新兴地面站网运营商及发展趋势

+ 蓝天翼

前两篇文章分别论述了中继卫星商业化的趋势，及传统地面站网运营商的应对。除了雄踞地球南北极站点、及地面站网市场的KSAT和SSC公司，近年来一些新兴的初创公司陆续进入地面站网运营商行列，本文将对部分具有代表性的公司，及行业的发展趋势进行介绍。

一、新兴地面站网运营商

1、RBC Signals

RBC Signals成立于2015年，其理念是将全球闲置的地面站资源进行整合，为LEO卫星用户提供地面站网的服务。

尽管RBC Signals至今只有250万美元的融资，但通过三年的努力，目前已经拥有全球超过25个合作伙伴，以及在41个站址的超过63副天线资源（图1）。相比较于其他新兴地面站网公司，RBC Signals在亚洲和俄罗斯的地面站资源明显占优势。

在RBC Signals公司的发展过程中我们可以注意到，尽管从一开始，公司的起点是通过收集闲置或有闲置时间的地面站进行资源整合提供服务，但最后仍然迈出了自建站的一步——2017年6月，RBC Signals在阿拉斯加部署了第一个自有的地面站。

图1 RBC Signals公司地面站资源图

图2 ATLAS公司地面站资源图

这样的趋势与近年来融资大热的出行领域一致——共享资源能够在初期解决服务范围和用户规模问题，帮助快速起步，但随着用户对服务质量的追求不断提升，拥有自有的服务资源就成为中后期竞争和发展的关键。

2017年7月，RBC Signals开始为商业卫星星座Sky and Space Global的三颗试验卫星提供服务。

2018年，RBC Signals与ISRO的Antrix签署协议，将Antrix的32m的地面站纳入其站网体系，使得RBC Signals具备了深空探测飞行器的数据接收能力。

同时RBC Signals也宣布了新的计划，将开发光通信技术以满足未来服务于深空探测和LEO上日益增多的采用激光通信技术的卫星，并在今年10月的国际宇航大会（IAC）上与厄瓜多尔航天局签署谅解备忘录，将共同开发激光通信系统以支撑哥伦比亚-厄瓜多尔月球计划。

2.、ATLAS Space Operations

ATLAS是一家成立于2015年的创业公司，它致力于为卫星用户提供卫星通信服务。

ATLAS的解决方案有两个，一是以软件为中心，基于云的Freedom 软件平台，这种软件能够使用户降低昂贵的软件开发费用，简化操作；二是不断扩充的地面天线网络，该网络围绕Freedom软件平台构建，为卫星运营商和发射服务公司提供简单、经济和可扩展的选择。目前ATLAS已经拥有全球超过20个位置的天线资源（图2），与RBC Signals不相上下。

ATLAS在2018年与BlackSky公司签署协议，将为BlackSky星座提供多达60颗卫星的遥控遥测和数据接收服务。

值得注意的是，Bl ac k Sk y的投资人SpaceFlight Industries（SFI）公司，曾计划建设运营卫星地面站网系统，但最后还是选择了将自己的地面站加入更大的站网公司，让BlackSky购买站网公司的服务。

图3 SFI公司曾计划在2017年实现地面站网全球覆盖，然而事与愿违

图4 Bridge Sat公司规划的全球共9个激光通信地面站

3、 SpaceFlight Insudtries

SFI公司的主营业务并非地面站网，而是发射服务，但随着业务的不断增长，2015年，SFI公司宣布了自己的站网计划，希望通过自建+共享的模式，用2年的时间达到可观的全球站网规模（图3）。

遗憾的是，三年后的2018年，Black Sky公司仅仅拥有不超过3个地面站，虽然其宣称将在2019年建成10个地面站的网络，但三个月后，BlackSky就宣布与ATLAS公司达成合作，意味着放弃自建站网计划。

SFI公司负责人曾在2016年的专访中表示，希望能够充分利用SPIRE公司的地面站过剩容量，将其集成到自己的网络中，在SFI单独开辟一个部门进行地面站网的业务。但显然，这条道路并没有走通。

4、BridgeSat

BridgeSat公司成立于2015年，同样是从事地面站网系统服务的创业公司，差异化的是，其地面站网并不使用射频，而是全部采用光通信技术（图5）。

由于激光通信地面站数量少，BridgeSat的业务无法采用类似“共享”的商业模式，只能自建，所以其地面站数量远比采用射频的地面站网公司要少得多。目前BridgeSat规划的地面站网络一共只有9个站址（图4）。

考虑到卫星上的激光通信载荷远没有射频终端多，为了提升业务量，BridgeSat推出整体解决方案，与SSTL、Tesat等通信设备厂家合作，为用户提供激光通信终端。BridgeSat已经与芬兰SAR卫星运营商ICEYE签署协议，将为后者提供星载终端和地面站网络以解决其目前数传装置过大、功率过高的问题。

BridgeSat是地面站网公司中少数获得航天巨头基金青睐的公司之一，波音公司的HorizonX基金在2018年9月宣布参与BridgeSat的B轮融资，投资金额达到1000万美元。

激光通信技术更能代表未来卫星通信技术的趋势，尽管RBC Signals、ATLAS等初创公司能够迅速达到规模效应并开始有收入，但像BridgeSat这样的公司代表的未来趋势才是波音等行业龙头在Space 2.0时代更为看中的。

5、InfoStellar Inc.

日本Infostellar公司的愿景，是通过建立世界上最大的空间通信基础设施，将地球上的互联网扩展到外太空。其目标是希望人们在外太空和其他星球上生活和工作的时候，能够通过它们的空间基础设施与地球进行通信，就像当下位于地球上不同国家的人们之间进行视频聊天一样容易。

这个愿景能够实现的前提，就是要有一个遍布地球的地面站网，而Infostellar就通过类似Airbnb等短租平台的模式，在全球运营起了这样的一个天线共享网络——StellarStation。

地面站或天线的所有者可以在StellarStation的平台上销售他们的闲置时间，卫星运营商可以通过支付较低的费用来接入这些天线的使用。Infostellar预计，由于现有的地面基础设施远远跟不上一年400~600颗卫星的发射速度，这将会成为Infostellar的主要收入来源，Infostellar的CEO表示，2022年这一市场价值预计将达3~5亿美元。

以日本为中心，StellarStation曾计划在2017年底完成亚洲多个区域的覆盖，除此之外，还要在非洲、大洋洲、南美洲都完成站网覆盖。

但直到今天，StellarStation仅仅能够提供4个站址的服务，这与预期形成巨大反差。但这4个站址，的确覆盖了亚洲、欧洲、美洲和非洲。

图5 Bridge Sat公司的激光通信地面站效果图

图6 澳大利亚卫星物联网公司Fleet的首个控制中心，在Leaf Space的帮助下建成

6、Leaf Space

Leaf Space是一家成立于2014年的欧洲公司，总部在意大利，目前公司已经完成3轮融资，总金额为240万美元。它在成立之初并非是一个专注于卫星地面站网络的公司，而是瞄准发射市场，但由于融资受阻，业务逐渐转向地面站服务。

Leaf Space曾计划在2016年上半年建设4个地面站，在2016年底有8个地面站，在2017年开始运行20个地面站。到这时，用户通过Leaf Space的网络能够每天对卫星有6个小时的可见时间。

Leaf Space地面站网络将支持VHF、UHF、S和X频段，但在VHF频段和X频段将只支持下行链路。

与前面的几家公司类似，Leaf Space也有专用天线和共享天线两种模式，专用天线的用户只需要缴纳固定费用就可以享受不限量的单副天线服务，而共享天线的用户则可以灵活的按照使用时长来收费。

Leaf Space也为用户直接提供地面站的建设、升级和咨询等服务。2018年7月，澳大利亚卫星物联网公司Fleet的首个任务控制中心在Leaf Space的帮助下建设完成（图6），整个任务控制中心的建设时间为6个月。

2018年9月，Leaf Space与瑞士卫星物联网公司Astrocast签署地面站协议，将为Astrocast提供最多12副天线来支持其卫星物联网，协议中的天线将由Leaf Space负责建造和运营，Leaf Space会根据Astrocast的项目进展开始建设和扩建其地面站网系统。

图7 如今，南北极站网多了一个新优势：由于降雨少，对后续发展Ka及更高频段的地面站网络非常有利

二、地面站网运营趋势

在“新航天”浪潮的推动下，上述几家初创地面站网运营公司都集中在2014年~2015年出现，形成了传统地面站网运营公司KSAT和SSC牢牢占领市场，初创公司不断提升能力的局面。对地面站网运营领域，我们总结出四个发展趋势：全球扩张与共享合作、低成本、相控阵天线、激光通信。

1、全球扩张与共享合作

目前国际上的站网公司几乎都提出了全球建站的目标和计划，覆盖几乎所有大洲。

对于LEO卫星来说，由于其运动轨迹的特点，决定了要具备更长时间的数据接收能力，就必须有全球地面站的支持。而由于SSO卫星过顶南北极的次数较多，使得许多地面站的部署计划都将南北极作为“战略要地”。

KSAT和SSC就是典型例子，二者都起步于北欧，均逐步将站点扩展至南极后，开始在中纬度区域部署新的地面站网。基于南北极的“战略要地”，两家公司在一开始就能够让自己的地面站资源充分利用起来，达到比中低纬度地区地面站更高的使用效率，从而实现更多的收入以支持后续扩张。

KSAT和SSC公司可以说都是“自营”起步。而欧美新兴的地面站网运营公司则不约而同全部采用“共享模式”起步，逐渐开始“自营”。共享模式的优势和劣势同样明显，优势是可以快速扩张，价格低廉；劣势则是多个国家的资源整合协调障碍大，服务保障较差。

但共享模式的兴起从侧面反映了一个现实：具有闲置时长的地面站实在太多了。

地面站作为卫星入轨后与地面通信的必要手段，在过去很长时间内，一颗卫星配一个站甚至一颗卫星配多个站是常见现象。因为对于一颗动辄数亿美元的卫星，数百万美元单价的地面站算不上很大的开支。因此作为地面基础设施的一部分，不少昂贵的卫星系统都拥有自己独立的地面站网系统。

但存在闲置资源，代表着一定能共享到这些资源吗？通过上述对初创站网公司的分析可见，RBC Signals和ATLAS作为美国“共享站网”概念的代表，三年时间取得了全球20多个地点的共享资源，这与它们的预期一致；日本InfoStellar，意大利Leaf Space，尽管也曾雄心壮志地誓在三年内开拓全球20个以上站点资源，但到目前为止都只取得了4个。这在一定程度上表明，美国作为世界上全球化做得最好的航天产业强国，美国公司从事基于“共享经济”概念的全球化地面站网扩张，大概天生具备了良好的基因。

其实“共享”并非创业公司的专利，即使作为传统势力的代表，SSC公司目前运营的站网系统，也有12个站点是“共享”得来的。不仅SSC公司，世界航天的“老大哥”NASA的地面站网系统，也是“凑”出来的。NASA的SCaN系统的15个站点，只有4个是自建（图8）。其余站点中，1个属于美国国家海洋和大气管理局（NOAA），1个属于南非航天局（SANSA），3个属于KSAT公司，6个属于SSC公司。可见在地面站网领域，各方对于“共享”、“合作”的理念已达成共识。

欧空局也不例外，其用于自身任务的站点，只有7个是自建，11个是合作站点。由于NASA和欧空局本身也是很多项目的用户，因此其对地面站网的需求和部署都是站在成本和效能的角度综合考虑的。而由于这两个组织本身很多项目就是与商业公司或国家航天局合作的，因此其共享合作的站点多，就不足为奇了。

综上所述，几乎全球的地面站网运营商都按照全球布站模式制定战略与目标，但具体发展路径分为两派：“自营”出身的欧洲SSC和KSAT雄踞南北，在中纬度地区通过共享合作的形式拓展其站网覆盖以覆盖全球；“共享”出身的多家初创公司，尤其以美国公司为代表，通过合作共享迅速达到全球覆盖的目标，在积累一定订单后，逐步开始建设“自营”站以提升服务能力。而NASA和欧空局则根据实际使用需求，与商业公司和他国国家航天局达成合作，具备全球覆盖的能力。

图8 NASA SCa N系统里的15个地面站，多数为“共享”而来

图9 ATLAS公司计划在芬兰部署的多波束电控天线

2、低成本

微纳卫星，特别是立方星的兴起，为航天产业带来了一个新的供应链体系，也培育了一个新的下游服务体系。服务于大卫星的传统地面站动辄13m以上的天线口径，数千万的建设费用，高冗余的硬件配置和昂贵的使用费用，根本不是微纳卫星运营商们负担得起的。

在许多商业公司的创新及努力下，3U和6U立方星的报价已经能够达到100万美元以下，而100kg级别的微小卫星，成本也不过几百万美元。对于此类卫星，如果测控费用需要一年50万美元甚至更高，再加上300美元/轨的数传站使用费，那么从用户角度来说，小卫星的成本优势将荡然无存。

与过去几十年中地面站越大越好的思路截然相反，今时今日，无论是传统地面站网运营商，还是新兴地面站网公司，都选择了3.7m或者4.2m的地面站天线尺寸作为后续发展的主要方向，而地面站的射频或基带系统，都采用成熟的产品构架或SDR设计，究其原因，都是追求建设的低成本。而“共享”的思路对低成本的追求更是“赤裸裸”，通过使用闲置的地面站资源，省去运营商或用户的建站费用，以期大幅度降低整体运营成本。

在德国柏林召开的第10届遥感小卫星会议上，KSAT更是通过一个报告，“游说”小卫星用户买服务比建设地面站更划算。

世界范围内地面站网系统建设成本的降低，带来的正是使用价格的降低。以InfoStellar公司为例，其UHF频段的TT&C服务价格，地面站使用费为2.7美元/分钟，包月费用则优惠至每天能够使用40分钟，月费用3000美元，但在此之外，还需要额外缴纳一笔160美元/月的地面站许可费，按照一颗立方星每天4圈测控量算，每年的测控费用约为40000美元，合不到30万人民币。这对运营商来说，相信是普遍可以接受的。

图10 Empower Space Alliance提供的光学数据分发解决方案示意图

表1 近年各国进行的部分星地激光通信试验项目一览

3、相控阵天线

众所周知，相控阵天线目前尚未在各领域普及应用的主要原因就是“贵”，这似乎与上一项趋势“低成本”相矛盾，但新的应用业务场景的出现，已经使“贵”也有了价值，因为同时过顶的卫星数量越来越多，如果在一个站址想要同时跟踪更多卫星的状态，建设多个地面站与使用价格高昂的相控阵天线，很难说哪个是更优方案？

很难追溯是谁第一个提出在地面站使用相控阵天线，但可以肯定的是，1981年就已经有关于在地面站应用相控阵天线的专利出现。因为相控阵天线在这一应用场景的优势，是显而易见的。

而美国的SBIR项目也在2011年开放了一项用于纳卫星地面站通信的相控阵天线的课题，其中要求同时能够跟踪2颗以上卫星，支持UHF、S和C频段的通信，数据速率2Kbps~6Mbps，天线增益在所有支持频段不低于10dB，目标为30dB。

在2018年2月硅谷的Smallsat Innovation的会议上关于地面站的研讨环节中，KSAT公司CEO表示KSAT关注相控阵技术的应用，但其仍然太贵；RBC Signals公司CEO表示他非常“垂涎”于低成本的电扫描、多波束的相控阵技术，尽管现在的价格仍没有达到预期；而ATLAS公司CEO则直接说2018年3月，他们将在芬兰部署一个多波束电控天线（图9），可以同时与多颗卫星通信。但他同时表示，除非用户强烈希望有多颗卫星的同时跟踪能力，目前相控阵的成本仍然太高。

新事物的发展总是需要经历市场和成本的考验，目前来看，相控阵天线技术的市场已经具备，接下来各方需要努力的方向主要还是降低成本。

4、激光通信

在本专题第一篇关于中继卫星的文章中提到，美国及欧洲的中继卫星计划都已经决定采用星间激光中继的方式，但星地通信在很长一段时间内，由于各方面原因，并未有计划大规模使用。但事实是，全球各国、各类型激光星地链路的试验确实越来越多了（见表1）。

对于地面站网运营商来说，已经出现了像BridgeSat这样专注于从事激光通信地面站网运营的公司，也出现了像LaserLight这样致力于要用激光通信建立全球地面骨干网的通信系统的公司。所以，谁都没有放过这个新方向。

2017年4月，SSC公司与BridgeSat公司签署合作协议，将由BridgeSat为SSC公司的某些射频地面站点安装卫星光通信设备。SSC指出，现在有越来越多的卫星运营商在下载数据时开始考虑光通信，BridgeSat与SSC的互补性使得这一合作能够持续开展。

2018年8月，ATLAS公司与Xenesis、LaserLight公司宣布，将成立Empower Space Alliance，该联盟将为全球的航天器用户提供“交钥匙”的光学数据分发解决方案(图10)。这是地面站网运营商ATLAS第二次触及光通信领域，上一次是在2017年6月，ATLAS与Astrobotic公司宣布，将由ATLAS提供Astrobotic公司在月球任务中的激光通信载荷对地通信的地面站网接收服务。

2018年10月，KSAT公司与TESAT公司签署谅解备忘录，借此合作KSAT未来将实现光通信的下行链路服务以应对越来越多的航天器的对地激光通信需求。