“星鏈”計(jì)劃未來(lái)發(fā)展分析

吳超 謝偉（中國(guó)長(zhǎng)城工業(yè)集團(tuán)有限公司）

2015年1月，馬斯克宣布太空探索技術(shù)公司（SpaceX）將開(kāi)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入項(xiàng)目，即“星鏈”計(jì)劃。彼時(shí)，SpaceX公司的“獵鷹”（Falcon）火箭和“龍”（Dragon）飛船已經(jīng)取得了巨大的成功，見(jiàn)證了SpaceX在短時(shí)間內(nèi)將藍(lán)圖轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的高效率。截至2020年5月底，“星鏈”星座已經(jīng)發(fā)射了422顆，并以每月1~2批的發(fā)射頻率持續(xù)進(jìn)行星座部署。

1 “星鏈”計(jì)劃技術(shù)特點(diǎn)

概括的說(shuō)，“星鏈”星座由分布在340km、550km和約1200km三個(gè)軌道面上的約12000顆衛(wèi)星組成。星座系統(tǒng)的基本參數(shù)（數(shù)據(jù)來(lái)源FCC、空間新聞網(wǎng)站、維基百科等）如下。

?衛(wèi)星質(zhì)量：227～260kg。

?衛(wèi)星壽命：5年。

?空間段：分為三期建設(shè)，衛(wèi)星總量約12000顆。I期和II期約4400顆衛(wèi)星的研制和發(fā)射是最優(yōu)先發(fā)展的工作，III期7518顆衛(wèi)星的部署是未來(lái)規(guī)劃。

?頻段：Ku、Ka、V頻段和激光。初期僅支持Ku頻段進(jìn)行衛(wèi)星與終端和關(guān)口站之間的通信，后期結(jié)合雙頻段芯片組支持Ka、V頻段通信。激光鏈路用于星間通信。

?波束：I期—半徑940.7km，天線(xiàn)仰角25°；II期—半徑573.5km，天線(xiàn)仰角40°。

?平臺(tái)技術(shù)：?jiǎn)翁?yáng)電池翼，4副相控陣天線(xiàn)，5塊碳化硅激光器件，氪離子推進(jìn)系統(tǒng)，自主碰撞規(guī)避系統(tǒng)等。

“星鏈”星座具有一些明顯的技術(shù)特點(diǎn)：①全球無(wú)縫覆蓋，接入方便；②時(shí)延小；③容量較大；④通過(guò)眾多地面站和星間鏈路優(yōu)化系統(tǒng)的性能和成本。另外，衛(wèi)星大量采用標(biāo)準(zhǔn)化和商業(yè)化部件，單星的可靠性要求低，以便低成本大批量快速生產(chǎn)；星座容錯(cuò)備份能力強(qiáng)，無(wú)需商業(yè)保險(xiǎn)。

“星鏈”星座建設(shè)情況

2 “星鏈”計(jì)劃建設(shè)情況

在“星鏈”計(jì)劃提出后，SpaceX公司曾多次發(fā)布該計(jì)劃的建設(shè)情況及未來(lái)規(guī)劃。

對(duì)“星鏈”計(jì)劃建設(shè)情況進(jìn)一步分析，得到以下觀點(diǎn)：

1）若保持近期這樣的高密度發(fā)射，“星鏈”計(jì)劃應(yīng)能在2020年或略晚實(shí)現(xiàn)I期1584顆衛(wèi)星的部署目標(biāo)，并在2020－2021年開(kāi)始初步運(yùn)營(yíng)。

“星鏈”計(jì)劃建設(shè)完成情況

2）按照FCC規(guī)定，“星鏈”計(jì)劃到2024年需要完成I期和II期的一半—約2200顆衛(wèi)星的部署。如果I期建設(shè)目標(biāo)完成，只需要在接下來(lái)的4年里部署600顆衛(wèi)星，這對(duì)SpaceX公司而言應(yīng)該沒(méi)有困難。

3）按照FCC規(guī)定，“星鏈”計(jì)劃到2027年需要完成4485顆衛(wèi)星部署。這意味著2025－2027年需發(fā)射2300顆衛(wèi)星（每年約13次發(fā)射）。但需要注意的是，從2023年開(kāi)始，前期衛(wèi)星開(kāi)始退役，2024年開(kāi)始進(jìn)入退役高峰。根據(jù)測(cè)算，2024年需補(bǔ)發(fā)替代星400顆（7次發(fā)射），2025年需補(bǔ)發(fā)1400顆（26次發(fā)射），若進(jìn)行不停地補(bǔ)星和組網(wǎng)，SpaceX公司的年發(fā)射量需要達(dá)到40次。長(zhǎng)期來(lái)看，維持一個(gè)4485顆衛(wèi)星的星座，年均需補(bǔ)星約900顆。在未來(lái)幾年全球經(jīng)濟(jì)下滑的背景下，頻繁補(bǔ)星會(huì)對(duì)資金流形成較大壓力。

另外，III期7512顆衛(wèi)星的建設(shè)目標(biāo)則更為蹊蹺。I期和II期的衛(wèi)星規(guī)模已經(jīng)能很好地完成全球覆蓋，可以支持商業(yè)運(yùn)營(yíng)，再繼續(xù)部署衛(wèi)星帶來(lái)的邊際收益并不明顯。而III期的衛(wèi)星數(shù)量幾乎是I期和II期的兩倍，邊際收益和邊際成本的比例很低。III期更像是馬斯克“跑馬圈地”，搶占頻率資源的籌碼。真正的星座數(shù)量應(yīng)該是根據(jù)市場(chǎng)情況而漸進(jìn)調(diào)整的，最終會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)遠(yuǎn)小于12000顆的平衡點(diǎn)上。

SpaceX公司曾表示要將衛(wèi)星造價(jià)控制在50萬(wàn)美元/顆。2020年2月，馬斯克表示“目前衛(wèi)星成本要比將其送入軌道的成本低”。據(jù)此測(cè)算，衛(wèi)星的地面交付成本為60萬(wàn)～80萬(wàn)美元，在軌交付的成本在120萬(wàn)美元以上，成本未來(lái)仍有一定的下降空間。但考慮到發(fā)射復(fù)用技術(shù)和衛(wèi)星生產(chǎn)規(guī)模效應(yīng)帶來(lái)的成本優(yōu)勢(shì)已被很好發(fā)揮，未來(lái)5年的極限成本難以低于100萬(wàn)美元。由此判斷，完成I期空間段總投資應(yīng)在20億美元以上，完成II期空間段總投資至少50億美元，完成所有12000顆衛(wèi)星的部署需要至少120億美元。

在空間段建設(shè)的同時(shí)，SpaceX公司還需同步進(jìn)行地面系統(tǒng)建設(shè)。SpaceX公司于2019年2月向FCC申報(bào)了100萬(wàn)個(gè)地面站和終端的建設(shè)運(yùn)營(yíng)許可。SpaceX公司很可能把測(cè)控站設(shè)置在美國(guó)本土，關(guān)口站選址采取先美國(guó)、后境外，邊運(yùn)營(yíng)、邊建設(shè)的方案，以化解市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)和資金壓力。

3 “星鏈”計(jì)劃的市場(chǎng)和商業(yè)模式

“星鏈”計(jì)劃一直沒(méi)有公布其市場(chǎng)計(jì)劃，但公司高層多次對(duì)目標(biāo)用戶(hù)和服務(wù)定價(jià)發(fā)表過(guò)看法。2019年5月，馬斯克表示，“‘星鏈’計(jì)劃不會(huì)取代傳統(tǒng)的地面電信網(wǎng)絡(luò)”，“將與電信公司達(dá)成良好合作，因?yàn)樗采w到了人口稀少的地區(qū)”，“‘星鏈’計(jì)劃的目標(biāo)市場(chǎng)為大型電信公司服務(wù)未能覆蓋的地區(qū)，如人口密度低的農(nóng)村和海事、航空市場(chǎng)。這些用戶(hù)占總?cè)丝诘?%左右。”2019年10月，公司另一高層領(lǐng)導(dǎo)表示，“‘星鏈’的月費(fèi)將定在80美元以下”。馬斯克在Satellite 2020大會(huì)上表示“星鏈”未來(lái)的收入要達(dá)到300億美元。

“星鏈”的典型目標(biāo)用戶(hù)和應(yīng)用場(chǎng)景大致如下。

偏遠(yuǎn)地區(qū)的寬帶接入：按照SpaceX公司的估算，這一市場(chǎng)用戶(hù)約占總?cè)丝诘?%。但這一市場(chǎng)并不樂(lè)觀：①目前還未接入寬帶的市場(chǎng)往往是最不發(fā)達(dá)地區(qū)。“星鏈”80美元/月的定價(jià)和消費(fèi)能力不符，必須繼續(xù)降低價(jià)格。②城市化是全球大趨勢(shì)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村邊遠(yuǎn)地區(qū)的人口減少不可避免。③即便是偏遠(yuǎn)地區(qū)，其人口分布也是不均勻的，已有的GEO衛(wèi)星或HTS衛(wèi)星的成熟產(chǎn)品可按照人口密度選擇覆蓋，更具成本優(yōu)勢(shì)。

運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)：稀路由區(qū)域的回程線(xiàn)路（backhaul）業(yè)務(wù)是傳統(tǒng)衛(wèi)星與地面網(wǎng)絡(luò)融合的典型應(yīng)用。這一領(lǐng)域GEO運(yùn)營(yíng)商的模式成熟，SpaceX公司進(jìn)入將會(huì)面臨激烈競(jìng)爭(zhēng)。

航空和海事寬帶：航空和海事寬帶是方興未艾的藍(lán)海市場(chǎng)。北方天空研究所（NSR）預(yù)計(jì)到2025年全球機(jī)載客艙寬帶接入市場(chǎng)達(dá) 46.5 億美元。亞太衛(wèi)星通信委員會(huì)（APSCC）預(yù)計(jì)2023年全球海事衛(wèi)星總帶寬需求超過(guò)150Gbit/s。航空和海事市場(chǎng)將會(huì)成為“星鏈”的主要市場(chǎng)之一。在這一市場(chǎng)，低軌星座以帶寬大、覆蓋廣的特點(diǎn)可望形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

軍用及政府市場(chǎng)：“星鏈”設(shè)有星間鏈路，較少依賴(lài)境外關(guān)口站，測(cè)控站在美國(guó)本土。這些技術(shù)特點(diǎn)對(duì)美國(guó)軍方和政府特別具有吸引力。2019年9月－11月，美空軍已利用“星鏈”星座開(kāi)展了通信試驗(yàn)。但承載美軍業(yè)務(wù)將使“星鏈”帶上特別的政治標(biāo)簽，這會(huì)對(duì)公司在歐洲、亞洲的政府市場(chǎng)開(kāi)拓帶來(lái)壓力。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)：業(yè)界一直對(duì)把特斯拉汽車(chē)與“星鏈”星座綁定寄予厚望。“星鏈”和物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人駕駛、智能交通等應(yīng)用相結(jié)合是這一業(yè)務(wù)的希望所在。但不同于海事和航空通信，車(chē)聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)要面對(duì)更大的地面網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)。

企業(yè)寬帶接入：主要面向石油開(kāi)采和金融等時(shí)延要求高的企業(yè)網(wǎng)市場(chǎng)。根據(jù)歐洲咨詢(xún)公司對(duì)近年GEO衛(wèi)星市場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)，企業(yè)寬帶市場(chǎng)占全部衛(wèi)星業(yè)務(wù)收入的5%～10%，可以合理推測(cè)該市場(chǎng)對(duì)低軌星座的最終成敗不會(huì)有重要影響。

其他小眾市場(chǎng)：科考、探險(xiǎn)、應(yīng)急救災(zāi)、重要網(wǎng)絡(luò)備份等。在對(duì)“星鏈”生死存亡最重要的2021－2025年里，這些業(yè)務(wù)難當(dāng)大任。

本文認(rèn)為，上述前四類(lèi)市場(chǎng)對(duì)“星鏈”至關(guān)重要。總體看，“星鏈”傾向于將自己定位為地面電信網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，著眼于大型電信公司未服務(wù)到的市場(chǎng)，避免與之展開(kāi)正面競(jìng)爭(zhēng)。對(duì)于航空、海事、農(nóng)村等新興細(xì)分市場(chǎng)，“星鏈”意在成為主要玩家。

在商業(yè)模式上，大型電信公司大都采用“電話(huà)+寬帶+增值業(yè)務(wù)”一攬子方案，以硬件免費(fèi)或低價(jià)切入市場(chǎng)，以客戶(hù)粘性固化市場(chǎng)，以服務(wù)費(fèi)作為主要利潤(rùn)來(lái)源。本文判斷“星鏈”也將采用這種模式。但是，“星鏈”的終端因技術(shù)和產(chǎn)量的原因，成本控制比較困難。如果不能有效降低，將給“星鏈”的運(yùn)營(yíng)造成困難。

由于市場(chǎng)、星座和地面系統(tǒng)的成本等信息難以獲取，目前難以預(yù)測(cè)“星鏈”的經(jīng)濟(jì)狀況。但影響“星鏈”經(jīng)濟(jì)狀況的因素大致如下。

1）折舊。維持一個(gè)4485顆、壽命5年的星座，年度折舊成本高達(dá)10億美元以上[以每年補(bǔ)網(wǎng)20%（900顆）衛(wèi)星計(jì)]，遠(yuǎn)大于15年壽命、2～3顆衛(wèi)星的HTS運(yùn)營(yíng)商。“星鏈”需要大量的用戶(hù)才能生存下去。

2）用戶(hù)數(shù)量。可以對(duì)標(biāo)的企業(yè)如衛(wèi)訊公司（VIASAT），歷經(jīng)近10年的發(fā)展，其2019年的固定寬帶用戶(hù)數(shù)量是58.6萬(wàn)。“星鏈”按照全球3%的人口，每個(gè)終端服務(wù)5人，2025年市場(chǎng)份額10%的假設(shè)去估算用戶(hù)數(shù)量，估計(jì)2025年為400萬(wàn)。事實(shí)上，這一數(shù)字可能過(guò)于樂(lè)觀—中國(guó)市場(chǎng)可能不會(huì)對(duì)其開(kāi)放，印度的人口密度和自然條件并不適合“星鏈”，歐洲沒(méi)有市場(chǎng)，美洲已被休斯通信公司（Hughes）和VIASAT公司捷足先登。其最大的市場(chǎng)還是10億人口的非洲和6億人口的東南亞地區(qū)。

3）運(yùn)營(yíng)成本。NSR統(tǒng)計(jì)2017年的GEO運(yùn)營(yíng)商的平均稅息折舊及攤銷(xiāo)前利潤(rùn)（EBITDA）是76%，即運(yùn)營(yíng)成本約占收入的24%。就SpaceX公司本身，研發(fā)設(shè)施建設(shè)已經(jīng)完成；產(chǎn)品已基本定型。研發(fā)的繼續(xù)投入應(yīng)該有限。后續(xù)主要成本是制造、關(guān)口站建設(shè)組網(wǎng)、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)等成本。作為初創(chuàng)公司，“星鏈”的EBITDA將顯著低于行業(yè)平均值。如果不能證明自己的盈利能力，“星鏈”在資本市場(chǎng)的估值和融資可能會(huì)面臨困難。

4）終端設(shè)備的銷(xiāo)售。對(duì)于“星鏈”系統(tǒng)的終端，特別是海事、航空、企業(yè)網(wǎng)等業(yè)務(wù)，設(shè)備會(huì)采用收費(fèi)模式。這樣一來(lái)，SpaceX公司將具有設(shè)備制造商的性質(zhì)，創(chuàng)造了另外一個(gè)收入來(lái)源。除了為自己生產(chǎn)設(shè)備，SpaceX公司生產(chǎn)部門(mén)有可能將制造技術(shù)和能力外溢。對(duì)設(shè)備制造業(yè)務(wù)的貢獻(xiàn)目前難以估計(jì)，但無(wú)疑是“星鏈”計(jì)劃的重要組成部分。

5）現(xiàn)金流。2020－2025年是“星鏈”計(jì)劃投資高峰，特別是衛(wèi)星補(bǔ)網(wǎng)和組網(wǎng)；地面站的大規(guī)模建設(shè)；市場(chǎng)開(kāi)發(fā)。與此同時(shí)，銷(xiāo)售收入又不會(huì)很大，是其生死存亡的關(guān)鍵期。屆時(shí)，“星鏈”將具有迫切的融資需求。

4 “星鏈”計(jì)劃的未來(lái)和挑戰(zhàn)

“星鏈”計(jì)劃作為眾多低軌互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的佼佼者，是目前最接近成功的一家。即便如此，本文對(duì)其發(fā)展前景仍持謹(jǐn)慎態(tài)度。

新冠疫情很可能使全球經(jīng)濟(jì)未來(lái)幾年陷入衰退。中美兩國(guó)近期的爭(zhēng)執(zhí)使經(jīng)濟(jì)全球化的前景略顯暗淡。一個(gè)覆蓋全球的衛(wèi)星星座是否能順利融資、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、盈利，在很大程度上依賴(lài)各國(guó)的良好合作和全球經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。

“星鏈”成本負(fù)擔(dān)較重，這源于龐大的星座規(guī)模、較短的在軌壽命。全球覆蓋既是技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，也意味著商業(yè)上的低效和浪費(fèi)。而目前HTS衛(wèi)星公司已經(jīng)提出了容量更大，造價(jià)更低、壽命更長(zhǎng)的方案，二者的成本可能相差10倍以上。

偏遠(yuǎn)、欠發(fā)達(dá)國(guó)家的市場(chǎng)消費(fèi)能力有限，長(zhǎng)期看呈萎縮趨勢(shì)。“星鏈”要想5年內(nèi)達(dá)到30億美元的銷(xiāo)售目標(biāo)至少需要500萬(wàn)用戶(hù)（以5年后50美元/月定價(jià)計(jì)）。“銥”星歷經(jīng)20年發(fā)展，2019年的商業(yè)用戶(hù)數(shù)為120萬(wàn)；而在美洲發(fā)展多年的Viasat公司用戶(hù)不到60萬(wàn)，對(duì)比一下即可知道5年內(nèi)達(dá)成這一目標(biāo)的難度。

其他國(guó)家政府向“星鏈”開(kāi)放市場(chǎng)時(shí)可能會(huì)心存疑慮。若傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^(guò)星間鏈路傳回美國(guó)關(guān)口站，將會(huì)使他國(guó)無(wú)法控制跨政府間信息交換的風(fēng)險(xiǎn)。

“星鏈”計(jì)劃的商業(yè)模式和盈利模式不清晰。目前為止，SpaceX公司一直無(wú)法給出清晰的商業(yè)模式來(lái)覆蓋上百億美元的成本支出，而支撐“星鏈”計(jì)劃建設(shè)的是融資及SpaceX公司的其他業(yè)務(wù)收入。不可否認(rèn)，“星鏈”擁有先進(jìn)的技術(shù)、高效的執(zhí)行力以及鼓舞人心的情懷與夢(mèng)想，然而擁有這些并不一定獲得商業(yè)上的成功。

近年來(lái)，眾多低軌互聯(lián)網(wǎng)星座項(xiàng)目紛紛出臺(tái)，資本市場(chǎng)及輿論對(duì)其亦十分熱捧。這時(shí)，或許更應(yīng)該保持一顆冷靜之心，仔細(xì)辨別項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。