國外通信衛(wèi)星領域最新發(fā)展態(tài)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(wěn)步推進現(xiàn)役軍用通信衛(wèi)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(wèi)星系統(tǒng)性能不斷增強、應用深度拓展，并逐步顯現(xiàn)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(wèi)星產業(yè)鏈格局和發(fā)展模式的整體趨勢性演變；歐美衛(wèi)星制造商積極引入虛擬現(xiàn)實、3D打印等智能制造工具與技術，推動衛(wèi)星研制效率、載荷性能大幅提升。

1 以美軍為代表推進現(xiàn)役系統(tǒng)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(xù)推進現(xiàn)役寬帶通信衛(wèi)星星座建設，同時先后發(fā)布多份招標合同，邀請產業(yè)界共同深化論證其下一代軍用通信能力的發(fā)展途徑，其防護分級理念逐步明晰，引發(fā)歐洲各國的共鳴。

WGS系統(tǒng)再發(fā)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(fā)射寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)－9（WGS－9）衛(wèi)星，相比WGS系列的其他衛(wèi)星，WGS－9星上載荷的核心寬帶數(shù)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(wèi)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(lián)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(fā)射、部署和在壽命周期內運維WGS－9衛(wèi)星，并由此獲得前9顆衛(wèi)星的接入和使用權，但整個系統(tǒng)（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(tǒng)聯(lián)合發(fā)展模式，體現(xiàn)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(fā)展策略。此前，美軍已經在WGS－6衛(wèi)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(tǒng)的屬性再次發(fā)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(xiàn)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(fā)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(xiàn)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(tǒng)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(zhàn)略、戰(zhàn)術分離理念凸顯，謀劃構建分級防護衛(wèi)星通信體系

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

在防護戰(zhàn)術通信系統(tǒng)方面，繼續(xù)以“防護戰(zhàn)術波形”（PTW）為核心構建抗干擾衛(wèi)星通信能力，主要由WGS衛(wèi)星、租用的商業(yè)衛(wèi)星，以及新型專用防護戰(zhàn)術衛(wèi)星（PTS）三類系統(tǒng)組成。其中，防護戰(zhàn)術衛(wèi)星包括2種實現(xiàn)方式，一種是專用衛(wèi)星星座，由3顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星和3顆“凍土”（Tundra）軌道衛(wèi)星組成，具備星上信號處理能力；另一種則通過在商業(yè)衛(wèi)星上搭載有效載荷實現(xiàn)，具體包括5種備選方案，分別實現(xiàn)區(qū)域性EHF頻段覆蓋、區(qū)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(wèi)星系統(tǒng)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(wèi)星上出現(xiàn)，在物理、鏈路和網絡等各層面著力提升核心軍用系統(tǒng)的防護性能。

2 高通量衛(wèi)星系統(tǒng)性能持續(xù)提升、應用深度不斷拓展，載荷靈活性需求與特征日益顯現(xiàn)

2017年，高通量衛(wèi)星在全球發(fā)射的GEO通信衛(wèi)星中占比繼續(xù)增大，在提升服務性價比的同時，也將行業(yè)競爭推向新高點；以機載聯(lián)網等為代表的新興應用逐步成為高通量系統(tǒng)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(wèi)訊－2刷新全球單星容量記錄，高通量衛(wèi)星系統(tǒng)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(wèi)星系統(tǒng)的部署越發(fā)密集，通信衛(wèi)星傳輸速率飛速增長。2017年6月，衛(wèi)訊公司（VIASAT）成功發(fā)射了其第二代高通量衛(wèi)星衛(wèi)訊－2（ViaSat－2），該衛(wèi)星最大容量可達300Gbit/s，成為迄今為止單星容量最大的衛(wèi)星系統(tǒng)。該公司正在發(fā)展新一代超高通量GEO衛(wèi)星星座ViaSat－3，將由3顆超過1Tbit/s的衛(wèi)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(fā)射，旨在提供全球高速寬帶接入服務。

在積極發(fā)展高通量衛(wèi)星系統(tǒng)的同時，運營商也不斷向機載寬帶等新興業(yè)務領域拓展。以衛(wèi)訊公司為代表，其在商業(yè)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(wèi)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(wèi)星，可以為航空公司提供質量更優(yōu)、速度更快的機載網絡服務。業(yè)界目前對該市場的發(fā)展前景普遍看好，根據(jù)歐洲咨詢公司（Euroconsult）2017年發(fā)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(lián)網功能，總需求容量將超過330Gbit/s，衛(wèi)星運營商總體收入可達13億美元，而機載聯(lián)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(wèi)星系統(tǒng)容量不斷增加，加劇了本就激烈的市場競爭，為了提高轉發(fā)器使用率、提升投資回報率，運營商對衛(wèi)星靈活服務能力需求迫切。2017年發(fā)射的多顆高通量衛(wèi)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(wèi)星公司（INTELSAT）的“史詩”（Epic）系列衛(wèi)星采用的數(shù)字透明轉發(fā)器（DTP），可在整個壽命周期內根據(jù)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(huán)回”工作方式，實現(xiàn)網狀通信。此外，歐洲航天局（ESA)目前正在聯(lián)合產業(yè)界研制軟件定義的“量子”（Quantum）衛(wèi)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(xiàn)轉發(fā)器中心頻率、帶寬和功率的靈活調節(jié)。

值得一提的是，衛(wèi)星的靈活性特征具備很強的軍事應用潛力，軍事作戰(zhàn)對衛(wèi)星性能的要求與傳統(tǒng)商業(yè)系統(tǒng)不同，如支持戰(zhàn)場地理區(qū)域的靈活機動、部隊的動態(tài)組網、面對干擾威脅的主動規(guī)避（如“量子”衛(wèi)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(jié)能力。可預見的是，未來靈活高通量衛(wèi)星的軍民兩用特征將更加突顯，上述系統(tǒng)也都將軍方用戶作為重要的開拓方向。

3 新興低軌寬帶衛(wèi)星星座邁入實質建設階段，推動全球衛(wèi)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(wèi)星星座項目加快融資、系統(tǒng)建設、市場準入協(xié)調、服務預售合作等各項任務，引發(fā)傳統(tǒng)衛(wèi)星制造商、運營商著眼新市場需求開展戰(zhàn)略調整與布局，牽動全球通信衛(wèi)星產業(yè)態(tài)勢悄然演變。

新興低軌寬帶衛(wèi)星星座建設穩(wěn)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(lián)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(lián)網業(yè)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(tǒng)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(wèi)星工廠已于3月動工，在法國圖盧茲的衛(wèi)星工廠已開始首批10顆衛(wèi)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(fā)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(qū)人口提供廉價、高速寬帶互聯(lián)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(wèi)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(tǒng)，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(tǒng)。總體而言，以美國的兩大新興衛(wèi)星星座系統(tǒng)為核心的產業(yè)競爭格局逐步明顯，吸引了產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的重要宇航企業(yè)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(fā)展。

制造商聚焦小衛(wèi)星批量化生產，運營商開拓高中低軌聯(lián)合模式

在低軌通信衛(wèi)星星座快速發(fā)展的沖擊下，通信衛(wèi)星市場需求開始向小型化、規(guī)模化、批量化轉型，各大制造商已普遍著眼優(yōu)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(wèi)星工廠就開辟了極具創(chuàng)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(xié)作機器人、智能裝配工具、自動光學檢測系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)、自動精準耦合系統(tǒng)、自動導軌傳送、自動加熱分配系統(tǒng)、增強現(xiàn)實工具以及自動測試系統(tǒng)等數(shù)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(wèi)星的交付目標。

運營商方面，2017年5月，亞洲最大的通信衛(wèi)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(wèi)星星座計劃“低軌衛(wèi)星”（LEOSat）戰(zhàn)略投資，并參與其后續(xù)寬帶服務的推銷。至此，全球最大的5家固定通信衛(wèi)星運營商中已有4家跳出傳統(tǒng)GEO衛(wèi)星運營的范疇，向中低軌衛(wèi)星星座領域做出戰(zhàn)略布局。

理性來看，高中低軌系統(tǒng)的聯(lián)合，可以發(fā)揮各自在數(shù)據(jù)服務領域優(yōu)勢，形成規(guī)模效益，共享用戶和分銷渠道，降低研發(fā)和運營成本，避免過度競爭引發(fā)的資源浪費，從而將引導全球衛(wèi)星通信行業(yè)整體向集約式路徑發(fā)展和繁榮。

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

2017年，全球商業(yè)GEO通信衛(wèi)星制造市場訂單情況進一步惡化，參與主體則繼續(xù)增加，競爭態(tài)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(wèi)星市場收入下滑，衛(wèi)星制造市場競爭格局趨向多元化

2017年6月，美國衛(wèi)星產業(yè)協(xié)會（SIA）發(fā)布《衛(wèi)星產業(yè)狀況報告》指出，自2010年以來，全球GEO通信衛(wèi)星訂單處于整體下滑態(tài)勢，與之相稱的是，2016年全球衛(wèi)星制造業(yè)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(wèi)星制造業(yè)收入同比驟降56%，是行業(yè)發(fā)生劇烈波動的最大動因。與此同時，全球最大的GEO通信衛(wèi)星制造商勞拉空間系統(tǒng)公司（SSL）宣布，由于缺乏衛(wèi)星訂單，不得不裁員10%。整體來看，受低軌衛(wèi)星星座快速發(fā)展以及全球衛(wèi)星在軌容量過于飽和狀態(tài)等影響，GEO通信衛(wèi)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(zhàn)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(fā)的“小型地球靜止軌道”（SmallGEO）平臺首發(fā)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(wèi)星市場訂單的競爭能力，該市場整體規(guī)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(qū)，以色列、阿根廷等新興國家也已相繼研制成功相應系統(tǒng)，競爭態(tài)勢愈發(fā)激烈。

積極引入新星智能制造技術，穩(wěn)步提升衛(wèi)星研制交付能力

2017年，國外成功發(fā)射的73顆通信衛(wèi)星中，有45顆（包括40顆“下一代銥星”衛(wèi)星）由泰雷茲-阿萊尼亞航天公司（TAS）承制，這些衛(wèi)星上都采用了3D打印部件，如希臘衛(wèi)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(shù)字有效載荷自動回傳指定信號并自行測試，節(jié)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(tǒng)和3D打印技術融入空間業(yè)務領域，使其成為標準設計流程的一部分，在2017年發(fā)射的歐洲衛(wèi)星公司－15（SES－15）衛(wèi)星上即得到了應用。同時，波音公司繼續(xù)加大數(shù)字有效載荷技術的投入，大幅減小載荷的硬件規(guī)模，簡化制造流程，據(jù)其估算，采用高度數(shù)字化/靈活化的有效載荷可以縮短50%～60%的衛(wèi)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(wèi)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(wèi)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(wèi)星生產線中利用虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術工具，在產品進入生產線之前利用3D成像發(fā)現(xiàn)并糾正工程失誤，以節(jié)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(jié)省成本約1000萬美元。