衛星互聯網星座組網對我國商業火箭發展的影響淺析

中國運載火箭技術研究院 李 喆 孫冀偉 尚 煒 李京京

一、衛星互聯網星座組網特點

衛星互聯網星座作為一項空間通信基礎設施，其戰略意義重大、經濟前景可觀，已成為各國關注的焦點。自2015年至今，已有美國太空探索技術公司（SpaceX）、英國一網衛星公司（OneWeb）、美國亞馬遜公司（Amazon）、加拿大電信衛星公司（Telesat）、美國波音公司及韓國三星公司等多家公司先后加入了互聯網星座建設浪潮[1，2]。國內如中國航天科技集團有限公司、中國航天科工集團有限公司等也相繼提出了自己的衛星互聯網星座計劃。目前，國內外衛星星座計劃及衛星組網呈現出如下特點。

（一）衛星小、數量多

各家星座計劃各有特點，但為了兼顧全球覆蓋和低延時通信兩大核心能力，各大公司都很默契地選擇了質量在200kg左右的小衛星作為組網衛星，這就導致星座規模十分龐大。由圖1可知，目前已公布星座計劃的國外公司中，SpaceX公司的“星鏈計劃”規模最大，達到1.2萬顆之多，其他公司的星座規模從幾百顆到數千顆衛星不等，各星座衛星數量總和達到了驚人的2.5萬顆[3]。

圖1 國外衛星互聯網星座規模及在軌衛星數量圖

國內方面，除上述兩大航天集團外，也有諸如銀河航天（北京）科技有限公司等民營公司宣布了組建低軌寬帶衛星星座的意愿。根據艾瑞咨詢研究院發布的統計數據和網絡公開信息，國內互聯網星座衛星總數已達上千顆[4]。值得注意的是，隨著衛星互聯網被列入“新基建”發展范疇，很多兩會代表也公開呼吁要降低民企準入門檻，相信隨著社會關注度的提升和國家政策支持力度的加大，將會有越來越多的企業加入衛星互聯網建設的大軍中。表1為國內衛星互聯網星座統計表。

表1 國內衛星互聯網星座統計表

（二）組網時間短

按照國際電信聯盟的要求，申請衛星頻率和軌位資源的公司需要在獲得許可后2年內完成星座中10%衛星的部署，5年內完成星座中50%衛星的部署，7年內完成星座中100%衛星的部署。如果無法滿足上述要求，將對申報的星座規模進行削減。考慮到衛星頻率及軌位資源的稀缺性，不論是國內公司還是國外公司，都將嚴格遵守國際電信聯盟的上述要求。據此計算，未來數年國內將有年均200顆衛星的發射需求，而國際市場上衛星發射數量將達到年均3500顆。

作為全球通信基礎設施，衛星互聯網星座是典型的“贏家通吃”型生意，因此，各家公司都會力求在最短的時間內完成組網，以求搶占商業先機。特別是國內互聯網星座起步較晚，要想后發制人就必須在組網速度上下功夫。

（三）組網火箭以大、中型為主，小型為輔

目前，進入大規模星座組網階段的只有SpaceX公司和OneWeb公司。下面以上述2家公司星座組網火箭選型為例進行分析，SpaceX公司在組網時選用了自家公司的“獵鷹”9運載火箭，該型火箭近地軌道（LEO）運載能力達到22.8t，屬于典型的大型運載火箭，其單次發射可以攜帶60枚星鏈衛星；OneWeb公司則分別與歐洲阿里安空間公司和英國維珍銀河公司簽訂了21次、39次發射服務合同，其中阿里安空間公司采用了俄制聯盟號2-1b型火箭，其LEO軌道運載能力為8t左右，是典型的中型運載火箭，在近2次組網發射中，該火箭每次攜帶了34枚星座衛星，而維珍銀河公司則采用“運載一號”（LauncherOne）運載火箭進行發射（尚未執行），該型火箭LEO軌道運載能力約為0.4～0.5t，為典型的小型運載火箭，單次可以攜帶2～3枚星座衛星[5，6]。可以看出，國外主要的互聯網星座組網時以大、中型火箭為主，以保證組網效率；以小型火箭為輔，兼顧組網的靈活性。

雖然目前OneWeb公司已申請破產，組網計劃被擱置，但其組網火箭的選型方案也值得我們借鑒。

二、對我國商業火箭發展的影響

（一）星座組網階段釋放大量發射需求

目前來看，國外主要互聯網星座已完成火箭選型并進入規模組網階段，國產火箭承擔發射任務的可能性不大，后續商業發射需求主要來源于國內星座組網。從目前對外公布的資料來看，國內星座的具體組網方案尚未明確，本文以星座規模1000顆衛星、單星質量200kg、軌道高度700km、組網周期5年為例，對組網發射需求進行計算。星座組網火箭需求表見表2。

表2 星座組網火箭需求表

由表2可知，星座組網如果選用小型運載火箭則所需發射次數過多，組網效率較低，而選用大型運載火箭雖然組網效率最高，但生產和測發周期較長，因此從工程實施層面出發，采用大型和中型運載火箭組網、小型運載火箭補網發射的可能性較大。該組網方案與上文提到的國外主要衛星互聯網星座組網火箭的選擇大致相同。以采用一發大型火箭發射50顆衛星、六發中型火箭發射150顆衛星、兩發小型火箭補網發射4顆衛星進行計算，全年需完成9次發射。上述計算均以質量作為依據，如考慮到衛星包絡對整流罩內布局的影響，則對火箭的需求還會有所增加，有望達到10～12次/年。

2019年，我國作為全球火箭發射次數最多的國家，全年共發射火箭34次，未來國內發射需求還將有巨大漲幅。而面對龐大的發射需求，解決好火箭產能和發射場資源問題就顯得尤為重要。

（二）商業化的運營模式加劇價格競爭

衛星互聯網星座的規模較大，其建設費用將達數百億元；而互聯網星座一般選用小衛星作為組網衛星，雖然利于成本控制及快速部署，但使用壽命較短，一般在5年左右，后續星座維護成本較高。由此可知，高昂的建設和維護費用將對互聯網星座未來的商業競爭力產生不利影響，尤其是面對來自5G網絡的競爭壓力，通過商業化運作來嚴格控制成本將是衛星互聯網星座的唯一出路。

2020年3月，OneWeb公司正式遞交破產申請。有分析稱，由于成本控制不利，OneWeb公司的衛星制造成本較預期翻倍，而作為其發射服務商的阿里安空間公司則成為其破產后的最大債務人。有了OneWeb公司的前車之鑒，相信國內的相關公司更會視組網成本為生命線，在組網火箭的選擇上，也必將更看重價格因素，市場競爭態勢可想而知。

（三）競爭結果加速行業整合及市場出清

考慮到衛星互聯網星座的建設規模及戰略影響力，隨著其組網實施，取得較大市場份額的競爭者無疑會借助訂單優勢獲得資本青睞，提升品牌價值，提高研制生產能力。而市場份額較小或無法參與組網建設的競爭者則可能面臨市場出清局面，最終難逃被合并或破產的命運。毫不夸張地說，衛星互聯網星座的市場爭奪戰將推動商業航天行業大洗牌，這里不僅包括衛星制造商、發射服務商，甚至會波及整條產業鏈的上下游單位。

三、有關建議

（一）利用社會資本和資源完善商業火箭產業鏈，增強發射能力

衛星互聯網星座發射需求龐大，其首要問題是解決商業火箭產能問題。這就需要利用好商業航天的平臺融資及整合能力，通過引入產業資本的方式完善商業火箭產業鏈條，以資本為紐帶快速聚集社會資源，補足產能短板，形成批產能力。同時，利用好海上發射資源，突破發射場資源瓶頸，以有效保障星座組網的可實施性。

（二）運用創新舉措，打破固有思維，降低商業火箭研制成本

如上文所述，成本因素已成為互聯網星座組網時最為關注的要素之一。以星鏈星座組網發射為例，“獵鷹”9運載火箭每次攜帶60枚衛星，按照“獵鷹”9運載火箭的市場售價為6000萬美元計算，單顆衛星的發射成本為100萬美元，而SpaceX公司之前公布其單星制造成本為50萬美元左右，僅為發射成本的一半。如果要完成1.2萬顆衛星的組網，僅火箭開支一項就將達到120億美元。但SpaceX公司CEO埃隆·馬斯克透露，在復用一級火箭和整流罩的樂觀狀態下，單次發射成本有望降至1500萬美元，即發射成本降至為原來的1/4。

因此，傳統意義上的壓縮成本已無法解決互聯網星座龐大的組網需求與嚴苛的成本控制要求之間的矛盾，只有突破原有思維模式，通過不斷創新才有可能解決這一問題。這里的創新既包括加大研發力度和資金投入，開發火箭重復使用功能的技術創新；還包括轉變設計理念，簡化流程的研制模式創新；同時，摒棄“圈子”文化，以開放心態優化產品配套的管理創新也必不可少。只有多管齊下、齊頭并進才能實現控制成本、提升效率的目的，最終才能贏得商業火箭市場競爭。

（三）采用產業聯盟的方式，攜手上下游企業，共同開拓市場

衛星互聯網星座作為龐大、復雜的系統工程，很難僅憑一兩家單位就完成組網工作，所以，未來星座組網階段一定是由多家單位協同配合完成的。因此，商業火箭公司需要與衛星方、網絡運營方、資本方開展深入合作，結成產業聯盟，一同開拓市場。這種互通有無、無縫對接的合作關系，不僅有利于技術方案的快速迭代，更能充分發揮聯盟內各單位的特長，有助于形成合力，凸顯聯盟的競爭優勢。同時，這種方式也可作為商業模式來進行探索，為后續“抱團出海”開拓國際市場積累經驗。

四、結語

以“星鏈”為代表的國際互聯網星座已進入快速組網階段，國內互聯網星座組網也在緊鑼密鼓地推進，龐大的市場規模和激烈的競爭對我國商業火箭來說既是挑戰更是機遇。只有克服困難，抓住機遇，打造出符合市場需求的高性價比產品，才能為我國商業火箭發展開拓更廣闊的天地。