國外低軌衛星星座發展分析

摘 要 歐美等國的商業公司正加快布局低軌衛星互聯網系統，本文分析了構建衛星互聯網的必要性、利用低軌衛星星座實現網絡部署的原因以及系統的商業前景，并著重介紹了SpaceX公司Starlink星座系統的特點和其技術優勢，進而引出我們國家的應對策略。

關鍵詞 低軌衛星星座;衛星互聯網;Starlink;火箭回收

美國東部時間2020年1月29日上午10點，太空探索技術公司（以下簡稱SpaceX公司）通過獵鷹9號火箭，將60顆Starlink（星鏈）衛星全部送入軌道。這是該公司繼2019年5月24日、2019年11月11日和2020年1月7日第四次成功發射Starlink衛星，目前總共有240顆互聯網衛星在軌運行。歐美等國為何近幾年加快布局衛星互聯網計劃呢。

1低軌衛星星座的必要性及商業前景

有人的地方就需要通信，而互聯網將全球連接到了一起。截至2019年，全球互聯網走過了50年發展歷程，普及率達到了55%。這從另一方面也表明，仍有近一半的人口未連入互聯網。這個龐大的數字對于任何一家互聯網公司來說，都充滿商業價值。目前，互聯網連接主要通過地面網絡來實現，但是很多偏遠地區地面網絡難以抵達，或者建設成本過高。即便如美國這樣的發達國家，其地廣人稀且采取了低密度聚居模式，建設大量服務不了幾個人的基站性價比太低。因此，通過衛星來構建全球覆蓋的互聯網不失為一個現實的選擇。

起初，人們設想通過利用同步軌道衛星覆蓋范圍大的特點，減少衛星部署數量，從而降低系統建設成本，但同步軌道衛星存在數據傳輸率低、時延高、難以全球覆蓋的不足。通過分析，在近地軌道部署衛星星座，可以提高信號強度、降低試驗，并實現全球無縫覆蓋，是構建衛星互聯網更為理想的方案。于是OneWeb、Starlink等低軌衛星星座系統應運而生，Google、Facebook等互聯網巨頭也開始了相應寬帶互聯網計劃[1]。

提到低軌衛星星座，首先不得不提上個世紀80年代的銥星計劃。但是地面網絡的迅猛發展搶占了大量通信市場，致使銥星公司于1999年3月17日宣布破產。歷時11年建設、投資34億美元的銥星計劃從正式宣布投入使用到終止使用不足半年時間。雖然銥星計劃失敗了，但是它是人類歷史上首個真正意義上實現全球覆蓋的通信系統，開啟了個人衛星通信時代。而對于建設中的低軌衛星星座來說，商業前景將直接決定其最終命運。

從商業角度來看，民航飛機及私人飛機、遠洋船只、海島、科考及旅游、邊遠地區，當然還有軍方，都是寬帶衛星系統的潛在客戶。如果全球高速聯網實現，以上客戶每年將產生4050億美元的收入。以Starlink衛星系統為例，若以衛星壽命5年考慮，系統的建設成本控制在250億美元以下都是有利可圖的。考慮到未來市場的繼續拓展，以及發射技術的進一步成熟，低軌衛星星座在商業上還是大有可為的。

2Starlink衛星系統分析

按照SpaceX公司的介紹，Starlink衛星系統的主要特點有：一是高速率，可以為全球每一個用戶提供1Gbps的帶寬，延時控制在25ms到35ms之間。二是高容量，按照平均每一顆衛星能夠為用戶們提供20Gbps下行容量計算，Starlink衛星系統首期部署的1600顆衛星將能夠提供32Tbps的總容量。三是高適應性，整個系統采用相控陣和星間激光互聯技術，增強了整個系統的靈活性和可靠性。四是全球覆蓋，整個系統部署完成后可以無縫覆蓋赤道和兩極，達到真正的全球覆蓋。五是易用性，Starlink衛星系統對用戶終端的要求低，操作也簡單。六是軍事應用，體現在對地面目標的監控、對導彈的末端制導以及對無人作戰平臺信息支持上[2]。

一直以來，高昂的建設成本和維護費用是制約低軌衛星星座建設的難題，而SpaceX公司正在改變這一局面。首先是衛星制造。SpaceX公司直接讓衛星制造行業由定制化進入規模化制造階段，量產衛星成本控制在50100萬美元。其次是火箭發射。這是SpaceX公司的強項，通過火箭回收等一系列顛覆性創新，大大降低了火箭的發射成本，提高了發射服務效率。相對于全球鋪設蜂窩移動基站，Starlink衛星系統以極低成本實現全球互聯網覆蓋，有助于消除數字鴻溝[3]。

3我們的應對措施

只有四五千人的SpaceX公司，做了很多國家舉國之力都未能實現的壯舉：2010年，開啟了太空運載的私人運營時代;2016年，實現人類歷史上首次火箭回收;2018年，成功發射時下運載能力最大的火箭（近地軌道有效載荷達63.8噸），并完成了火箭回收。

我們的應對措施有：一是支持商業航天的發展。SpaceX公司是美國私營商業航天公司，但是得到了美國NASA的技術體系支撐。我國自2015年以來，商業航天快速發展，一批商業航天企業嶄露頭角，但是與SpaceX公司相比，無論從衛星制造、衛星發射、衛星運營及技術支撐等方面，我們的商業衛星公司都存在著非常大的差距。我們在鼓勵商業航天發展的同時，也要給予這些企業必要的技術支撐。二是突破核心技術。SpaceX公司的核心技術在于廉價衛星發射能力，也就是可回收火箭技術和大批量衛星發射技術。實現火箭發射后可靠回收，至少要攻克大范圍推力調節的火箭發動機技術和再入段多約束制導控制技術，目前我們急需在該方面實現突破。三是開拓創新思維。在SpaceX公司實現火箭回收之前，沒有人設想會通過這樣的方式實現火箭的重復利用。科技的進步需要有創新的思維和嘗試的勇氣，我們需要鼓勵商業航天領域的從業人員，突破固有思路，實現更多技術上的創新。

參考文獻

[1] IT思維.馬斯克為什么要做衛星互聯網[EB/OL].https：//www. Itsiwei.com/21326.html，2018-02-24.

[2] 腦極體.馬斯克做衛星互聯網，并不是為了讓你蹭網[EB/OL].https：// www. Itsiwei.com/21326.html，2018-02-25.

[3] 方山小筑.如何評價 SpaceX 的星鏈（Starlink）計劃[EB/OL].https：// www.zhihu.com/question/267253503，2019-05-29.

作者簡介

周韜，男;工程師，現就職單位：天地信息網絡有限公司，研究方向：項目管理、科研管理、戰略分析。