基于高通量衛(wèi)星的產業(yè)應用和變革

+李凱

（西安星展測控科技股份有限公司網絡運營事業(yè)部總經理）

從衛(wèi)星動中通設備生產商的角度出發(fā)，探討高通量衛(wèi)星將帶來的產業(yè)應用和變革。

高通量衛(wèi)星時代的到來

2017年8月16日，中星16號衛(wèi)星成功發(fā)射，該星定位于東經110.5度，是我國首個應用Ka頻段多波束通信的寬帶衛(wèi)星，總通信容量達到20Gbps，超過發(fā)射之前我國所有通信衛(wèi)星容量的總和，該星投入運營后，標志著我國正式進入自主可控的高通量衛(wèi)星時代。

三年后（2020年7月9日），我國自主研制的亞太六號通信衛(wèi)星也順利升空入軌，定位東經134.5度，采用Ku/Ka頻段進行傳輸，總通信容量達到50Gbps。此外，中國航天科技集團公布，2023年前后將再發(fā)射兩顆超大容量同步軌道高通量衛(wèi)星，在軌高通量衛(wèi)星系統(tǒng)容量不小于500G。高通量衛(wèi)星的陸續(xù)部署，將為我國高通量衛(wèi)星通信應用的拓展提供可靠的空間基礎。

高通量衛(wèi)星相比傳統(tǒng)通信衛(wèi)星，具有大容量、高速率的顯著優(yōu)勢。傳統(tǒng)賦形波束衛(wèi)星的單星容量約為3～5Gbps，而高通量衛(wèi)星單星容量可達20～50GPS。在相同口徑和功放條件下，傳統(tǒng)賦形波束衛(wèi)星下小站的帶寬約為1-10Mbps，高通量衛(wèi)星下小站最大帶寬可提升到5-50Mbps。

中星16號高通量衛(wèi)星正式投入使用以來，已在多個領域開展了較為廣泛的應用，包括地面移動通信基站回傳、Wi-Fi熱點覆蓋、船載通信、應急通信、遠程教育等，有效提升了我國的寬帶覆蓋率，為各類產業(yè)信息化建設帶來了較大助益。

例如，今年7月7日，中星16號衛(wèi)星首次為民航客艙提供了空間高速網絡通信，在萬米高空的飛機客艙內實現(xiàn)了在線直播、空地實時視頻通話，帶寬達到50Mbps，為航司和乘客帶來更高速順暢的機上網絡沖浪體驗。這是一次重大突破，該系統(tǒng)是國內首例獲得FAA STC和CAAC VSTC適航認證的國產機上高速衛(wèi)星互聯(lián)系統(tǒng)。該次首航由中國衛(wèi)通集團股份有限公司和飛天聯(lián)合（北京）系統(tǒng)技術有限公司主導，西安星展測控科技股份有限公司提供支持。

在應急方面，今年在山東和云南均發(fā)生了較為嚴重的泥石流災害。災情發(fā)生后，災區(qū)地面基站受損無法使用、通信中斷，中國衛(wèi)通配合云南移動應急通信指揮中心，及時協(xié)調包含中星16號在內的衛(wèi)星資源，配合開通衛(wèi)星鏈路，架設起通信“生命線”，為搶救災區(qū)生命和財產起到非常大的作用。

除了空中、陸地，高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)在海上也有廣泛應用場景，其中較為典型的是海上風電場遠程監(jiān)控。近年來，海上風電得到國家政策支持，裝機規(guī)模不斷提升，發(fā)展勢頭一片大好。海上風電場多數(shù)遠離陸地，沒有地面網絡的覆蓋，設備數(shù)據(jù)傳輸、人員通信通常只能依賴衛(wèi)星通信。原來使用傳統(tǒng)通信衛(wèi)星，只能實現(xiàn)簡單的話音、郵件辦公。但現(xiàn)在通過高通量衛(wèi)星的應用，已經實現(xiàn)了多路的高清視頻回傳、航線規(guī)劃、風機數(shù)據(jù)實時及連續(xù)性回傳，為風電場的安全和運營帶來了很大的便利。

以中星16號Ka衛(wèi)星為代表的高通量衛(wèi)星的應用還未滿三年，就已經給各行各業(yè)帶來了不小的變化，隨著產業(yè)鏈各方進一步挖掘市場需求，以及新衛(wèi)星的入列，相信我國高通量衛(wèi)星通信市場將愈發(fā)蓬勃發(fā)展。

高通量衛(wèi)星帶來的市場契機

未來，高通量衛(wèi)星會帶來哪些市場契機？可以從兩方面來闡述。第一是市場空間，第二產業(yè)變革。

1、高通量衛(wèi)星未來市場空間

目前，各類內貿商船、工程類船舶、集裝箱船，僅國內就有4500艘，在日韓線、東南亞以及全球其他航線上則超過6000艘。中國的近海漁船更高達20萬艘。海上是地面網絡覆蓋的盲區(qū)，這些都是未來高通量衛(wèi)星最大的用戶群體。在空中，我國的民航飛機有3800架，通航固定翼飛機以及直升機分別超過1800架和900架，這些也都是未來高通量衛(wèi)星非常有效的用戶。同時，高通量衛(wèi)星在我國的生態(tài)環(huán)保、森林防火、應急通信等領域也有廣泛的應用場景，在更好地保護國家和人民生命財產安全、提高各行業(yè)生產效率、提升經濟發(fā)展水平等方面能發(fā)揮重大作用。

根據(jù)QYResearch 公司的全球與中國VSAT通信市場現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢的報告，2019～2025年，全球VSAT市場總值將從85.9億元、設備總需求31.9萬套提升到市場總值147.9億元、設備總需求量55萬套。而隨著高通量衛(wèi)星在中國的逐步投入運營，中國的VSAT市場總值預估將在2025年占比10%，達到年銷售額近15億元，設備需求數(shù)量將超過5萬套。未來的市場容量相當可觀。（參見圖1）

圖1 高通量下VSAT市場總值（數(shù)據(jù)來源：QYResearch）

圖2 船舶油耗真實數(shù)據(jù)

2、高通量衛(wèi)星的應用將激發(fā)產業(yè)變革

地球上原本信號缺失的地方，將因為網絡的接入產生巨大的效益。可以看兩個例子。

全球有數(shù)十萬艘商船航行在各片海域，船東公司面臨的第一大成本就是能耗問題。燃油能耗涉及很多因素，例如船舶主機參數(shù)、航線設計，以及氣象等客觀因素的影響，都會使油耗產生巨大的變化。

圖2展示了一組大型船舶油耗的真實數(shù)據(jù)。航行770-780海里，總油耗會在55-65噸之間變化，也就是說，航程相差僅10海里，燃油消耗的差異竟然高達10噸。按照目前國際油價一噸3000美元左右計算，燃油成本差異達到了3萬美元。如果按照船舶全年的工作情況，一條船舶的航行時長為240-260天，靠港或錨地等待時長約105-125天，每天的燃油消耗量在40-50噸之間，單日的航行油耗就達到12萬到15萬，也就是說每天都會產生3萬美元左右的燃油差異，如果按照每年250天的中間值，那么一條船的燃油浮動差異一年是750萬美元！假如通過某種技術手段能夠對此精準控制，使燃油總消耗量節(jié)省750萬美元中的40%，那么一艘船一年節(jié)省的燃油費是150萬美元。取3000艘中國的遠洋貨船來計算，一年燃油節(jié)省空間可達45億美元！（參見圖3）

為什么沒有人想到去解決這個問題呢？因為在高通量時代來臨前，窄帶衛(wèi)星通信很難完成連續(xù)性的大量的數(shù)據(jù)回傳，涉及如氣象、主機參數(shù)、每個設備的壓力值等等。因此盡管陸地上已經有許多科研機構做相關方面的研發(fā)，制定了精準的燃油節(jié)省方案，然而如果沒有大量數(shù)據(jù)的及時回傳，再好的方案也難以實現(xiàn)。現(xiàn)在，有了高通量衛(wèi)星，衛(wèi)星通信帶寬能力顯著增強、流量成本持續(xù)下降，上述技術勢必會融合在一起，為船舶行業(yè)節(jié)省成本、帶來巨大的效益。

再來看另外一個例子。森林火災是困擾全球政府的難題，為什么？因為火災的發(fā)生往往都在偏遠地區(qū)，加之森林面積大，人跡罕至，要做到“早發(fā)現(xiàn)”非常困難。目前，森林火災防治主要依靠飛機巡邏、人工巡邏，以及在定點區(qū)域安裝監(jiān)控設備，但都有各種各樣的弊端。比如人工巡邏只能在有限的區(qū)域內，大部分林區(qū)因為地形險要、路途遙遠，人力難以涉及，且發(fā)現(xiàn)火情后溝通難度大；飛機巡邏的成本很高，而且飛行速度快，靠機上人員肉眼搜尋，難以有效發(fā)現(xiàn)初始火情；而定點監(jiān)控因為設備電力續(xù)航問題、通信處理方式難度大等，控制效果也比較有限。

圖3 計算船舶燃油節(jié)省情況

應用高通量衛(wèi)星之后，可以通過搭載在飛機上的衛(wèi)星通信終端，結合人工手持終端等多種方式建立實時立體監(jiān)控網，將采集到的高清連續(xù)性視頻等實時數(shù)據(jù)回傳地面中心。一旦發(fā)現(xiàn)火患，中心系統(tǒng)的軟件會運用智能算法根據(jù)回傳的數(shù)據(jù)計算判定火情，并及時推送相關責任人知悉，從而在第一時間應急處置。（參見圖4）

圖4 基于高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)的森林火災防控體系

近五年來，我國火災次數(shù)和受災森林面積的數(shù)據(jù)曲線呈現(xiàn)反復性，森林火災的防護工作不容樂觀。相信未來通過高通量衛(wèi)星的應用，通過空地聯(lián)動的立體防火網絡，可以使原本較為緩慢的火情下降趨勢在3-5年內加速下降，降低因火災造成的損失數(shù)億元，且能大幅降低人員傷亡的風險。

因此可以說，高通量衛(wèi)星不僅能夠激活一部分用戶，提升通信的能效，而且潛在地能夠激活產業(yè)融合，通過大數(shù)據(jù)的應用，撬動一個幾十億乃至數(shù)千億元的市場空間。

星展測控在高通量衛(wèi)星應用中的實踐與展望

圖5 實際案例中，機載高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳回火災現(xiàn)場實時視頻

目前，我國的高通量衛(wèi)星應用已具備一定規(guī)模，在海、陸、空各場景均已有實際應用。結合星展測控這幾年在該領域的實踐，以下談談對持續(xù)推動應用市場發(fā)展的計劃與看法。

海上，星展測控服務于各類漁船商船，船載高通量終端已經裝備了數(shù)千艘船。隨著中星16號和亞太6D衛(wèi)星應用的不斷擴展，預計未來三年內將會有超過5000～8000艘貨船、漁船接入高通量衛(wèi)星系統(tǒng)，享受到更快、更高效、更便宜的網絡服務。

在陸地，星展測控在應急通信車輛、高鐵通信等方面已開展實際應用。

在通用航空方面，國內大部分通航飛機加裝了衛(wèi)星通信系統(tǒng)，未來高通量系統(tǒng)應用場景在該領域的增長也值得期待。針對此類業(yè)務，星展測控準備了0.43米口徑的Ku直升機機載動中通，以及等效0.45米口徑的Ku/ka的機載動中通。相關產品在寧波公安系統(tǒng)、北大荒航空護林巡防業(yè)務中都有了成熟的應用。

同時我們也在積極研發(fā)適合中大型無人機搭載的小型機載動中通天線，將在遠洋捕撈、森林防火、自然環(huán)境保護區(qū)巡邏等領域發(fā)揮重大作用。

在備受關注的“5G+低軌衛(wèi)星通信”方面，近日，星展測控與航天科工空間工程發(fā)展有限公司、浙江舟山市岱山縣政府、中國聯(lián)通研究院等單位，成功聯(lián)合開展了低軌寬帶通信技術試驗衛(wèi)星+5G海上融合組網試驗。星展測控參與研制的0.6米Ka船載動中通天線為試驗的順利開展提供了有力助力，實現(xiàn)了在海上沒有地面移動網絡信號覆蓋的情況下，可以便捷的進行文件傳輸、信息發(fā)送、瀏覽網頁和視頻點播。

在未來五年內，高軌高通量衛(wèi)星無疑是衛(wèi)星通信主要的發(fā)展趨勢之一，但中低軌互聯(lián)網衛(wèi)星星座也正在迅猛發(fā)展。我們與鑫諾衛(wèi)星、亞太星通等衛(wèi)星運營商，一同為終端用戶設計了各種應用場景的衛(wèi)星互聯(lián)網服務。我們也將一起參與相關研發(fā)，為衛(wèi)星通信事業(yè)貢獻自己的力量。