国外新兴低轨通信星座发展态势分析

宋海丰（中国空间技术研究院）

近年来，全球低轨通信星座领域发展有持续加速的态势，尤以“一网”（OneWeb）计划为代表的宽带星座项目建设不断推进、业务合作稳步拓展、商业模式不断创新，将与地面通信技术领域的换代升级相联合，引领一场信息基础设施的巨大变革，产生深远的影响，值得关注和分析。

1 全球低轨通信星座竞争步入爆发前夜

低轨通信领域火热程度已达历史新高

20年来，低轨通信星座领域历经深刻调整与变革，逐步走出20世纪末的失败困境，从2014年开始快速回潮并保持了各个维度的高位增长态势。据不完全统计，近3年，全球已提出了数十个星座计划，且这一数字仍在逐年迅速攀升。

星座规模方面也发生了质的飞跃，与“铱”（Iridium）卫星、“全球星”（Globalstar）等传统星座的数十颗相比，包括一网公司（OneWeb）、波音公司（Boeing）、美国太空探索技术公司（SpaceX）、韩国三星公司（Samsung）等在内的多个星座计划都达到了数千颗卫星量级，仅SpaceX公司的4000余颗卫星总发射质量就将达到1708t，将超过历史上发射的所有低地球轨道（LEO）通信卫星质量之和；发展主体越来越多，绝大多数的星座计划都由新兴初创公司提出，为传统行业引入了新的发展模式和理念，也吸引了大规模投资，一网公司和SpaceX公司两个星座项目获得的投资规模已超过20亿美元，未来预计的总投资额将分别达到300亿美元（据最新公布计划）和100亿美元。在各界力量的持续推动下，新一轮低轨星座发展从概念和构想开始迈入实质性建设阶段。

典型低轨通信星座情况

宽带成为新兴星座计划的主角力场

与20世纪末卫星通信行业热衷于构建天基泛在移动通信蓝图不同，新一轮星座浪潮将绝大多数资本力量吸引至宽带通信领域，无论口号是“为了另外三十亿人”（O3b）、“同一个世界、同一个网络”（OneWeb），还是“连接全世界”（Connecting the World），本质都在于为更多用户提供高速互联网接入。集中性的投资行为契合了业界对当前发展态势的研判：传统最大的收入来源—固定电视直播业务增长乏力，趋于成熟的地面宽带通信网络欲在地理范围上深度扩张又面临成本高的困局，卫星宽带服务面临前所未有的发展机遇。根据国外权威咨询机构—美国北方天空研究所（NSR）的预测，2016-2025年，全球卫星宽带用户数量和业务收入均将激增300%左右，增长率远远超过其他各类卫星通信应用服务。而行业外部，软银股份有限公司（Softbank）、谷歌公司（Google）、苹果公司（Apple Inc.）等大型互联网科技公司，则结合自身利益拓展需求，分别投资星座计划（对应一网公司、SpaceX公司和波音公司）推波助澜，使宽带服务成为当前新兴星座计划角逐的最主要细分市场。

对所有旨在全球服务的低轨星座而言，频谱资源具备独占性和排他性，其争夺结果直接影响项目成败。当前，在Ku、Ka频段竞争趋于饱和的态势下，向更高频段拓展已成为新兴星座计划提出者的集中发力点。目前，美国联邦通信委员会（FCC）已先后向一网公司、加拿大电信卫星公司和SpaceX公司颁发市场准入许可，长久以来悬而未决但又意料之中的Ku频段权限问题“暂时”尘埃落定，但星座建设情况不一，OneWeb星座的首批10颗试验星正在研制中，计划2018年下半年发射；SpaceX公司的2颗试验卫星已经发射成功，正在进行在轨测试；加拿大电信卫星公司的2颗试验卫星也已成功发射1颗，另1颗则在2016年底的俄罗斯火箭事故中损毁。另一个值得注意的情况是，V频段资源竞争也进入了令从业者意想不到的白热化局面：波音公司提出的1396～2956颗卫星星座方案本就主打业界甚少关注的V频段，但根据FCC资料显示，2017年3月，SpaceX公司、一网公司和加拿大电信卫星公司也都提交了各自的V频段星座申请文件。

2018-2019年成为业界“押注”的风口期

不管是为了补强服务能力保持业务增长，还是拓展新兴领域布局未来战略，包括全球四大固定卫星运营商与两大制造商在内的传统卫星产业界，或投资、或合作、或独自发展，均已向低轨星座方向做出一系列大的调整动作。综合各个星座计划进展来看，从2018年开始，行业将正式迈入大规模密集部署阶段，2019年或达到第一个高峰。其中，一网公司的大规模部署是最直接的影响因素，其美国工厂已动工，首批卫星也已在法国投产，2018年部署可期。

有意思的是，欧洲咨询公司（Euroconsult）在2017年6月作卫星制造与发射市场预测分析时，一改以往给出确凿结论的惯例，作了基线情况（Base Scenario）和上限情况（Upside Scenario）两组不确定性预测曲线，分别对应只有一网公司成功部署以及包括SpaceX公司、波音公司、加拿大电信卫星公司和低轨卫星公司都发射的情况，两组曲线之间的差额卫星数目达到6000余颗，是人类到目前为止发射通信卫星总量的3倍左右！客观来看，数千颗卫星研制、上百次密集发射，开启的不仅仅是卫星通信服务业不同轨道运营商竞争格局的重塑，也是传统卫星制造与发射能力深化调整、转型命运的一次豪赌。从普遍舆论来看，2018、2019两年都将成为向该领域投资的最后风口期。而就历史经验来看，这一轮星座建设究竟是成是败，也将很快见分晓。

2 传统航天企业积极应对冲击影响

运营业冲击：运营商数据业务全面劣势，海事航空服务危机潜伏

在这一轮低轨建设浪潮中，传统卫星运营商面临的市场冲击最为直接和全面，虽然其依靠发展多年积累的业务渠道、占据的频轨资源、建设的地面网络等基础条件，在与低轨系统的初期博弈中占有优势，但不可否认的是，在传输时延与服务连续性要求越来越严苛的数据业务面前，传统地球静止轨道（GEO）卫星相比LEO、甚至中地球轨道（MEO）星座都是劣势的。

在传输时延方面，新兴中轨系统O3b的成功已为运营商们敲响了“警钟”，该星座主要扎根数据回程传输市场，必须与GEO运营商硬碰硬。据欧洲咨询公司统计，自2015年以来，O3b公司所获的电信蜂窝回程业务合同数量，远超过国际通信卫星公司（INTELSAT）、欧洲卫星公司（SES）等传统大型运营商。从技术层面看，O3b星座成功最关键的问题就在于，该系统100ms的时延仅为传统GEO卫星的1/4，但服务价格上却相差不大。因而，在没有MEO和LEO星座的情况下，GEO星座是解决光纤在远端布设成本过高的唯一解决途径，解决了有无问题。当有了更好的选择之后，就是选择更加优质和符合市场需求的方案的问题了。更何况，从长远发展考虑，未来地面网络向时延要求更苛刻的5G发展，利用低轨系统满足5G网络需求，显然符合更多地面运营商的业务发展布局。

另一方面，低轨宽带星座在两极覆盖能力上的地理优势，也是传统GEO运营商所不具备的，这种优势不仅可以为各类商业公司拓展业务区域所用，也符合很多国家的战略甚至军事利益而得到支持。从地理区划上来说，两极、特别是北极地区，是北半球跨大洲国际航线业务的主要途径地，但也历来是GEO通信卫星系统的“盲区”。目前，机载、海事联网市场是全球卫星通信行业增势最为迅猛的细分领域之一，这些领域对保证服务连续性的要求，将推动低轨系统的快速应用。2016年，全球最大的机载联网服务商美国Gogo公司就表达了利用OneWeb卫星为其2Ku解决方案供应容量的意愿。

应对策略：高低轨一体化布局，优势互补提升行业竞争力

2017年2月，一网公司与国际通信卫星公司宣布合并，计划实现高低轨系统的联合运营、一体化服务，虽然最终因债权问题未能成功，但放眼整个卫星通信行业，采用主动合作的方式应对冲击已经成为运营商的共性策略。2016年4月，加拿大电信卫星公司就对外公开了其发展低轨星座的构想，并正式采购了2颗试验卫星；2016年5月，欧洲SES公司宣布增持中轨道宽带通信星座运营商O3b公司股份至100%，成为全球首个拥有GEO+MEO系统的运营商；2017年5月，亚洲最大固定卫星运营商日本完美天空日星公司（Sky Perfect JSAT）宣布向欧洲低轨激光通信星座计划初创公司低轨卫星公司投资，并参与其宽带服务分销。2018年3月，欧洲通信卫星公司（EUTELSAT）也宣布将打造低轨物联网星座。至此，全球最大的五家固定通信卫星运营商均已向中低轨系统做出战略调整。透过这种新趋向可以看出，传统运营商和新兴低轨星座相互之间存在取长补短的潜在合作价值。

首先，对于低轨星座来说，联合GEO运营商可以最大化地减少系统建设之外的成本。这主要体现在两点，一是频率资源的稀缺，导致两者将在频率使用方面产生难以调和的矛盾，考虑到国际电信联盟公司（ITU）对GEO卫星频率使用的保护以及各国频率协调的难度，与全球性GEO运营商合作，可以将潜在反对者变为最有力的支持者，推动其尽快获得各国信号落地权，以尽早提供服务。二是LEO星座需要提供全球服务，必须在世界各地投入巨大时间和财力寻找并建立分销渠道，而这种无形资产恰恰是已运行多年的传统运营商的强项，与之合作，可以快速打开相对成熟的服务市场，省去建立营销体系的大规模前期投入。

其次，对GEO运营商来说，低轨星座大多致力于发展高速宽带网络的布局，这与业界对未来宽带业务的预期不谋而合。在数据传输的时效性、对极地区域覆盖的连续性方面，也将弥补传统业务一直以来无法克服的缺陷。从业务层面来看，联合服务对巩固其自身发展优势、拓展市场空间来说都是利大于弊；此外，LEO星座在研制和部署上的灵活性，也将成为传统运营商试验新卫星技术、开辟新应用服务的“测试床”。GEO通信卫星造价高、风险大、寿命长、技术更迭缓慢，如商业现货（COTS）组件、新卫星研制技术（3D打印部件）等新想法和新概念的应用成本高的缺点，都可以通过LEO星座更新升级迅速、能在过往一代GEO卫星的项目周期内实现技术快速演进的特点加以弥补。

制造业冲击：大批量、规模生产渐成重点，能力亟待转型

受LEO星座系统快速发展的影响，全球卫星制造业的整体波动也异常明显。2017年6月，全球最大的GEO通信卫星制造商劳拉空间系统公司（SS/L）宣布，由于缺乏卫星订单不得不裁员10%。同年7月，美国卫星产业协会（SIA）发布最新版《卫星产业状况报告》指出，2016年，全球卫星制造业收入结束了近年来的持续增长态势，同比大幅下滑13%，甚至低于2012年的收入水平。其中，通信卫星制造业收入同比骤降56%，是行业发生剧烈波动的最大动因。毫无疑问，在市场预期充满巨大不确定性的形势下，运营商们或举棋不定、保持观望，或提前转型向低轨探索，在很大程度上导致GEO卫星订单数量下降。对制造商来说，则意味着必须从原有研制模式和业务格局中做出转型调整，以应对最新的用户需求，把握好这场低轨建设浪潮的“风口”。

对制造商而言，大批量、生产线的模式已不再是空谈，卫星生产流程的优化、改进甚至再造必须提上日程。与过往全球通信卫星市场每年交付数量一般在50颗以下、交付周期2～5年不同，目前的新兴LEO星座规模已经达到数百颗或者千颗量级，交付周期要求也比普通GEO卫星更严苛（否则无法按期提供全球服务）。以传统制造商的现有总装集成测试（AIT）设施、延续现有的研制模式，无法满足这种需求。在一网公司之前，泰雷兹-阿莱尼亚航天公司（TAS）保持着每周生产1颗“下一代铱星”（Iridium NEXT）卫星记录，而一网公司则提出1天至少3颗卫星的出厂速度，将达到卫星产业界前所未有的交付水平。一网公司因此决定主动探索现代化的生产线模式，为星座部署提供保障。此外，包括波音、洛马（LM）等公司在内均已将可满足小卫星研制需求的新型卫星工厂/生产线纳入发展计划。从这个角度来看，整个行业都已处于变革潜伏期。

应对策略：合作造星、向运营拓展，牵引研制格局优化升级

总结来看，传统卫星制造商的应对策略主要有两种，一是主动向新兴星座运营商注资，采用联合方式帮助其制造卫星；二是向低轨通信运营服务领域拓展，实现纵向一体化的产业布局。

前者主要对应空客防务与航天公司（ADS）的做法，该公司是欧洲最大的通信卫星制造商，于2015年6月作为战略投资者参加了一网公司的A轮融资，并随后确定与其合资来研制数百颗卫星。空客防务与航天公司在GEO通信卫星制造方面经验丰富，但在数百千克级的小型通信卫星方面却未曾涉足。此番该公司与一网公司的合作，是其补齐业务短板，同时积极探索新型制造模式的一次重要战略调整。目前合作进展顺利，2017年6月27日，一网公司宣布，在空客防务与航天公司的试验生产线已正式投产，首批10颗试验卫星将按期交付发射。一网公司在美国设立的卫星工厂也已动工建设，将保障后续上千颗卫星的研制工作。该生产线将由载荷、星载电子设备、推进系统以及太阳电池翼等4条独立装配、独立测试的并行模块组装线。部件完成组装之后，进入总装生产线按序进行集成，完成整星测试后出厂。在整个生产线中，充分利用智能装配工具、自动光学检测系统、大数据控制系统、机器人、增强现实工具，以及自动测试系统等数字化、智能化手段，加速总装集成测试流程，实现大规模生产。未来，在稳定运行后，该工厂也将为其他小卫星的生产提供服务。

后者主要对应波音公司的做法，该公司是国外唯一一家提出发展LEO通信星座并拓展卫星运营业务的传统制造商。事实上，这一举措有着较深的技术背景和长远战略布局。首先，波音公司并非卫星运营领域的门外汉，其作为全球六大GEO通信卫星制造商之一，也做卫星地面系统并提供代管式的运营服务，第一代“铱”卫星星座就由波音公司主要提供运管服务。另一方面，波音公司近年来的卫星订单下滑情况也较为严重，该公司总裁在2017年7月接受采访时称，波音公司要通过载荷技术创新来应对这种压力。但毫无疑问，利用独立发展LEO星座的契机，实现制造、运营的一体化服务模式，可以帮助其有效降低研制成本，同时带动自身卫星制造能力的转变。

3 对行业发展的认识和建议

稳固根基，瞄准载荷灵活性、高通量等方向，持续提升高性能大卫星的研制水平

LEO通信系统如火如荼的发展，不意味着将完全取代GEO通信卫星。可预见，未来两类系统之间将存在长期博弈。传统高轨通信卫星需求虽然在下降，但考虑其在服务方面的优势和特点，终将趋于稳定。而且高性能GEO通信卫星市场的争夺还在不断加速，发展空间依然巨大，也是传统卫星制造商长久立足的根本所在。

这里的高性能集中体现在高通量卫星和灵活有效载荷两个方向，前者是顺应市场对不断增长带宽与传输速率需求而演变的一种必然趋势；后者则是未来运营商优化配置在轨能力、更高效地满足服务用户的一种必然要求。在此背景下，传统制造商应当保持自身在GEO卫星研制上已有的实力和优势，两个方向加快共同发展，不断提升研制水平和能力，这既是稳定传统业务收入的内在要求，也是巩固、提升核心竞争力的重要手段。

主动出击，直面小卫星、大批量等挑战，优化甚至重塑研制流程，实现转型升级

LEO星座所带来的卫星研制、生产领域的冲击，已经在深刻改变传统卫星制造商长久以来秉持和沿袭的理念和模式。国外主流制造商都已开始向此方向做出战略布局，波音公司甚至自己提出打造LEO星座的构想，未来将从制造向运营服务拓展。而考虑到未来数年内的快速增长趋势，小卫星研制订单争夺将趋于白热化。

市场机遇不会留下等待的时间，传统制造商需要尽快将此类卫星的研制、生产流程优化甚至重铸提上日程，引进先进理念和制造技术，以满足商业市场需求为导向，在研制交付周期、卫星质量要求上进行合理折中和设计考量，力争在该领域市场占据一席之地。

理清商业与盈利模式，找准市场和业务方向，推动高低轨系统一体化、融合发展

从当前来看，决定LEO通信星座能否成功发展的最大问题，不在于技术是否足够先进，而在于系统能否实现稳定持续盈利。“铱”卫星第一代系统虽然技术领先全球，但缺乏用户和收入来源，导致资不抵债，因而失败。O3b系统之所以成功，是因为其找准了市场和业务方向，建立稳定、高价值的用户群体，实现持续盈利和收入增长。

如果要依靠商业力量发展LEO通信系统，必须首先考虑清楚未来的业务收入来源、规模以及收回投资成本的预期时间，从一开始建立逻辑清晰、合理可行的商业盈利模式，吸引资本市场等多元化投入，为星座的稳定运行发展奠定基础。另一方面，要积极考虑与卫星运营商已有的关口站、业务渠道等资源结合，与国内GEO卫星业务布局、规划计划相结合，推动高低轨系统的优势互补，促进通信卫星应用服务领域的繁荣，引领和带动国民经济、社会稳定、国家安全等领域的全面协同发展。