國外通信衛星領域最新發展態勢分析

李博（北京空間科技信息研究所）

2017年，世界主要航天國家穩步推進現役軍用通信衛星升級補充，同時以在軌彈性、防護能力牽引下一代體系化變革；高通量衛星系統性能不斷增強、應用深度拓展，并逐步顯現出載荷靈活性的新特征和新需求；新興低軌通信星座在資本支持下從概念構想迅速轉向實質建設，驅動全球衛星產業鏈格局和發展模式的整體趨勢性演變；歐美衛星制造商積極引入虛擬現實、3D打印等智能制造工具與技術，推動衛星研制效率、載荷性能大幅提升。

1 以美軍為代表推進現役系統升級、補充，在軌彈性、防護能力牽引下一代體系化變革

2017年，美軍繼續推進現役寬帶通信衛星星座建設，同時先后發布多份招標合同，邀請產業界共同深化論證其下一代軍用通信能力的發展途徑，其防護分級理念逐步明晰，引發歐洲各國的共鳴。

WGS系統再發高性能新星，多國共建、利患共擔模式初具雛形

2017年，美軍成功發射寬帶全球衛星通信系統－9（WGS－9）衛星，相比WGS系列的其他衛星，WGS－9星上載荷的核心寬帶數字信道化器采用新一代集成電路技術，大幅提升了處理性能，其可用帶寬增長了45%，容量則提升了2倍以上，將在一定程度上彌補美軍近年來不斷拉大的容量需求缺口。

WGS－9 衛星的一大亮點在于其采用了國際盟友合作的機制。2012年，美國聯合加拿大、丹麥、盧森堡、荷蘭與新西蘭五國軍方高官在華盛頓簽署諒解備忘錄，正式確定由五國出資6.197億美元，用于研制、發射、部署和在壽命周期內運維WGS－9衛星，并由此獲得前9顆衛星的接入和使用權，但整個系統（從平臺到載荷以及任務資源的調度）的運管權歸美國軍方所有。這種新型的軍用系統聯合發展模式，體現出美軍近年來不斷加大與國際盟友之間粘度、提升體系彈性的發展策略。此前，美軍已經在WGS－6衛星上開始了這種嘗試，不過當時只是澳大利亞單個盟國通過注資擴大了星座的所有權結構。此次，五個盟國的加入，使得WGS系統的屬性再次發生較大調整，形成了以美國為主的七國共有、共用體制，從而實現利益共享、風險共擔，不但有力地補充了星座的效能，還可大幅提升敵對方發動針對性攻擊和威脅時所面臨的國際經濟、政治制裁成本，從而實現高度的在軌彈性能力。此外，這種合作方式也可以幫助美軍降低系統的整體投入，以更低的成本來構建所需的寬帶通信保障能力。

戰略、戰術分離理念凸顯，謀劃構建分級防護衛星通信體系

2017年，美軍著眼下一代軍用通信衛星體系的建設，發布多輪招標合同開展深化研究，其構建防護戰略與防護戰術分層式的體系構想也日趨明確。在防護戰略通信系統方面，將基于現役“先進極高頻”（AEHF）系統，發展專用的防護戰略通信衛星，為南北緯65°（S)～65°(N)的用戶提供正常環境26Mbit/s和核環境0.4Mbit/s的傳輸速率；對極地65°以上區域的用戶，則分別提供1Mbit/s和0.1Mbit/s的數據服務能力。在部署初期，該系統將通過星間微波鏈路與AEHF系統互聯組成混合星座，提供連續和增強服務。系統計劃于2029年一季度正式啟動交付，支持2030年以遠的戰略通信需求。

在防護戰術通信系統方面，繼續以“防護戰術波形”（PTW）為核心構建抗干擾衛星通信能力，主要由WGS衛星、租用的商業衛星，以及新型專用防護戰術衛星（PTS）三類系統組成。其中，防護戰術衛星包括2種實現方式，一種是專用衛星星座，由3顆地球靜止軌道（GEO）衛星和3顆“凍土”（Tundra）軌道衛星組成，具備星上信號處理能力；另一種則通過在商業衛星上搭載有效載荷實現，具體包括5種備選方案，分別實現區域性EHF頻段覆蓋、區域性Ka頻段覆蓋、點波束EHF頻段覆蓋、點波束Ka頻段覆蓋，以及自跟蹤型Ka頻段覆蓋等。

受美國影響，英國、法國、意大利等歐洲主要航天國家均明確提出在下一代衛星系統中增加體系彈性需求，抗核加固、GEO定位、干擾調零、網絡攻擊對抗等多種先進軍用級技術將在下一代衛星上出現，在物理、鏈路和網絡等各層面著力提升核心軍用系統的防護性能。

2 高通量衛星系統性能持續提升、應用深度不斷拓展，載荷靈活性需求與特征日益顯現

2017年，高通量衛星在全球發射的GEO通信衛星中占比繼續增大，在提升服務性價比的同時，也將行業競爭推向新高點；以機載聯網等為代表的新興應用逐步成為高通量系統重要的市場切入點；載荷靈活性則成為制造商和運營商重點關注的新技術趨向。

衛訊－2刷新全球單星容量記錄，高通量衛星系統深度布局機載應用

近年來，在各大運營商的共同努力下，新型高通量衛星系統的部署越發密集，通信衛星傳輸速率飛速增長。2017年6月，衛訊公司（VIASAT）成功發射了其第二代高通量衛星衛訊－2（ViaSat－2），該衛星最大容量可達300Gbit/s，成為迄今為止單星容量最大的衛星系統。該公司正在發展新一代超高通量GEO衛星星座ViaSat－3，將由3顆超過1Tbit/s的衛星組成，前2顆已于2017年9月通過了關鍵設計評審（CDR），預計2020年前后發射，旨在提供全球高速寬帶接入服務。

在積極發展高通量衛星系統的同時，運營商也不斷向機載寬帶等新興業務領域拓展。以衛訊公司為代表，其在商業航空市場提供Exede?服務，可為乘客提供12Mbit/s的網絡接入服務，在通用航空市場打造Yonder?品牌網絡服務。2017年，衛訊公司推出了新一代空中網絡設備（Gen－2），兼容該公司所有的Ka頻段衛星，可以為航空公司提供質量更優、速度更快的機載網絡服務。業界目前對該市場的發展前景普遍看好，根據歐洲咨詢公司（Euroconsult）2017年發布的市場預測，到2026年將有25000架客機和35000架公務/私人飛機具備聯網功能，總需求容量將超過330Gbit/s，衛星運營商總體收入可達13億美元，而機載聯網服務商收入可達65億美元。

靈活載荷能力需求日益增大，軍民融合應用服務前景巨大

高通量衛星系統容量不斷增加，加劇了本就激烈的市場競爭，為了提高轉發器使用率、提升投資回報率，運營商對衛星靈活服務能力需求迫切。2017年發射的多顆高通量衛星均采用靈活有效載荷技術，支持在軌波束覆蓋、容量分配、網絡拓撲等多個層級的靈活性。如國際通信衛星公司（INTELSAT）的“史詩”（Epic）系列衛星采用的數字透明轉發器（DTP），可在整個壽命周期內根據用戶需求的變化調整波束間鉸鏈方式，除支持“小站-關口站”的星型拓撲應用之外，也支持波束下的“環回”工作方式，實現網狀通信。此外，歐洲航天局（ESA)目前正在聯合產業界研制軟件定義的“量子”（Quantum）衛星，將利用相控陣天線、星載可再編程信號處理器、多端口放大器網絡等，支持波束形狀、位置實時可控及跳波束，同時實現轉發器中心頻率、帶寬和功率的靈活調節。

值得一提的是，衛星的靈活性特征具備很強的軍事應用潛力，軍事作戰對衛星性能的要求與傳統商業系統不同，如支持戰場地理區域的靈活機動、部隊的動態組網、面對干擾威脅的主動規避（如“量子”衛星的陷波功能）等，都需要載荷具備一定的波束機動、處理交換以及頻率調節能力。可預見的是，未來靈活高通量衛星的軍民兩用特征將更加突顯，上述系統也都將軍方用戶作為重要的開拓方向。

3 新興低軌寬帶衛星星座邁入實質建設階段，推動全球衛星研制與應用服務模式悄然變革

2017年，以“一網”（OneWeb）計劃為代表，國外新興低軌寬帶通信衛星星座項目加快融資、系統建設、市場準入協調、服務預售合作等各項任務，引發傳統衛星制造商、運營商著眼新市場需求開展戰略調整與布局，牽動全球通信衛星產業態勢悄然演變。

新興低軌寬帶衛星星座建設穩步推進，兩強競爭格局初步形成

2017年，“一網”計劃在日本軟銀集團（Softbank）12億美元投資的推動下，多項工作取得實質性進展。6月，美國聯邦通信委員會（FCC）通過投票正式批準了該星座在美國開展寬帶互聯網業務的經營申請，使其成為第1家獲得FCC準入許可的低軌項目，對其提早開拓營銷渠道、布局推廣應用大有益處。在系統建設方面，其與空客防務與航天公司（ADS）在美國佛羅里達州合資建設的衛星工廠已于3月動工，在法國圖盧茲的衛星工廠已開始首批10顆衛星的研制工作，將完成端到端的驗證、測試和集成工作后交付發射部署；10月，一網公司（ONEWEB）與沙特政府簽署諒解備忘錄，計劃于2020年開始為該國農村與偏遠地區人口提供廉價、高速寬帶互聯網接入服務。

雖然整體進度滯后于一網公司，太空探索技術公司（SpaceX）星座計劃2017年也取得一定進展。3月，SpaceX公司公布了由7518顆V頻段衛星組成的新星座計劃；10月，SpaceX公司已經開始利用在西雅圖搭建的測試系統，測試其星座計劃的通信鏈路以及遙測、跟蹤與控制（TT&C）系統。總體而言，以美國的兩大新興衛星星座系統為核心的產業競爭格局逐步明顯，吸引了產業鏈各個環節的重要宇航企業加入其中，極大地帶動和影響了全球低軌寬帶通信領域的整體發展。

制造商聚焦小衛星批量化生產，運營商開拓高中低軌聯合模式

在低軌通信衛星星座快速發展的沖擊下，通信衛星市場需求開始向小型化、規模化、批量化轉型，各大制造商已普遍著眼優化升級固有的研制流程，以適應市場的新變化。ADS公司與一網公司合資的衛星工廠就開辟了極具創新特點的自動化生產線模式。從2017年公布的情況看，該工廠將充分利用協作機器人、智能裝配工具、自動光學檢測系統、大數據控制系統、自動精準耦合系統、自動導軌傳送、自動加熱分配系統、增強現實工具以及自動測試系統等數字化手段，加速整個總裝、集成與測試（AIT）流程，以達到1天至少3顆衛星的交付目標。

運營商方面，2017年5月，亞洲最大的通信衛星運營商日本完美天空日星公司（Sky Perfect JSAT）宣布向歐洲新興通信衛星星座計劃“低軌衛星”（LEOSat）戰略投資，并參與其后續寬帶服務的推銷。至此，全球最大的5家固定通信衛星運營商中已有4家跳出傳統GEO衛星運營的范疇，向中低軌衛星星座領域做出戰略布局。

理性來看，高中低軌系統的聯合，可以發揮各自在數據服務領域優勢，形成規模效益，共享用戶和分銷渠道，降低研發和運營成本，避免過度競爭引發的資源浪費，從而將引導全球衛星通信行業整體向集約式路徑發展和繁榮。

4 商業GEO衛星訂單下滑驅動白熱化競爭，研制技術創新成為全球衛星制造市場競爭破題之要

2017年，全球商業GEO通信衛星制造市場訂單情況進一步惡化，參與主體則繼續增加，競爭態勢異常膠著；面對增長壓力，歐美制造商紛紛引入新研制理念，以提升效率，降低成本，提高核心競爭力。

GEO通信衛星市場收入下滑，衛星制造市場競爭格局趨向多元化

2017年6月，美國衛星產業協會（SIA）發布《衛星產業狀況報告》指出，自2010年以來，全球GEO通信衛星訂單處于整體下滑態勢，與之相稱的是，2016年全球衛星制造業收入同比大幅下滑了21億美元，收入水平回退至2012年，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。與此同時，全球最大的GEO通信衛星制造商勞拉空間系統公司（SSL）宣布，由于缺乏衛星訂單，不得不裁員10%。整體來看，受低軌衛星星座快速發展以及全球衛星在軌容量過于飽和狀態等影響，GEO通信衛星制造市場的體量將在一定程度上縮減，但與此同時，參與主體卻不斷增加，特別是歐洲新興制造商的不斷崛起，已開始挑戰既有的市場格局。

2017年，歷經10余年后，歐洲通過設立專項計劃，自主研發的“小型地球靜止軌道”（SmallGEO）平臺首發星任務成功，使得主承包商德國不萊梅軌道高技術公司（OHB）具備了小型GEO衛星市場訂單的競爭能力，該市場整體規模雖然不大，但門檻相對較低，已成為具備一定研制實力的航天國家進軍GEO領域的突破口。目前的參與者不僅包括美國、歐洲、俄羅斯、印度、日本等主要航天國家和地區，以色列、阿根廷等新興國家也已相繼研制成功相應系統，競爭態勢愈發激烈。

積極引入新星智能制造技術，穩步提升衛星研制交付能力

2017年，國外成功發射的73顆通信衛星中，有45顆（包括40顆“下一代銥星”衛星）由泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS）承制，這些衛星上都采用了3D打印部件，如希臘衛星－3（HellasSat－3）上就采用了3D打印的天線喇叭和天線支撐機構。

波音公司（Boeing）2017年新獲機內自檢（Built-In Test）專利技術，該技術可以使數字有效載荷自動回傳指定信號并自行測試，節約之前的人工操作時間，減少測試時間，從而縮短交付周期。此外，該公司積極將全電推進系統和3D打印技術融入空間業務領域，使其成為標準設計流程的一部分，在2017年發射的歐洲衛星公司－15（SES－15）衛星上即得到了應用。同時，波音公司繼續加大數字有效載荷技術的投入，大幅減小載荷的硬件規模，簡化制造流程，據其估算，采用高度數字化/靈活化的有效載荷可以縮短50%～60%的衛星研制時間。

洛馬公司（LM）方面，已將3D打印技術應用于美國空軍的先進極高頻－6（AEHF－6）衛星研制過程，使用激光粉末床熔化技術制造了一個遠程接口部件，可將該部件的制造周期從6個月減少到1個半月，將部件與衛星的組裝時間從12h減少到3h，并且提高部件的生產質量和部件的一致性。此外，洛馬公司還在其衛星生產線中利用虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術工具，在產品進入生產線之前利用3D成像發現并糾正工程失誤，以節省后期用于糾正這些失誤的時間和資金成本，目前保守估計每年節省成本約1000萬美元。