國外新興低軌通信星座發展態勢分析

宋海豐（中國空間技術研究院）

近年來，全球低軌通信星座領域發展有持續加速的態勢，尤以“一網”（OneWeb）計劃為代表的寬帶星座項目建設不斷推進、業務合作穩步拓展、商業模式不斷創新，將與地面通信技術領域的換代升級相聯合，引領一場信息基礎設施的巨大變革，產生深遠的影響，值得關注和分析。

1 全球低軌通信星座競爭步入爆發前夜

低軌通信領域火熱程度已達歷史新高

20年來，低軌通信星座領域歷經深刻調整與變革，逐步走出20世紀末的失敗困境，從2014年開始快速回潮并保持了各個維度的高位增長態勢。據不完全統計，近3年，全球已提出了數十個星座計劃，且這一數字仍在逐年迅速攀升。

星座規模方面也發生了質的飛躍，與“銥”（Iridium）衛星、“全球星”（Globalstar）等傳統星座的數十顆相比，包括一網公司（OneWeb）、波音公司（Boeing）、美國太空探索技術公司（SpaceX）、韓國三星公司（Samsung）等在內的多個星座計劃都達到了數千顆衛星量級，僅SpaceX公司的4000余顆衛星總發射質量就將達到1708t，將超過歷史上發射的所有低地球軌道（LEO）通信衛星質量之和；發展主體越來越多，絕大多數的星座計劃都由新興初創公司提出，為傳統行業引入了新的發展模式和理念，也吸引了大規模投資，一網公司和SpaceX公司兩個星座項目獲得的投資規模已超過20億美元，未來預計的總投資額將分別達到300億美元（據最新公布計劃）和100億美元。在各界力量的持續推動下，新一輪低軌星座發展從概念和構想開始邁入實質性建設階段。

典型低軌通信星座情況

寬帶成為新興星座計劃的主角力場

與20世紀末衛星通信行業熱衷于構建天基泛在移動通信藍圖不同，新一輪星座浪潮將絕大多數資本力量吸引至寬帶通信領域，無論口號是“為了另外三十億人”（O3b）、“同一個世界、同一個網絡”（OneWeb），還是“連接全世界”（Connecting the World），本質都在于為更多用戶提供高速互聯網接入。集中性的投資行為契合了業界對當前發展態勢的研判：傳統最大的收入來源—固定電視直播業務增長乏力，趨于成熟的地面寬帶通信網絡欲在地理范圍上深度擴張又面臨成本高的困局，衛星寬帶服務面臨前所未有的發展機遇。根據國外權威咨詢機構—美國北方天空研究所（NSR）的預測，2016-2025年，全球衛星寬帶用戶數量和業務收入均將激增300%左右，增長率遠遠超過其他各類衛星通信應用服務。而行業外部，軟銀股份有限公司（Softbank）、谷歌公司（Google）、蘋果公司（Apple Inc.）等大型互聯網科技公司，則結合自身利益拓展需求，分別投資星座計劃（對應一網公司、SpaceX公司和波音公司）推波助瀾，使寬帶服務成為當前新興星座計劃角逐的最主要細分市場。

對所有旨在全球服務的低軌星座而言，頻譜資源具備獨占性和排他性，其爭奪結果直接影響項目成敗。當前，在Ku、Ka頻段競爭趨于飽和的態勢下，向更高頻段拓展已成為新興星座計劃提出者的集中發力點。目前，美國聯邦通信委員會（FCC）已先后向一網公司、加拿大電信衛星公司和SpaceX公司頒發市場準入許可，長久以來懸而未決但又意料之中的Ku頻段權限問題“暫時”塵埃落定，但星座建設情況不一，OneWeb星座的首批10顆試驗星正在研制中，計劃2018年下半年發射；SpaceX公司的2顆試驗衛星已經發射成功，正在進行在軌測試；加拿大電信衛星公司的2顆試驗衛星也已成功發射1顆，另1顆則在2016年底的俄羅斯火箭事故中損毀。另一個值得注意的情況是，V頻段資源競爭也進入了令從業者意想不到的白熱化局面：波音公司提出的1396～2956顆衛星星座方案本就主打業界甚少關注的V頻段，但根據FCC資料顯示，2017年3月，SpaceX公司、一網公司和加拿大電信衛星公司也都提交了各自的V頻段星座申請文件。

2018-2019年成為業界“押注”的風口期

不管是為了補強服務能力保持業務增長，還是拓展新興領域布局未來戰略，包括全球四大固定衛星運營商與兩大制造商在內的傳統衛星產業界，或投資、或合作、或獨自發展，均已向低軌星座方向做出一系列大的調整動作。綜合各個星座計劃進展來看，從2018年開始，行業將正式邁入大規模密集部署階段，2019年或達到第一個高峰。其中，一網公司的大規模部署是最直接的影響因素，其美國工廠已動工，首批衛星也已在法國投產，2018年部署可期。

有意思的是，歐洲咨詢公司（Euroconsult）在2017年6月作衛星制造與發射市場預測分析時，一改以往給出確鑿結論的慣例，作了基線情況（Base Scenario）和上限情況（Upside Scenario）兩組不確定性預測曲線，分別對應只有一網公司成功部署以及包括SpaceX公司、波音公司、加拿大電信衛星公司和低軌衛星公司都發射的情況，兩組曲線之間的差額衛星數目達到6000余顆，是人類到目前為止發射通信衛星總量的3倍左右！客觀來看，數千顆衛星研制、上百次密集發射，開啟的不僅僅是衛星通信服務業不同軌道運營商競爭格局的重塑，也是傳統衛星制造與發射能力深化調整、轉型命運的一次豪賭。從普遍輿論來看，2018、2019兩年都將成為向該領域投資的最后風口期。而就歷史經驗來看，這一輪星座建設究竟是成是敗，也將很快見分曉。

2 傳統航天企業積極應對沖擊影響

運營業沖擊：運營商數據業務全面劣勢，海事航空服務危機潛伏

在這一輪低軌建設浪潮中，傳統衛星運營商面臨的市場沖擊最為直接和全面，雖然其依靠發展多年積累的業務渠道、占據的頻軌資源、建設的地面網絡等基礎條件，在與低軌系統的初期博弈中占有優勢，但不可否認的是，在傳輸時延與服務連續性要求越來越嚴苛的數據業務面前，傳統地球靜止軌道（GEO）衛星相比LEO、甚至中地球軌道（MEO）星座都是劣勢的。

在傳輸時延方面，新興中軌系統O3b的成功已為運營商們敲響了“警鐘”，該星座主要扎根數據回程傳輸市場，必須與GEO運營商硬碰硬。據歐洲咨詢公司統計，自2015年以來，O3b公司所獲的電信蜂窩回程業務合同數量，遠超過國際通信衛星公司（INTELSAT）、歐洲衛星公司（SES）等傳統大型運營商。從技術層面看，O3b星座成功最關鍵的問題就在于，該系統100ms的時延僅為傳統GEO衛星的1/4，但服務價格上卻相差不大。因而，在沒有MEO和LEO星座的情況下，GEO星座是解決光纖在遠端布設成本過高的唯一解決途徑，解決了有無問題。當有了更好的選擇之后，就是選擇更加優質和符合市場需求的方案的問題了。更何況，從長遠發展考慮，未來地面網絡向時延要求更苛刻的5G發展，利用低軌系統滿足5G網絡需求，顯然符合更多地面運營商的業務發展布局。

另一方面，低軌寬帶星座在兩極覆蓋能力上的地理優勢，也是傳統GEO運營商所不具備的，這種優勢不僅可以為各類商業公司拓展業務區域所用，也符合很多國家的戰略甚至軍事利益而得到支持。從地理區劃上來說，兩極、特別是北極地區，是北半球跨大洲國際航線業務的主要途徑地，但也歷來是GEO通信衛星系統的“盲區”。目前，機載、海事聯網市場是全球衛星通信行業增勢最為迅猛的細分領域之一，這些領域對保證服務連續性的要求，將推動低軌系統的快速應用。2016年，全球最大的機載聯網服務商美國Gogo公司就表達了利用OneWeb衛星為其2Ku解決方案供應容量的意愿。

應對策略：高低軌一體化布局，優勢互補提升行業競爭力

2017年2月，一網公司與國際通信衛星公司宣布合并，計劃實現高低軌系統的聯合運營、一體化服務，雖然最終因債權問題未能成功，但放眼整個衛星通信行業，采用主動合作的方式應對沖擊已經成為運營商的共性策略。2016年4月，加拿大電信衛星公司就對外公開了其發展低軌星座的構想，并正式采購了2顆試驗衛星；2016年5月，歐洲SES公司宣布增持中軌道寬帶通信星座運營商O3b公司股份至100%，成為全球首個擁有GEO+MEO系統的運營商；2017年5月，亞洲最大固定衛星運營商日本完美天空日星公司（Sky Perfect JSAT）宣布向歐洲低軌激光通信星座計劃初創公司低軌衛星公司投資，并參與其寬帶服務分銷。2018年3月，歐洲通信衛星公司（EUTELSAT）也宣布將打造低軌物聯網星座。至此，全球最大的五家固定通信衛星運營商均已向中低軌系統做出戰略調整。透過這種新趨向可以看出，傳統運營商和新興低軌星座相互之間存在取長補短的潛在合作價值。

首先，對于低軌星座來說，聯合GEO運營商可以最大化地減少系統建設之外的成本。這主要體現在兩點，一是頻率資源的稀缺，導致兩者將在頻率使用方面產生難以調和的矛盾，考慮到國際電信聯盟公司（ITU）對GEO衛星頻率使用的保護以及各國頻率協調的難度，與全球性GEO運營商合作，可以將潛在反對者變為最有力的支持者，推動其盡快獲得各國信號落地權，以盡早提供服務。二是LEO星座需要提供全球服務，必須在世界各地投入巨大時間和財力尋找并建立分銷渠道，而這種無形資產恰恰是已運行多年的傳統運營商的強項，與之合作，可以快速打開相對成熟的服務市場，省去建立營銷體系的大規模前期投入。

其次，對GEO運營商來說，低軌星座大多致力于發展高速寬帶網絡的布局，這與業界對未來寬帶業務的預期不謀而合。在數據傳輸的時效性、對極地區域覆蓋的連續性方面，也將彌補傳統業務一直以來無法克服的缺陷。從業務層面來看，聯合服務對鞏固其自身發展優勢、拓展市場空間來說都是利大于弊；此外，LEO星座在研制和部署上的靈活性，也將成為傳統運營商試驗新衛星技術、開辟新應用服務的“測試床”。GEO通信衛星造價高、風險大、壽命長、技術更迭緩慢，如商業現貨（COTS）組件、新衛星研制技術（3D打印部件）等新想法和新概念的應用成本高的缺點，都可以通過LEO星座更新升級迅速、能在過往一代GEO衛星的項目周期內實現技術快速演進的特點加以彌補。

制造業沖擊：大批量、規模生產漸成重點，能力亟待轉型

受LEO星座系統快速發展的影響，全球衛星制造業的整體波動也異常明顯。2017年6月，全球最大的GEO通信衛星制造商勞拉空間系統公司（SS/L）宣布，由于缺乏衛星訂單不得不裁員10%。同年7月，美國衛星產業協會（SIA）發布最新版《衛星產業狀況報告》指出，2016年，全球衛星制造業收入結束了近年來的持續增長態勢，同比大幅下滑13%，甚至低于2012年的收入水平。其中，通信衛星制造業收入同比驟降56%，是行業發生劇烈波動的最大動因。毫無疑問，在市場預期充滿巨大不確定性的形勢下，運營商們或舉棋不定、保持觀望，或提前轉型向低軌探索，在很大程度上導致GEO衛星訂單數量下降。對制造商來說，則意味著必須從原有研制模式和業務格局中做出轉型調整，以應對最新的用戶需求，把握好這場低軌建設浪潮的“風口”。

對制造商而言，大批量、生產線的模式已不再是空談，衛星生產流程的優化、改進甚至再造必須提上日程。與過往全球通信衛星市場每年交付數量一般在50顆以下、交付周期2～5年不同，目前的新興LEO星座規模已經達到數百顆或者千顆量級，交付周期要求也比普通GEO衛星更嚴苛（否則無法按期提供全球服務）。以傳統制造商的現有總裝集成測試（AIT）設施、延續現有的研制模式，無法滿足這種需求。在一網公司之前，泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS）保持著每周生產1顆“下一代銥星”（Iridium NEXT）衛星記錄，而一網公司則提出1天至少3顆衛星的出廠速度，將達到衛星產業界前所未有的交付水平。一網公司因此決定主動探索現代化的生產線模式，為星座部署提供保障。此外，包括波音、洛馬（LM）等公司在內均已將可滿足小衛星研制需求的新型衛星工廠/生產線納入發展計劃。從這個角度來看，整個行業都已處于變革潛伏期。

應對策略：合作造星、向運營拓展，牽引研制格局優化升級

總結來看，傳統衛星制造商的應對策略主要有兩種，一是主動向新興星座運營商注資，采用聯合方式幫助其制造衛星；二是向低軌通信運營服務領域拓展，實現縱向一體化的產業布局。

前者主要對應空客防務與航天公司（ADS）的做法，該公司是歐洲最大的通信衛星制造商，于2015年6月作為戰略投資者參加了一網公司的A輪融資，并隨后確定與其合資來研制數百顆衛星。空客防務與航天公司在GEO通信衛星制造方面經驗豐富，但在數百千克級的小型通信衛星方面卻未曾涉足。此番該公司與一網公司的合作，是其補齊業務短板，同時積極探索新型制造模式的一次重要戰略調整。目前合作進展順利，2017年6月27日，一網公司宣布，在空客防務與航天公司的試驗生產線已正式投產，首批10顆試驗衛星將按期交付發射。一網公司在美國設立的衛星工廠也已動工建設，將保障后續上千顆衛星的研制工作。該生產線將由載荷、星載電子設備、推進系統以及太陽電池翼等4條獨立裝配、獨立測試的并行模塊組裝線。部件完成組裝之后，進入總裝生產線按序進行集成，完成整星測試后出廠。在整個生產線中，充分利用智能裝配工具、自動光學檢測系統、大數據控制系統、機器人、增強現實工具，以及自動測試系統等數字化、智能化手段，加速總裝集成測試流程，實現大規模生產。未來，在穩定運行后，該工廠也將為其他小衛星的生產提供服務。

后者主要對應波音公司的做法，該公司是國外唯一一家提出發展LEO通信星座并拓展衛星運營業務的傳統制造商。事實上，這一舉措有著較深的技術背景和長遠戰略布局。首先，波音公司并非衛星運營領域的門外漢，其作為全球六大GEO通信衛星制造商之一，也做衛星地面系統并提供代管式的運營服務，第一代“銥”衛星星座就由波音公司主要提供運管服務。另一方面，波音公司近年來的衛星訂單下滑情況也較為嚴重，該公司總裁在2017年7月接受采訪時稱，波音公司要通過載荷技術創新來應對這種壓力。但毫無疑問，利用獨立發展LEO星座的契機，實現制造、運營的一體化服務模式，可以幫助其有效降低研制成本，同時帶動自身衛星制造能力的轉變。

3 對行業發展的認識和建議

穩固根基，瞄準載荷靈活性、高通量等方向，持續提升高性能大衛星的研制水平

LEO通信系統如火如荼的發展，不意味著將完全取代GEO通信衛星。可預見，未來兩類系統之間將存在長期博弈。傳統高軌通信衛星需求雖然在下降，但考慮其在服務方面的優勢和特點，終將趨于穩定。而且高性能GEO通信衛星市場的爭奪還在不斷加速，發展空間依然巨大，也是傳統衛星制造商長久立足的根本所在。

這里的高性能集中體現在高通量衛星和靈活有效載荷兩個方向，前者是順應市場對不斷增長帶寬與傳輸速率需求而演變的一種必然趨勢；后者則是未來運營商優化配置在軌能力、更高效地滿足服務用戶的一種必然要求。在此背景下，傳統制造商應當保持自身在GEO衛星研制上已有的實力和優勢，兩個方向加快共同發展，不斷提升研制水平和能力，這既是穩定傳統業務收入的內在要求，也是鞏固、提升核心競爭力的重要手段。

主動出擊，直面小衛星、大批量等挑戰，優化甚至重塑研制流程，實現轉型升級

LEO星座所帶來的衛星研制、生產領域的沖擊，已經在深刻改變傳統衛星制造商長久以來秉持和沿襲的理念和模式。國外主流制造商都已開始向此方向做出戰略布局，波音公司甚至自己提出打造LEO星座的構想，未來將從制造向運營服務拓展。而考慮到未來數年內的快速增長趨勢，小衛星研制訂單爭奪將趨于白熱化。

市場機遇不會留下等待的時間，傳統制造商需要盡快將此類衛星的研制、生產流程優化甚至重鑄提上日程，引進先進理念和制造技術，以滿足商業市場需求為導向，在研制交付周期、衛星質量要求上進行合理折中和設計考量，力爭在該領域市場占據一席之地。

理清商業與盈利模式，找準市場和業務方向，推動高低軌系統一體化、融合發展

從當前來看，決定LEO通信星座能否成功發展的最大問題，不在于技術是否足夠先進，而在于系統能否實現穩定持續盈利。“銥”衛星第一代系統雖然技術領先全球，但缺乏用戶和收入來源，導致資不抵債，因而失敗。O3b系統之所以成功，是因為其找準了市場和業務方向，建立穩定、高價值的用戶群體，實現持續盈利和收入增長。

如果要依靠商業力量發展LEO通信系統，必須首先考慮清楚未來的業務收入來源、規模以及收回投資成本的預期時間，從一開始建立邏輯清晰、合理可行的商業盈利模式，吸引資本市場等多元化投入，為星座的穩定運行發展奠定基礎。另一方面，要積極考慮與衛星運營商已有的關口站、業務渠道等資源結合，與國內GEO衛星業務布局、規劃計劃相結合，推動高低軌系統的優勢互補，促進通信衛星應用服務領域的繁榮，引領和帶動國民經濟、社會穩定、國家安全等領域的全面協同發展。