建设一张高效的卫星物联网需要克服部署、运营等多重难关。
文 | 通信产业报(网) 高超
当5G部署如火如荼展开的时候，同为新基建范畴的卫星互联网部署工作亦在稳步推进中，中国天地一体化通信体系正在形成。6月6日，中国联通与华为在北京签署空天地一体化战略合作协议。中国联通网络技术研究院与华为公司联合搭建并演示了基于MEC的低轨卫星—5G融合业务演示平台，双方将在低轨卫星与5G网络融合技术和方案方面开展合作，探索基于空地联合的卫星物联网、卫星车联组网等业务应用，共建产业生态。这是卫星互联网纳入新基建范畴，马斯克星链计划引起业界广泛关注之后，三大运营商在卫星互联网领域的最新动作。事实上，三大运营商对于卫星互联网的布局并不仅限于此。4月27日，中国联通旗下联通航美发布了四大卫星系列产品，为政府企业客户展示了中国联通在天、地、海一体化的应急通信服务能力。早在今年1月份，中国电信的天通卫星通信服务正式商用，为政务应急、海上作业、航空通信等领域的客户提供便捷优质、自主安全的语音、数据通信服务。今年1月，中国移动也完成了卫星通信网第十二期工程的招标工作，以增强偏远地区4G基站接入、应急通信车等业务能力。6月15日出版的第20期《通信产业报》特别策划：马斯克“棋局”，解构星链计划及卫星互联网。
近年来，因其重要的战略意义，卫星互联网已经从科技界的热门话题，上升到了国家战略层面，中国、美国、俄罗斯、欧盟、日本等国家和地区出台了一系列政策措施，鼓励卫星通信的发展。值得注意的是，卫星通信网建设也是今年两会代表委员建议提案的主要内容之一。
很多企业也在这一时期纷纷入局，推动全球卫星产业规模稳步增长。
据赛迪顾问物联网产业研究中心的数据，2019年全球卫星产业规模为2860亿美元，同比增长3.20%。
另据申万宏源研究预测，到2027年，中国卫星运营市场空间可达6975亿元。显然卫星互联网未来的发展空间广阔。
卫星通信系统一般按照其运行的轨道分为同步轨道（GEO）、高椭圆轨道（HEO）、中轨道（MEO）和低轨道（LEO）等系统。国际上的海事通信卫星、中国的天通1号、中星16号均属于GEO卫星通信系统，而马斯克的星链计划则属于LEO卫星系统序列。与GEO卫星系统相比，LEO卫星系统具有传播延迟小、带宽大、卫星和地面终端设备简单等特点，适合应用于个人移动卫星通信，商业应用前景更加广阔。因此，国内外已有多家企业提出了低轨卫星互联网星座计划，且都加快了部署速度。在中国，正在推进的卫星互联网计划共有四个，分别是中国航天的鸿雁星座、中国航天科工的虹云工程、中国电科的天象星座和银河航天的银河Galaxy卫星星座。鸿雁星座是中国投资规模最大的国家级商业航天项目，由超过300颗低轨道小卫星及全球数据业务处理中心组成。该项目共分为两期建设，一期预计投资200亿元，在2022年建成由60颗卫星组成的通信网络；二期预计2025年完成建设，通过数百颗卫星构建“海、陆、空、天”一体的卫星移动通信与空间互联网接入系统，实现全球任意地点的互联网接入。据悉，该项目首颗试验卫星已于2018年12月发射升空，2020年7月计划再发射两颗试验卫星。目前，鸿雁星座项目的实际运营者东方红卫星移动通信有限公司已经开业，该公司由中国航天、中国电信、中国电子、中国国新等企业联合投资成立。虹云工程是中国航天科工五大商业航天工程之一。按照规划，虹云工程为“1+4+156”三个发展阶段。第一阶段是在2018年前发射第一颗技术验证星，实现单星关键技术验证；第二步在2020年之前，发射4颗业务试验星，组建一个小星座，让用户进行初步业务体验；第三步到2025年，实现全部156颗卫星组网运行，完成业务星座构建。据了解，虹云工程首颗技术验证卫星已于2018年11月成功发射升空，该计划应用示范系统也将于今年投入使用。此外，中国航天科工还专门成立空间工程发展有限公司，与湖北省政府达成了战略合作，计划在武汉国家航天产业基地建设卫星产业园，预计2020年建成。该产业园可以满足2020年“虹云工程”业务试验星的发射需求，到2022年前后能够满足整个星座卫星的批量生产。天象星座由天基骨干网、天基接入网和地基节点网组成，并与地面互联网和移动通信网互联互通，可实现“全球覆盖、随遇接入”。其中，天基骨干网由GEO轨道的6个节点联网而成，天基接入网规划60颗综合星和60颗宽带星，地基节点网由多个地面互联的地基节点组成。据介绍，该项目落地合肥，并由中国电科38所承建合肥中心。该中心主要承接空间高速传输载荷的研发，主导低轨通信卫星、 浮空平台通信系统建设，是卫星及浮空平台装备制造及服务基地、地面核心信息港，并发展大数据产业。两颗试验卫星已于2019年6月发射，成功进入预定轨道，重大项目建设取得实质性进展。银河Galaxy卫星星座是中国民营企业中第一个有实质性进展的卫星互联网计划。据悉，该星座基于采用5G标准，通过由650颗低轨通信卫星组成的覆盖全球的天地融合5G卫星通信网络，让用户可以高速灵活地接入5G网络。目前该项目的首颗卫星已于2020年1月16日发生升空入轨。此外，九天微星物联网星座计划于2020年底前部署完成72颗低轨卫星，星网宇达、和德宇航、欧科微、国电高科等公司也公布了低轨卫星计划，其中国电高科已发射了6颗卫星，欧科威也发射了1颗卫星。与国内相比，国外企业的卫星互联网计划更加庞大。据统计，国外有超过8家企业提出了各自的卫星互联网计划，其中既有波音、O3b、Telesat这样的老牌企业，也有OneWeb、SpaceX这些新兴科技公司。
SpaceX的星链计划是目前知名度、部署规模最大的卫星互联网星座。据悉，该公司于2015年正式提出这项计划，拟发射约12000颗小卫星建设两个天基互联网。截至今年3月，该公司共发射了358颗卫星，成为迄今为止全世界拥有卫星数量最多的商业卫星运营商。与SpaceX针锋相对的是OneWeb公司。据了解，该公司是第一家获得FCC准入许可的低轨星座公司。2019年2月，OneWeb首批6颗卫星发射升空。截至目前，该公司共发射升空升空了76颗卫星，而该公司计划共发射2000颗卫星，建设两张卫星互联网。另外，波音公司、亚马逊也分别提出了3000颗卫星、3200颗卫星的星座计划，尚在筹备阶段。卫星互联网的部署得到了中国、美国、俄罗斯、日本、欧盟等国家和地区政府部门的重视，纷纷出台鼓励政策，推动卫星互联网建设。但是从实际情况来看，各国的发展速度和质量参差不齐，有些国家的网络部署已进入实际操作阶段，而有些国家还在探索和筹备阶段。建设一张高效的卫星物联网需要克服部署、运营等多重难关。在技术层面，面临的卫星制造成本、发射成本和卫星发射数量等诸多难题。在卫星制造成本方面，据未来宇航研究院发布的《2018中国商业航天产业投资报告》估计，中国商业卫星制造成本约为376万美元/颗；据《The Future of the Space Industry》，美国卫星制造成本已下降至100万美元左右/颗，重量更小的卫星制造成本甚至可以降至15万美元。在发射成本方面，SpaceX单颗卫星发射成本仅50万美元，中国卫星发射成本约为470万美元/颗。在卫星数量方面，根据UCS的数据，截至2020年3月底，在轨运行的通信卫星有1194颗，其中美国有672颗，中国拥有49颗通信卫星，差距明显。值得注意的是，根据各家企业公布的卫星互联网组网计划，美国计划部署卫星数量超过20000颗，中国2024年之前计划发射650颗卫星。而美国SpaceX可以一次性发射60颗卫星，后期会增加到400颗，而中国最多可以一枚火箭发射20颗卫星。从卫星发射效率上来看，中国还有一定的发展空间。在运营层面，要面临长期投入、长期负债、商业推广的挑战。众所周知，卫星通信分为卫星制造、卫星发射、地面设备、卫星运营四个产业链环节。据申万宏源研究发布的报告估计，在低轨卫星互联网前期的投资阶段，到2027年，卫星发射、卫星制造及卫星地面站设备中关口站的投资总规模累计达1690亿元，各环节投资规模占比分别为46%、49%及5%。较早开展相关服务的美国铱星公司就面临着比较严峻的财务压力。据该公司年报，2015—2019年，该公司总收入从4.11亿美元增至5.60亿美元；净收入从710万美元降至-1.62亿美元；净债务从10.42亿美元增至15.86亿美元。与SpaceX齐名的OneWeb也遇到了麻烦。今年3月，OneWeb宣布向美国法院申请破产保护，并解雇了大多数员工。在面临经营压力的同时，市场推广也让这些公司举步维艰。据铱星公司年报，2019年，该公司用户有130万户，五年间仅增长51.8万户。而SpaceX的星链计划在建设阶段，尚未推向市场。显然，卫星互联网运营公司不仅需要在漫长的前期建设阶段投入大量资金，还需要在后续较长时期内持续投入，以维持卫星的运转。因此，从目前发展形势而言，卫星互联网要经过比较长时间的资金投入，对相关公司的资金链和现金流都是巨大的考验。尽管面临一些挑战，但是卫星互联网因其众多优良特性和独特的战略地位，正在得到越来越多国家的重视。据了解，美国于2015年先后颁布了《商业航天发射竞争力法》等法律，规范和促进私营企业参与卫星发射活动。欧盟、日本等也出台了类似的政策措施，强化航天一体化。而中国在十三五期间也出台了一系列航天领域的国家政策，促进卫星通信产业发展。特别是，卫星互联网已经纳入新基建范畴，获得了与5G、工业互联网等同等重要的地位，为商业航天领域带来了广阔的发展机遇。在政策层面，希望国家主管部门从战略角度出发，规划把控在轨卫星的数量，加大低轨卫星发射的扶持力度，为外部资本投资卫星通信提供更加便利的条件，也为商业航天企业落地提供更好的发展环境。在企业层面，建议卫星制造和发射企业加强火箭回收、一箭多星等技术攻关，进一步降低卫星发射成本。同时，建议通信设备，特别是终端设备制造企业加快创新产品的研发，减轻终端设备的体积，提升设备的性能，改善设备的用户体验。在投资层面，建议投资机构关注卫星平台建设中锂离子蓄电池、OBC、高精度星敏感器方向，卫星载荷众多波束天线方向，通信基带、射频设备方向，为相关企业的研发提供资金支持，促进这些企业的成长，从而提升中国在卫星互联网领域的话语权。