“星链”星座建设成本及运营分析

章罗娜 李心蕊 赵书阁 高利春

（1 中国航天科工集团有限公司空间工程总体部 2 北京电子工程总体研究所）

低轨卫星互联网是通过低轨卫星组网的方式，为飞机、船舶、南北极地区等普通互联网难以覆盖的区域提供连接手段，实现互联网内容互联互通。近年来，“星链”（Starlink）星座计划引发全世界关注，其极具创新的发展思路和商业模式值得学习。

1 “星链”星座概述及进展

2015 年，美国太空探索技术公司（SpaceX）提出Starlink 星座计划，旨在开发低成本、高性能的通信卫星及用户终端，提供新的天基互联网通信服务。

自2016 年起，SpaceX 公司多次向美国联邦通信委员会（FCC）提交运营许可申请；2018 年3 月，FCC 正式批准SpaceX 公司在美国使用其卫星提供宽带通信服务，标志着Starlink 可以在美国信号落地，并开展宽带通信服务；同年11 月，SpaceX 公司追加申请后，同步提交建设100 万个地球站的申请；2019年10 月，对星座架构再次修改，星座规模达42000 颗；2020 年4 月，SpaceX 公司申请调整一期星座规模并新增地球站，卫星地球站规模扩大至500 万个。

SpaceX 公司计划于2027 年11 月前完成12000颗Starlink 组网卫星的部署。Starlink 原计划2020年内实施24 次发射并完成区域组网，30 次发射后，星座服务范围进一步扩展到全球。截至2020 年10 月，Starlink 已累计发射15 次，共计发射833 颗组网卫星，成为在轨规模最大的商业星座。

2 Starlink 星座成本估算及商业布局预测

SpaceX 公司集火箭发射和回收、卫星制造与运营、地面站建设和服务于一身，产业链完整，借助美国国家航空航天局（NASA）支持，避免了高成本环节，星座建设成本显著降低。发射方面，按照猎鹰-9（Falcon-9）火箭售价6200 万美元[1]，利润30%，估算整箭成本4340 万美元。其中，火箭一级占成本70%，约3040 万美元，火箭二级700 万美元，整流罩600 万美元。考虑火箭一级、整流罩回收成功，燃料及发射场单次发射费用1500 万美元，预测20 次发射，平均单次发射成本4000 万美元，50 次发射，平均单次发射成本3500 万美元，200 次发射，平均单次发射成本2500 万美元。卫星方面，按照试验星100 万美元、批产卫星50 万美元[2]估算单星发射成本。

基于2020 年底建设成本分析与预测

自计划公布以来，SpaceX 公司积极为Starlink星座建设募集资金。据报道[3]，美国银行授予贷款2.5亿美元，谷歌公司（Google）和富达投资公司（Fidelity Investment）2015 年1 月投资10 亿美 元，SpaceX公司董事会旗下机构2018 年投资2.732 亿美元，美国空军2018 年通过“使用商用太空互联网防御实验”计划支持2870 万美元。至2020 年底，预计Starlink星座的支出约为20.3 亿美元。

截至2020 年底，Starlink 星座建设成本估算

基于形成初步运营能力阶段的成本分析

据研究，星座建设至3200 颗可覆盖全球人口高密度地区，两极地区未完全覆盖。本文以此阶段数据为基础研究其流量价格。

按照SpaceX 公司估算，单颗卫星容量20Gbit/s[5]，3200 颗卫星容量达64Tbit/s，按照单个用户日常50Mbit/s 需求估算，可以服务131 万用户。2021 年后，若按照3200 颗卫星完成25% 星座通信能力，年度应收入25 亿美元。假设流量全部面向普通消费用户，按照单个用户日常50Mbit/s 带宽分配，每个用户需要缴纳1910 美元/年，远高于现有地面通信资费840 美元/年，高于现有卫星宽带价格[来自SatelliteInternet 分析[6]，卫星宽带平均1200 美元/年，其中卫讯公司（VIASAT）平均 1235 美元/年，休斯网络公司（HughesNet）平均价格 1140 美元/年]。若按照5 年完成卫星研制发射费用回收计算，每个用户需要缴纳650 美元/年（SpaceX 公司曾表示希望Starlink 星座年服务4000 万用户，收入300 亿美元，即每个用户750 美元/年)，略低于现有地面资费标准，且明显低于现有卫星宽带资费标准。

考虑星座流量并非全部面向普通消费用户，部分卫星失效带来组网成本增加，Starlink 网络流量费用与现有地面资费标准持平，即720 ～840 美元/年，低于现有宽带卫星资本标准。SpaceX 公司可以根据客户群体不同，提供差异化服务，分档收取费用，快速占据市场份额，回填卫星研制发射费用。

基于Starlink 星座对全球初步组网流量的成本分析

基于星座建成阶段成本的分析

鉴于Starlink 后续追加的30000 颗卫星功能不明，建设成本测算仅考虑初期公布的11927颗卫星建设规模，不考虑运营成本、补星成本及发射失败等不可控因素，至2027 年约需423 亿美元。

商业模式预测

Starlink 星座商业模式主要表现在以下几方面。

Starlink 星座2027 年前建设成本估算

一是为偏远地区或者地面网络无法覆盖的区域提供网络服务，例如，海洋，航空，南北极，美国郊区等；

二是分担一部分互联网的骨干流量（海底光缆），降低铺设难度及通信延时；

三是空间网络基础设施，例如，逐渐替代现有高轨中继卫星网络，为其他卫星提供传输链路；

四是星座功能延伸，二次开发以及新增导航、遥感功能等。

3 小结

SpaceX 公司是当前集火箭发射和回收、卫星制造与运营、地面站制造和服务于一体，可重复使用回收火箭次数最多，拥有在轨卫星数量最多，全产业链最完整的公司。随着Starlink 星座卫星数量不断调整，预计2020 年底，Starlink 星座建设将耗费20.3 亿美元。为形成可覆盖全球人口高密度地区的服务能力，3200 颗卫星具备初步运营能力的星座建设将耗费117亿美元，尽管星座建设成本较高，但与地面资费对比，其网络流量费用与现有地面资费标准基本持平，Starlink 星座具有一定市场竞争力与较大的市场发展前景。

通过对Starlink 星座建设成本进一步估算与分析，未来SpaceX 公司可面向不同行业用户、地区用户提供差异化服务，分档收取费用。同时，随着技术发展逐步开拓其他业务，涉猎海底骨干网、空间基础设施、导航、遥感等领域，快速占据市场份额，回填卫星研制发射费用。Starlink 星座建成11927颗卫星预计需要423 亿美元，资金需求巨大。为快速具备全球服务及盈利能力，未来，SpaceX 公司将加快Starlink 业务剥离分拆上市的步伐，以支撑后续星座更好的建设。