“星鏈”“一網”星座研發運行架構分析

馬忠成 李心蕊 章羅娜 饒建兵 高利春

（1航天科工空間工程發展有限公司，2北京電子工程總體研究所）

2020年注定是世界衛星互聯網發展史上具有里程碑意義的一年，在新冠肺炎沖擊全球經濟的嚴峻形勢下，衛星互聯網產業發展依然獲得了業界較高的關注。1月7日，美國太空探索技術公司（SpaceX）成功發射第3批“星鏈”（Starlink）衛星，成為當今擁有最大在軌商業星座的公司。3月27日，一網公司（ONEWEB）正式向紐約南區美國破產法院提出破產保護。4月20日，我國正式將衛星互聯網納入新基建范疇。7月3日，英國政府聯合世界第三大移動通信運營商——印度巴蒂電信集團（Bharti Airtel），出資10億美元成功競拍收購一網公司，并為其全面業務重啟提供資金。衛星互聯網工程建設投入大，技術體系復雜，如何更為高效、更低成本地開展工程建設運行工作，值得深入研究。

1 Starlink星座研發運行架構分析

星座部署進展

SpaceX公司在2015年提出Starlink衛星互聯網星座，旨在開發低成本、高性能的通信衛星及用戶所需要的地面終端，實現新的天基互聯網通信，在全球范圍內提供互聯網接入服務，為無法使用25Mbit/s帶寬的超過3400萬美國人及全球其他農村地區提供寬帶連接。

2018年2月，SpaceX公司發射首批2顆試驗衛星，為Starlink星座建設提供技術驗證。2019年5月至2020年8月，SpaceX公司先后11次利用獵鷹-9運載火箭，分批次完成653顆星座衛星發射，其中第一批60顆為組網試驗衛星，后續593顆為業務組網衛星。2020年6月，SpaceX公司開放星座私人測試，全美70萬人進行了注冊。據Ars TECHNICA報道，星座用戶測試下載速度11～60Mbit/s，上傳速度5～18Mbit/s，延時31～94ms不等。

運行架構分析

（1）運營總體情況

SpaceX公司自設立之初，為降低產品成本，即開展全產業鏈條布局。成立18年以來，公司逐步發展成為集衛星、火箭、地面站制造，火箭發射和回收，衛星運營和服務于一身的商業航天產業鏈完整的產業巨頭。Starlink星座建設過程中，SpaceX公司已實現關鍵產品自主生產，70%以上硬件均由內部制造。SpaceX公司打造的“火箭研制+衛星研制+發射服務”垂直整合商業模式，在業內具有明顯的成本和速度優勢。

（2）研發機構設置

SpaceX公司擁有自己的研發部門，技術人員主要有兩個來源。一是美國國家航空航天局（NASA）為了扶持SpaceX公司，直接派駐了技術骨干，包括一批航天業內的頂尖高手；二是SpaceX公司從NASA及行業內軍火巨頭企業挖來了業內的技術精英。在SpaceX公司研發隊伍中，成熟型人才占比較高，高精尖技術人才的引入保障了其技術研發的成功率和對外融資的實力，對公司的快速發展起到了強大的助推作用。

（3）技術基礎和來源

SpaceX公司在技術上并不追求先進，而是創造性地大量采用低成本、高可靠的成熟技術，在此基礎上進行顛覆式創新，包括重復使用運載、整流罩回收，以及“一箭60星”發射等。SpaceX公司主要的專利來自于NASA及其下屬各航天中心和噴氣推進實驗室；個別項目由SpaceX公司提出需求，NASA完成技術攻關，SpaceX公司購買其技術成果和專利。同時，NASA經常為SpaceX公司提供研發設備和試驗場地，用自己的技術和設備優勢幫助SpaceX公司更好地研發，節約成本。

（4）管控模式

SpaceX公司采取扁平化管理及開放式工作理念，構建了自上而下，自星座至衛星、火箭，終端至單機再至芯片投產的無障礙溝通渠道，大幅提高了決策效率、研發效率。產品研制過程，通過全流程風險傳遞確保目標一致；通過全流程信息共享、溝通，確保各環節信息對稱，精益控制產品成本；通過全產業鏈布局，實現關鍵產品自主生產，確保整體建設、運營成本可控。

資金風險分析

SpaceX公司積極為Starlink星座建設募集資金，不僅從金融渠道尋求支持，同時全力拓展美國政府支持渠道。

馬斯克正在尋求獲得美國面向農村的寬帶業務補貼資格。該計劃由美國聯邦通信委員會（FCC）倡導提出，第一階段提供160億美元補貼資金，用于支持中標企業。SpaceX公司重點業務十分依賴美國政府的政策和補貼，此次競標獲得支持的可能性較大。

星箭發射成本分析

SpaceX公司自主研制Starlink星座衛星、獵鷹-9火箭，完成星座部署。至首批4409顆衛星部署完成，具備全球服務能力。

Star1ink星座建設成本明顯低于傳統水平，衛星建造成本為傳統衛星的1/30，衛星發射成本為傳統發射的1/5。第一階段星箭部署成本總計47.7億美元，容量88Tbit/s（單顆衛星容量20Gbit/s），建設成本合5.4萬美元/（Gbit/s）。

小結

SpaceX公司快速成長建立在美國航天產業多年的工程積累和經驗數據基礎上，在政府資金和政策的扶持下，在NASA技術和人才基礎的支持下，更高層次實現“快”“好”“省”的平衡，實行扁平化、縱向一體化的產品管理，直接控制產業鏈核心環節，絕大部分部組件自主完成設計、研制，擺脫了傳統配套體系技術更新慢、產品成本高、供貨周期長的制約，極具競爭力。主導建設的Starlink星座研發運行模式優勢明顯：有效避免龐大的供應鏈；有效地避免了不必要的系統間設計余量；有效地避免了疊加的外包訂單廠商等高成本環節；產品成本顯著低于傳統航天企業。

Starlink星座組網成本預測表

獵鷹―9火箭回收發射成本測算 萬美元

2 OneWeb星座研發運行架構分析

星座部署進展

一網公司于2014年成立，其創始人是格雷格·惠勒。公司旨在打造人類歷史上規模最大的低軌寬帶通信星座系統，率先突破B2B衛星通信業務，再開拓發展中國家市場，最終建成全球無縫覆蓋的寬帶衛星互聯網接入系統。

2019年2月，一網公司使用聯盟ST-B運載火箭，以“一箭6星”的方式將技術驗證星送入預定軌道。2020年2月至今，一網公司利用聯盟-2.1b運載火箭，分兩批將68顆組網衛星送入預定軌道。

運行架構分析

一網公司設立初期的原則就是“將傳統成熟的市場供應鏈和配套體系為己所用”，積極與產業鏈上下游公司建立合作伙伴關系，完成低軌星座建設過程所涉及的每個核心市場布局。但是，在衛星批量生產制造方面，一網公司并沒有找到合適的合作伙伴。2014年，全球對于衛星規模化制造處于概念階段，業內無成功先例。無奈之下，一網公司只能躬身入局，與空中客車公司（Airbus）成立合資公司，實現衛星設計及批量化制造。

總體設計方面，一網公司與空中客車公司合資成立一網衛星公司（OneWeb Satellite），完成系統總體方案，衛星方案設計、迭代，關鍵技術攻關。公司員工三百多人，主要來自于空中客車公司。衛星制造方面，一網衛星公司同時負責衛星制造及生產。運載火箭方面，法國阿里安空間公司（Arianespace）、英國維珍銀河公司（Virgin Galatic）為一網公司提供發射服務。單機配套方面，空中客車公司主要負責為一網衛星公司提供部分單機配套及條件保障設施。地面系統方面，休斯公司（Hughes）負責OneWeb地面信關站、終端以及基帶設備研制。衛星運營、服務提供與融資方面，一網公司主要負責衛星運營、服務提供、融資等商業行為。

資金風險分析

截至2020年3月，一網公司共贏得約34億美元融資，其中債務融資占比53%，打通了衛星研發、制造、運營、應用全產業鏈條，為整個星座的實施、用戶的尋找提供了保障，但是高息債務融資帶來的高昂財務成本也給未來發展埋下了巨大的隱患。

2017－2018年，一網公司收入幾乎為零，投入巨大，由于融資得當，至2018年底，公司現金流處于健康狀態。2019年，公司進入大規模制造和發射期后，現金流趨于緊張。2020年，一網公司計劃繼續融資，以推進星座建設，其主要合作方軟銀集團（SoftBank）也承諾了投資意向。但是，新冠疫情的爆發導致軟銀股價腰斬，損失近500億美元，無法繼續支持一網公司良性發展。無奈之下，一網公司走向破產。

星箭發射成本分析

一網公司自主完成星座衛星研制，購買聯盟-2.1b火箭完成星座部署。至首批720顆衛星部署完成，具備全球服務能力。

OneWeb星座建設成本略低于傳統水平，衛星建造成本為傳統衛星的1/10，衛星發射成本與傳統發射相當。第一階段星箭部署成本總計19.4億美元，容量5760Gbit/s（單顆衛星容量8Gbit/s），建設成本合33.7萬美元/（Gbit/s）。

OneWeb星座組網成本預測表

小結

與SpaceX公司商業發展路徑不同，一網公司以融資、融智等新穎的商業發展模式快速推進星座建設，引領了商業航天的熱潮，也進一步激發了星座建設商的積極性，但是其發展也存在明顯的弊端：政府支持少，公開報道中僅盧旺達政府、英國航天局給予了少量支持；過于依賴外部力量，聚合了眾多無生存壓力的公司，無法形成全產業鏈閉環；星座至單機至芯片迭代鏈條冗長，中間環節過多，溝通和管理成本過高；生存、成本壓力無法有效向下傳導，對于產業鏈各端不具備控制能力和議價能力；無法有效控制技術創新速度、產品交付周期，造成建設速度無法掌控，逐步喪失星座建設主動權、控制權。

3 總結與建議

SpaceX公司、一網公司是目前全球衛星互聯網建設速度最快的兩家企業。建設過程中，兩家公司通過社會化融資降低建設、運營風險，掌握了核心系統技術及大系統協調控制，掌握了批量化衛星制造技術，構建了智能化、規模化、自動化的批生產衛星制造工廠，對國內衛星互聯網建設具有重要借鑒意義。在建設成本、運行風險管控方面，SpaceX公司更占優勢，Starlink星座即將完成區域組網，占據行業先發優勢。