàn)有的低軌星座以“星鏈”“一網”兩大系統(tǒng)為引領，“群雄逐鹿”搶占市場先發(fā)位置和頻軌資源的態(tài)勢凸顯。目前，“星鏈”“一網”已事實性占據(jù)Ku 頻段資源；Ka 頻段中軌O3b 系統(tǒng)優(yōu)先，“光速”（Lightspeed）星座縮減規(guī)模，推遲建設；Q/V 頻段儲備階段，存在較大可利用空間。

典型星座分析：“星鏈”占據(jù)事實性優(yōu)勢地位

（1）星座研產與進度預期分析

“星鏈”星座建設步伐已實質性領先全球，發(fā)射頻次從2019 年的1 年2 發(fā)，快速增長至2022 年的平均每周（約6.2 天）1 發(fā)，2022 年5 月實現(xiàn)峰值5天3 發(fā)。

“星鏈”系統(tǒng)目前共規(guī)劃2 期3 階段，現(xiàn)今仍在推進第一期一階段星座建設工作，已于2021 年完成550km 殼層1 的部署，截至2022 年10 月22 日，累計部署3505 顆衛(wèi)星，在軌3229 顆，其中到達預定軌道并正常工作的衛(wèi)星數(shù)量為2731 顆。2022 年2 月，美國太空探索技術公司（SpaceX）官方聲明指出其工廠交付速度已突破45 顆/周，按此進度計算預計能夠按期完成第一期1.2 萬顆衛(wèi)星的里程碑節(jié)點。

（2）設計方案與衛(wèi)星能力加快迭代演進

“星鏈”星座的建設思路是前期放開試錯空間（以部分質量損失換效率/成本），大量采用商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）器件、密集實現(xiàn)單月N 發(fā)，整流罩空間用到極限，“多、快、夠”地建設星座，以期在第一時間搶市場?！靶擎湣毙l(wèi)星設計歷經3 次重大方案修改，體現(xiàn)出“邊建、邊試、邊用、邊優(yōu)化”的螺旋迭代創(chuàng)新建設思路。“星鏈”目前的v1.5 型衛(wèi)星單星尺寸3.1m×1.5m×0.25m，質量約290kg，容量約20Gbit/s；“星鏈”v2.0 衛(wèi)星則將實現(xiàn)更強的通信能力，單星長度（太陽翼未展開）約7m，質量1～1.25t，容量約200Gbit/s。

“星鏈”星座規(guī)劃情況

2022 年8 月19 日，SpaceX 公司宣布重新將獵鷹-9 納入“星鏈”v2.0 發(fā)射計劃，“星鏈”v2.0 衛(wèi)星將使用“星艦”（Starship）和獵鷹—9（Falcon-9）火箭混合發(fā)射。其中，對于LEO 軌道而言，“星艦”運力超100t，衛(wèi)星在發(fā)射后幾周就能投入運營；獵鷹-9 火箭運力則為23t，衛(wèi)星在發(fā)射后幾個月才能投入運營。對“星艦”發(fā)射方式進行估算，單次發(fā)射可部署80～100 顆“星鏈”v2.0 衛(wèi)星，但考慮實際整流罩內空間，按照單星收攏尺寸7m×1.5m×0.3m，并排2 顆推算，能夠支持約52～60 顆衛(wèi)星，而官方視頻則顯示54 顆，照此進度推算，30000 顆“星鏈”二期衛(wèi)星（如果獲批）需要556 發(fā)“星艦”任務才能打完。

（3）加快全球市場拓展和新業(yè)務布局

地面系統(tǒng)方面，現(xiàn)階段“星鏈”衛(wèi)星尚未實際開啟星間鏈路功能，必須依靠全球地面段信關站網絡，實現(xiàn)星上業(yè)務流、數(shù)據(jù)流與地面網轉接。目前，“星鏈”系統(tǒng)已在全球建設158 個地面信關站（以美歐地區(qū)為主），并與微軟和谷歌開展地面云服務合作。

市場推廣方面，“星鏈”已在全球超36 個國家/地區(qū)提供服務，實際用戶規(guī)模超50 萬，亞太地區(qū)正在加緊布局，計劃2023 年起在全球大部分地區(qū)啟動服務。

業(yè)務拓展方面，2022 年6 月30 日，SpaceX公司獲得了FCC 的許可，可以在移動工具（包括船只、飛機和車輛等）上提供“星鏈”服務。目前，SpaceX 公司已發(fā)布了“海事星鏈”（Starlink Maritime）服務，將向皇家加勒比集團提供服務，并推出“扁平高性能”海事終端；機載服務方面，SpaceX 公司也已與JSX、夏威夷航空公司等用戶達成合作協(xié)議?！靶擎湣睒I(yè)務的快速拓展可能會對現(xiàn)有的市場主導者（O3b、Inmarsat 等）構成一定的威脅。

星間組網優(yōu)勢需理性看待

作為推動空間組網優(yōu)化的關鍵技術，激光星間鏈路（OISL）雖非商業(yè)系統(tǒng)的必選項，但目前來看，“星鏈”v1.5 衛(wèi)星已規(guī)?；渴? 部激光通信終端（OCT，應為SpaceX 公司自研終端），“一網”二代、Telesat 公司“光速”、亞馬遜公司“柯伊伯”（Kuiper）系統(tǒng)也計劃配置相應能力，10Gbit/s 星間傳輸能力成為標配，遠景目標將達到100Gbit/s。然而，對于寬帶星座而言，星間鏈路傳輸帶寬（10Gbit/s）低于星地用戶鏈路（如“星鏈”容量已達20Gbit/s），容易出現(xiàn)網絡堵塞，且異軌道面穩(wěn)定星間鏈路技術難度較大，有待進一步發(fā)展；同時，主流終端單部價格約50 萬美元，若單星部署2～4 部，一期星座將共計部署上萬部星間鏈路終端，成本問題仍有待進一步評估。

拓展應用服務模式，沖擊軍事航天系統(tǒng)理念、形態(tài)與途徑

新興低軌星座的快速發(fā)展，誘發(fā)了美軍未來航天裝備體系新的轉變，多功能、多屬性集成式新體系架構，正處于快速探索、試驗階段。2018 年，美國防高級研究計劃局（DARPA）發(fā)起了“黑杰克”（Blackjack）低軌多功能演示驗證系統(tǒng)；2019 年，美國太空發(fā)展局（SDA）提出下一代“國防太空體系”（又稱“七層體系”，NDSA），低軌傳輸層系統(tǒng)將作為體系基底層，提供全球持續(xù)低時延數(shù)據(jù)通信傳輸，2022 年啟動0 階段工作星部署；2021 年底，美天軍啟動“混合太空架構”論證，融合軍民商盟衛(wèi)星系統(tǒng)，以獲取更多的容量、靈活度和彈性。

總結分析來看，商業(yè)低軌星座可以在部署效率、建設成本、應用類型、安全防護能力等多方面對軍民航天領域產生沖擊，將通過五種服務模式支撐軍事應用：一是直接采購商業(yè)服務“為軍所用”，成為國家綜合基礎設施的重要組成，提升天基信息支持作戰(zhàn)應用的效能；二是提供多類功能搭載服務，實現(xiàn)一星靈活應用，推動快速構建多功能的衛(wèi)星系統(tǒng)；三是共享研制資源，在工程研制層面（商業(yè)平臺、生產線、供應鏈）充分借鑒商業(yè)星座成果，加快軍事航天能力生成速度；四是天基互聯(lián)組網，通過統(tǒng)一接口標準，提升軍商系統(tǒng)的多樣化連接傳輸能力，為關鍵、海量軍事數(shù)據(jù)提供補充信息傳輸通道；五是云端高效協(xié)同，在異構互聯(lián)組網，實現(xiàn)天基資源的整合基礎上，開發(fā)太空資源的協(xié)同調用機制和操控系統(tǒng)，打造未來智能太空云體系。

4 結語

總體來看，隨著全球范圍內高速、持續(xù)、全覆蓋通信需求的不斷增長，應用市場的不斷開拓，行業(yè)競爭態(tài)勢愈發(fā)激烈，通信衛(wèi)星產業(yè)正在形成新的格局：高軌衛(wèi)星進一步向高通量、高靈活性轉型，低軌衛(wèi)星互聯(lián)網成發(fā)展熱點，在技術迭代、批量部署、應用服務等方面展現(xiàn)出諸多顛覆性特點。未來，通信衛(wèi)星產業(yè)仍會呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢，將與地面通信技術的換代升級深度耦合交織，共同推動信息網絡基礎設施邁向新的時代。