2018年国外通信卫星发展综述

李博 赵琪（北京空间科技信息研究所）

2018年，世界主要航天国家持续补强现役军用通信卫星系统规模、能力，加快推进新一代体系规划、建设，对抗特征愈发突出；商业低轨宽带星座频获监管政策利好，开启在轨试验步伐，低轨物联网系统多头并进格局显现，服务内容、模式不断创新；高通量卫星系统热度不减，牵引各国竞相角逐发展；地球静止轨道（GEO）系统增速下行周期延续，行业格局调整迫在眉睫；激光通信、灵活载荷、Q/V载荷驱动技术研发方向，5G移动通信系统与通信卫星联合+竞争将成新常态。

1 概述

2018年，国外通信卫星发射活动继续保持高位态势，入轨数量超出2017年水平。美国、欧洲和俄罗斯稳居三甲，超过发射卫星总数的80%，印度进入卫星发射高频期，日本执行1次常规部署任务，其他国家表现分化明显。发射卫星的轨道分布结构进一步调整，商业低轨星座冲击影响逐步显现，地球静止轨道系统占比显著下滑，低轨卫星在更趋多元化主体的驱动下蓬勃发展，与行业在多个维度呈现出的新格局、新变化形成了鲜明的契合。

近6年国外通信卫星成功发射数量统计

本文主要从全年国外通信卫星领域的整体动向中，截取几个最突出的侧面作态势分析。

2 军用通信卫星系统量质齐升，下一代体系发展突出对抗性

近年来，随着空间频轨资源争夺加速、空间电磁环境日益复杂，军事和政府卫星通信需求持续增长。2018年，主要航天国家均积极推进相应系统建设和升级；同时，在美国率先开展弹性体系转型的带动下，其主要盟友也逐步调整未来卫星系统能力发展思路，以对抗环境下的保障需求为牵引，推动下一代装备建设。

军用通信卫星发射部署活动密集

AEHF－4卫星在轨飞行示意图

近年来，美军一直保持宽带、窄带和防护三大系统的连续、稳定建设步伐，2018年按计划成功发射第4颗“先进极高频”（AEHF）卫星。作为全球造价最昂贵的通信卫星，AEHF－4卫星配置了基带处理、星上加密机、调零天线、相控阵天线、星间链路等多种先进技术手段，具备高加密级别、低截获/探测概率、抗核闪烁等基本特征，将进一步巩固美军战略与战术保密通信能力。从轨道配置来看，前3颗AEHF卫星分别定点在非洲、南美洲和亚太上空，新发的AEHF－4卫星预计继续部署在亚太区域，为该地区军事行动提供有力保障。AEHF－5卫星也于2018年5月顺利完成了热真空测试，预计2019年发射后正式交付空军运管。

2018年，欧洲的卢森堡发射一颗军用通信卫星-政府卫星－1（GovSat－1），该卫星采用X频段和军用Ka频段提供服务，星上载有68台36MHz等效转发器，配置可移动点波束，单星容量2.5Gbit/s。卫星将主要满足卢森堡本国政府和军事需求，同时将为北约盟国服务，进一步支持北约超高频（SHF）卫星通信能力建设。

俄罗斯由于其地处高纬度地区，在体系建设思路上与欧美有一定的区别。俄罗斯近年来加大对GEO轨道卫星通信能力发展的重视，新发展了“钟鸣”（Blagovest）系列高性能、多用途通信卫星。该系列卫星由信息卫星系统-列舍特涅夫公司（ISS Reshetnev）基于快讯－2000（Express－2000）平台研制，载有C频段、Ka频段和C频段转发器，主要用于俄罗斯政府高层与各军事基地之间的通信联络。该星座共包括4颗卫星，2018年密集部署2颗，距离星座完全建成组网的目标更进一步。

GovSat－1卫星示意图

日本发射第2颗“煌”（Kirameki）系列X频段军用通信卫星，预计2021年实现DSN系列3星组网运行，届时可根据实际需求统一向防卫省及其所属的陆、海、空军自卫队和维和部队等提供安全的通信保障。

印度则先后部署2颗分别专为海军和空军服务的高性能通信卫星，其中1颗发射后失联。

下一代卫星体系规划酝酿新变革

2018年，美军更新多项招标合同，从相关文件分析来看，其已开展了多年的下一代军用通信卫星体系论证结果基本明确，以提升防护性能为目标的转型思路也逐步清晰。总体而言，美军下一代军用通信卫星体系的核心思路在于：推动防护战略与战术载荷分离，通过改造升级，使现役非防护卫星系统增加防护功能。

战略通信方面，未来将基于AEHF系统已经成熟的载荷技术，打造专用的防护战略通信卫星系统，作为美军构建战略保底能力的核心基础设施。该系统具体将建设4颗GEO+2颗大椭圆轨道（HEO）卫星的配置，实现65°（S）～65°（N）以及65°（N）以上区域的全面服务能力。值得注意的是，新卫星将配备防护态势感知载荷，可实现对空间目标的抵近感知和预警，增强了追溯和抵御反卫攻击的能力。

战术通信方面，美军将依赖所开发的防护战术波形（PTW），配合地面段和用户终端的升级改造，分阶段完成“防护战术卫星”（PTS）通信能力的建设：首先改造“宽带全球卫星通信”（WGS）系统和商业通信卫星系统的地面终端，升级并拓展地面运管系统，提升抗干扰能力；其次建设专用PTS系统，配合PTW波形、地面终端与建成完善状态的运管系统，提供更高级别的抗干扰战术通信。PTS系统目前论证的有2种实现形式，一种由4颗GEO卫星和3颗HEO轨道卫星组成；另一种则通过有效载荷搭载方式或小卫星来实现。独立星座单星容量1.6Gbit/s，搭载载荷与小卫星的容量不低于400Mbit/s。

受美国影响，包括英、法等在内的诸多盟国均已明确提出，在各自下一代卫星中也增加更强的防护需求。英国已从顶层确认了太空的作战域地位，将以下一代天网－6（Skynet－6）系统建设为核心，打造一个充分结合了英国本国专用军用通信卫星能力、国际盟友军用通信卫星能力，以及商业通信卫星能力的分层式多级体系架构；法国在下一代锡拉库斯－4（Syracuse－4）系统的论证中，继续扩大规划的卫星规模，新卫星将工作在Ka频段和X频段，具有抵御网络攻击、核爆炸等威胁的能力。

泰雷兹-阿莱尼亚航天公司披露的Syracuse－4卫星外形

3 中低轨通信星座进入快车道，移动宽带、物联网并驾齐驱

中低轨道通信卫星星座是近年来国外通信卫星领域发展的最大“搅局者”，从卫星研制、应用服务等多个维度对传统行业发展模式与格局产生了冲击。2018年，多个低轨星座项目在系统建设上取得了较大进展，移动宽带、物联网已成为低轨星座破局的两大核心切入点。

低轨移动宽带星座开启冲刺阶段

2018年，“下一代铱星”（Iridium NEXT）系统完成3批次共计25颗卫星的部署，标志着为期2年的更新换代工作即将完成。欧洲卫星公司（SES）4颗“另外三十亿人”（O3b）中轨道Ka频段宽带卫星发射成功，星座在轨规模扩充至16颗，宽带服务能力进一步增强。

美国太空探索技术公司（SpaceX）“星链”（Starlink）计划首批2颗试验星发射任务引发全球关注， 此次任务是SpaceX公司推进其巨型星座建设的重要环节，将为进一步优化系统设计方案、尽早启动工作星研制提供有利支持。“一网”（OneWeb）星座本年度未能完成10颗试验卫星的发射，综合各个渠道信息来看，卫星的研制工作较为顺利，预计可于2019年一季度搭乘阿里安－5（Ariane－5）火箭发射。

加拿大电信卫星公司（Telesat）继2017年尝试发射首颗低轨试验宽带卫星失败之后，2018年成功部署了1颗名为低轨道优势－1（LEO Vantage－1）的试验卫星，将为该公司低轨宽带星座建设提供前期的技术验证。8月，该公司将星座的系统设计合同分别交由泰雷兹-麦克萨联合团队（TAS-MAXAR）和空客防务与航天公司（ADS），2个团队将分别开展设计，最终在2019年年中敲定研制方。值得一提的是，Telesat星座还获得了美国国防高级研究计划局（DARPA）“黑杰克”（Black Jack）项目支持，将为美国多功能、分散式的军事航天能力建设新模式提供搭载平台。

Telesat低轨星座构型

2018年，俄罗斯在低轨通信领域取得进展。5月，俄罗斯航天国家集团（Roskosmos）在其官网公布了拟建造覆盖全球的低轨通信星座的计划，该星座预计将由288颗卫星构成，可覆盖全球，在2025年前建成，可提供电话和互联网接入服务，造价预估为2990亿卢布（约312亿元人民币），经费来源为私人投资和基金注资。俄罗斯国家航天集团还将与一网公司开展国际合作，形成优势互补。

中低轨星座的监管审批进度加快，美国联邦通信委员会（FCC）2018年先后为SpaceX、SES公司等计划超过12000颗卫星颁发审批许可，将进一步释放市场活力，推动行业竞争进入新的白热化阶段。

物联网星座呈现多头并进格局

物联网星座并非新的概念，这一领域过往主要依靠“轨道通信”（Orbcomm）和“全球星”（Globalstar）等传统移动卫星星座来提供支持。近年来，在资本力量推动下，采用低轨立方体卫星星座满足日益增长的机器对机器（M2M）和物联网市场需求，成为业界研究的重点。2018年，该领域发展势头迅猛，包括希伯公司（Hiber）、舰队空间技术公司（Fleet Space Technologies）、阿斯特罗宇航公司（Astrocast）等新兴低轨物联网星座运营商，均发射了其首发试验星。

希伯公司是成立于2016年的荷兰初创公司，2018年发射了2颗名为希伯－1和2（Hiber－1和2）的6U立方体卫星开展技术试验，未来计划发展50颗卫星组成的物联网星座，建设一个名为Hiberband的低功耗全球区域网（LPGAN）。该网络的一大卖点在于其低功耗，主要原理是将每个地面终端调制解调器长期置于休眠状态，但会根据星座运行信息来计算下一次唤醒时间，一旦唤醒后即等待卫星过顶向地面发送广播信号，再根据指令信息向卫星发射数据，从而大幅降低功耗。

Astrocast卫星在轨飞行示意图

舰队空间技术公司是澳大利亚一家初创卫星公司，2018年发射了4颗3U立方体卫星。该公司计划打造的是一个超过100颗卫星的物联网星座，以建立全球范围的低功耗广域网（LPWAN），目标在2022年完全投入运行服务。

瑞士初创公司阿斯特罗宇航公司2018年成功发射首颗卫星，将为其提出的64颗小卫星星座建设奠定基础。值得一提的是，该公司在2017年就与高轨移动卫星运营商瑟拉亚公司（Thuraya）签署战略合作协议，将联合发展天基物联网和M2M业务。

4 高通量系统引发各国新竞争，难敛GEO轨道下滑周期延长

凭借大容量、低成本的优势，高通量系统近年来发展迅速，受到运营商和制造商的普遍青睐。2018年，除美、欧外，多个国家发射本国的高通量卫星，积极抢占国际市场；与此同时，传统GEO轨道卫星部署活动颓势延续，部分制造商裁员、削弱业务板块等动作也将进一步延长行业对该领域的下行周期估计。

高通量卫星系统竞争更加激烈

2018年，SES公司、国际通信卫星公司（INTELSAT）等发展了专用或搭载载荷方式的高通量卫星，继续巩固在该领域的优势地位。此外，加拿大和印度也都发射了高通量卫星，进一步加剧国际竞争。

ViaSat－3卫星星座

美国方面，8月，由波音公司（Boeing）研制的卫讯－3（ViaSat－3）卫星载荷舱已经抵达卫讯公司（VIASAT）的工厂，开始有效载荷的集成，并进行一系列测试。交付首颗ViaSat－3卫星载荷舱是一个重要的里程碑，标志着ViaSat－3卫星的研制工作从工程和设计阶段进入了生产阶段。卫讯公司和波音公司联合团队将继续推进卫星的研制工作。交付首颗ViaSat－3卫星载荷舱后，波音公司将启动第2颗ViaSat－3卫星载荷舱的研制工作。

SES公司发射了SES－12高通量卫星，该卫星采用空客防务与航天公司的欧洲之星－3000电推进轨道抬升型平台（EuroStar－3000 EOR），星上载有68台Ku频段和8台Ka频段转发器，配备8副天线，其中Ku频段采用线性极化方式，形成70个点波束，Ka频段采用圆极化方式，形成11个点波束，将为中东和亚太地区提供直播到户（DTH）、广播、甚小口径终端（VSAT）和移动通信服务。

加拿大电信卫星公司发射的电星－19V和18V（Telstar－19V和18V）高通量卫星，均由劳拉空间系统公司（SS/L）研制，采用LS－1300平台，发射质量超过7t。Telstar－19V卫星功率达15kW，设计寿命15年，卫星定点于63°（W）的轨位上，与Telstar－14R共轨位，星上载有Ku频段和Ka频段转发器，主要面向企业级用户，提供直播、宽带网络等服务。Telstar－18V卫星功率将达到14kW，星上载有C频段和Ku频段转发器，采用广域覆盖波束和高通量点波束相结合的方式。卫星发射入轨后定点于138.7°（E），主要开展宽带直播、企业政府通信等业务。

2018年，印度发射地球静止轨道卫星－11（GSAT－11）高通量通信卫星。作为印度新研的大型卫星平台I－6000的首发星，GSAT－11卫星发射质量达到5854kg，星上共载有40台转发器，包括32台Ku频段和8台Ka频段转发器，总容量达16Gbit/s，是印度以往发射卫星容量的3～6倍，实现了性能的大幅跃升。

GSAT－11卫星点波束覆盖情况

GEO轨道市场仍延续疲软态势

虽然高通量卫星发展迅速，但仍无法掩盖行业对GEO轨道业务发展前景的担忧。2018年，传统GEO轨道卫星的订单数量与部署数量双双走低，业界的一些新动向也都在印证这种趋向。

从数据来看，2014年之前，全球GEO轨道卫星订单数量基本稳定在20颗以上，2018年则共计8单，与2017年持平，仅为2016年的50%。

受此直接影响，继2017年裁员10%之后，全球最大的GEO通信卫星制造商—美国劳拉空间系统公司2018年面临着有史以来最为严峻的运行风险。其母公司麦克萨技术公司（MAXAR）7月对外公布了其搁置GEO卫星业务的意图，即经过对行业目前形势和该公司的订单情况进行分析之后，麦克萨技术公司认为劳拉空间系统公司正在拖累其总体财务业绩，仅靠压缩规模已经很难扭转局面，最为极端的情况下，将不得不出售该部分GEO轨道业务。与此同时，麦克萨技术公司拟新组建一个专门从事小卫星制造的业务部门，将重点放在100～500kg卫星的业务上。

无独有偶，2018年12月，美国卫星电视巨头直播电视公司（DirecTV）的母公司—美国电话电报公司（AT&T）表示将不会再采购卫星，主要原因在于收视方式正在从传统的有线和卫星电视收视向按需收视和流式按需收视转变。这些转变加快了各媒体公司经营模式的大调整，因为它们意识到已不能再完全依赖于通过卫星和有线公司向客户进行批量内容分发，而要想方设法直接向用户推送内容，并同用户建立起联系。

5 新技术研发、突破持续活跃，卫星地面经典博弈仍将延续

2018年，国外卫星通信领域的技术发展继续保持快节奏，业界瞄准未来超高通量卫星、灵活载荷能力等方向开展一系列在轨演示验证等工作，取得较大进展；另一方面，随着5G移动通信网络建设不断提速，卫星与地面网络之间在频谱权益竞争以及应用服务合作等方面的博弈，继续成为各方关注的焦点。

高速、安全、灵活牵引技术发展

近年来，欧、美、日等国纷纷开展卫星激光通信试验，研发并尝试部署相关系统，探索未来高速率、安全性的空间信息传输方案。2018年8月，美国国家航空航天局（NASA）进行了世界上首次立方体卫星的星地激光通信验证试验，并取得了成功。这项试验隶属于NASA的光通信和传感演示项目（OCSD），项目共计划在轨部署3颗卫星，参与此次星地激光通信任务的为其中2颗卫星，这2颗卫星均于2017年发射升空，为2U立方体卫星，质量约2.5kg，指向精度为0.025°。试验中，2颗卫星首先通过携带的传感器进行逼近操作，同时，通过构建的星间链路进行数传，并将两星数传数据以及逼近操作参数动态通过星地激光链路实时传回地面，综合传输速率达到100Mbit/s。

OCSD项目立方体卫星结构图

灵活有效载荷继续成为各大运营商破解GEO轨道通信卫星困境的重要途径。2018年4月5日，英国阿万提通信公司（Avanti Communications）在法属圭亚那航天中心发射了高适应性卫星－4（Hylas－4），这也是Hylas系列卫星的第3次发射。该系列卫星共有5颗，每颗卫星均携带有不同目的的灵活有效载荷，其中Hylas－1卫星携带有功率可调放大器，采用微波调制混合技术（MMHT）实现Ka频道转发器对应点波束带宽的可调。而Hylas－2卫星与本次发射的Hylas－4卫星可实现可移动波束，其中Hylas－4卫星具备4个可移动波束，将按需为拉丁美洲或非洲地区提供宽带通信业务。

瞄准未来超高通量卫星发展，印度在2018年发射的GSAT－29卫星上载有1个Q/V频段的试验载荷，将开展相关技术演示验证。事实上，早在2016年，印度空间研究组织（ISRO）就已经提出了基于Q/V频段的下一代高通量宽带通信卫星计划，当时公布的方案是用户链路使用Ka频段，馈电链路使用Q/V频段，从而释放并大幅提升单用户波束带宽。此次试验，将为印度探索利用更高频段发展下一代通信卫星奠定基础。

卫星与5G竞争联合成为新常态

2018年，随着5G网络第一阶段全功能标准化工作结束、试商用进程开启等，5G网络发展进入最后筹备阶段，一定程度上也倒逼卫星行业加快理清与5G之间在频谱权益方面尚存在的问题，同时不断推进向联合应用服务方向迈进。

从监管机构方面来看，2018年 6月21日，美国FCC在广泛征集意见的基础上，发布了一项《建议规则制定公告》（NPRM），公告指出拟将C频段频谱向5G业务开放，同时希望各运营商继续提出各自的意见建议。7月12日，FCC表决通过建议规则制定公告，正式允许5G业务使用C频段部分频率，具体频谱出让规则将按FCC上述公告给出的办法来确定。

从卫星运营商的情况来看，2018年10月，掌握了美国90%以上的C频段资源的国际通信卫星公司、SES公司、欧洲通信卫星公司（EUTELSAT）和加拿大电信公司组建了C频段联盟，以求在与5G网络的频谱竞争中实现利益最大化。10月22日，C频段联盟宣布将让出200MHz的频谱交由地面移动通信使用，较2018年2月由国际通信卫星公司、英特尔公司（Intel）和欧洲卫星公司最初提出的100MHz翻了1倍。200MHz频谱包括180MHz的可用频谱，另加20MHz的保护频带，用以将卫星和地面网络信号充分隔离。但是C频段联盟也提出，所释放出的200MHz频率资源并非毫无条件，移动运营商需要承担卫星运营商C频段方面的损失，这其中包括需要新部署一些卫星来弥补失去的容量，以及相应的基础设施建设。

频谱资源竞争激烈的同时，卫星通信在5G中的融合应用被主要运营商视为开辟未来新业务的重要方向。在欧盟委员会（EC）、欧洲航天局（ESA）等机构倡导下，欧洲成立了SaT5G、SATis5等多个产业联盟组织，共同推进卫星与5G联合应用。2018年，SES公司在SaT5G合作框架下，利用其天体－2F（Astra－2F）卫星成功演示验证了卫星提供5G网络蜂窝回程传输以及多媒体内容高效边缘传送等应用，将为探索5G环境下的星地融合方案提供重要支撑。

综合来看，2018年，在政府、商业资本的推动下，国内外通信卫星领域正处于蓬勃发展之中，卫星技术持续创新、卫星系统快速更迭、应用服务不断深化，将与地面通信技术领域的转型升级相联合，引领一场信息基础设施的巨大变革，并将深远地影响人类沟通、交流的方式，对军事、政治、社会、经济等诸多方面产生巨大冲击，值得所有从业者的关注和思考。