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一年发射全球一半卫星,中国离“星链”还有多远?

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 黄琨 • 2022-05-10 17:15:33 来源:前瞻网 E19366G2
100大行业全景图谱

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曾几何时,马斯克信誓旦旦声称要推出的“星链”卫星互联网,还被不少人当作笑话。

被视为“人类工业皇冠”的航天工程,未来会像公共汽车一样,廉价地周期性发射,将同样被视为高精尖科技产品的卫星,像撒土豆一样成百上千地撒在太空之中,这超出了很多人的想象。

不过,随着时间的推移,这个曾经难以想象的事物,正稳稳地走进现实之中。

2月15日,马斯克宣布,“星链用户终端超过 25 万个”。

这意味着什么?

2021年2月,这个数字是1万——也就是1年时间翻了25倍。虽然还不能说这个产业进入了高速发展期,但俨然已经是起势状态。

近期发生在争议热点地区的事情,也带上了一丝特别的意味。

据美国《外交政策》报道,“星链”服务正在乌克兰大放异彩。

从2月28日马斯克向乌克兰运去第1批150台星链终端,到如今迅猛增加至10000多台,卫星互联网的优势在这个过程中体现得淋漓尽致。

在传统通讯网络被摧毁的情况下,“星链”成了乌克兰的“信息生命线”,医院、诊所、消防队、学校都在依靠其保持通讯。

更重要的是,在极端复杂的军用环境下,“星链”服务也得到了验证。

报道称,乌克兰军方正是使用“星链”操作无人机,获得了大量战果。而远程控制无人机精确打击目标,这种大流量、低时延的场景,是对通讯质量的最佳验证。

对比起俄罗斯方面使用的150块钱的对讲机,“星链”显然起到了降维打击的作用。

显然,“星链”代表的卫星互联网,已经是面向未来不可忽视的技术。

而其在俄乌冲突中的灵光闪现,似乎也意味着这个领域也开始了又一场竞争。

起起落落

卫星通讯发展至今,大致走过了3个阶段。

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上世纪80年代,在通讯技术整体不发达时候,卫星通讯希望以高轨卫星的高覆盖率优势,和地面通讯网络竞争。著名的摩托罗拉“铱星”星座就是其中代表。

由于卫星发射高昂的成本,以及地面通讯技术快速发展,高轨卫星通讯在通信质量、资费价格等方面全面落后。以2000年铱星公司破产为标志,全球通讯进入了地面通讯网络为主,卫星通讯作为补充的阶段。

不过,经历十余年快速发展后,地面通讯技术已经陷入瓶颈,从4G到5G并没有什么革命性的突破。

与此同时,航天领域却迎来了技术爆炸的时代。

首先是可回收火箭的出现。

2016年,当马斯克宣布“猎鹰9号”发射价格为6200万美元时,行业内可谓是惊掉了下巴——按照“猎鹰9号”近地轨道载荷22.8吨算,平均每公斤载荷的单价只要2719美元。

而在此之前,以便宜著称的中国“长征三号乙”火箭,载荷12吨,单次发射价格7000万美元,每公斤载荷也要5833美元;

国际上更受欢迎的俄罗斯“联盟号-FG”火箭,载荷6.9吨,单次发射价格5000万美元,每公斤载荷达到7246美元;

欧洲国家使用的“阿丽亚娜5”火箭,载荷16吨,单次发射价格1.65亿美元,每公斤载荷价格更是超过10000美元。

不仅如此,SpaceX在2019年推出了小卫星“拼车”服务,为小卫星运营商提供“200公斤SSO轨道100万美元、超过200公斤按5000美元/公斤加价”的革命性低价,还在2021年1月24日第1次任务创造了“一箭143星”的记录。

SpaceX的低成本给传统航天势力带来了巨大压力,尤其是曾经在卫星发射上赚得钵满盆满的俄罗斯航天局。

2020年4月,俄罗斯航天局局长德米特里·罗戈津(Dmitry Rogozin)炮轰SpaceX,称其用“掠夺性定价”策略扰乱了太空发射市场,迫使俄罗斯降低太空发射服务价格。

最终,俄罗斯不得不降价30%,意图夺回失去的市场。

另一项关键技术是卫星小型化、模块化技术的发展。

2006年,美国麻省理工大学提出“分离型航天器”的概念,这个概念的核心思想是把“卫星的功能分散化、模块化”,把原来1颗大卫星的功能,分给多颗小卫星。

这个概念最先吸引了美国军方的关注,因为将卫星功能分散化的理念,天然契合于反卫星技术愈发成熟的现代战争环境,能够极大提高卫星系统的生存能力。

在此基础上,美国国防部很快制定“F6卫星系统”计划,将1颗大卫星变成6颗小卫星集群。

尽管F6卫星系统没能最终成型,但和众多技术发展的轨迹一样,军用研究最终在民用领域开花结果。在一系列研究和实践过程中,人们开始逐渐发现小卫星的巨大应用价值。

传统的大卫星作为单一复杂系统,不仅“把鸡蛋放在一个篮子里”,而且还要大量增加冗余和备份设计,导致成本昂贵。一颗卫星动辄几十万个零件,单星价格高达几千万甚至上亿美元。

而小卫星通过集成化、模块化的设计,零件数量更少,设计复杂度更低,理论上单星价格可以做到百万美元以内。

体积和重量越小,也意味着一枚火箭可以搭载的卫星越多,节省了卫星组网的大量成本,让全球覆盖、价格便宜的卫星互联网具备大规模商业化的可能性。

以上2个方面的发展,使得卫星低成本、大批量发射成为可能,也让一种全新形态的卫星通讯方案登上舞台。

由于地球是圆的,而电磁波是直线传播,其覆盖范围会被地球曲率限制。要想覆盖的范围越大,就必须在越高的位置。

在卫星部署成本还十分高昂的年代,为了能让少量卫星实现对全球的覆盖,像铱星之类的卫星通讯系统都选择较高的地球静止轨道。但轨道越高,离地球越远,信号传输延迟就越高,静止地球轨道通信卫星的延迟可能高达500-800毫秒。

在卫星成本降下来后,在低轨道用大量卫星提高覆盖率,成为新的选择。新时代的卫星互联网,就变成如今以低轨卫星通讯技术为核心的新系统。

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除此之外,地面通讯系统的诸多新技术——例如频率更高的Ka频段甚至V频段转发器,以及多点波束和频率复用等——也被应用在卫星通讯上,使得单颗卫星的功能密度也在迅速提升,通讯能力极大提高。

也正是由于小卫星设计制造更容易,因此新技术的应用愈发快速——即使在天上坏了也不要紧,小卫星补网替换相对大卫星代价小得多。

由于地面通信骨干网存在固有的缺陷,只能覆盖了约20%的陆地面积,卫星通讯的概念又重新被提及。于是就有了现在卫星互联网。

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一超多强

当前的卫星互联网产业中,SpaceX“一家独大”的格局逐渐成型。

不过,最先提出卫星互联网概念的并非SpaceX,而是一家叫做WorldVu的公司,也就是现在SpaceX最知名的竞争对手——OneWeb的前身。

事实上,马斯克曾经是WorldVu最早的一批投资人之一,但由于技术理念存在分歧,他中途退出了WorldVu,转而提出了自己的“星链”卫星互联网计划。

结果,“星链”大获成功,OneWeb却由于低估了卫星制造和发射的难度,导致单星成本大大超出预期,业务推进得磕磕绊绊。2020年初,新冠疫情引发的美国金融市场动荡,给了这家一直依赖融资输血的明星公司致命一击。

2020年3月,OneWeb申请破产保护。

不过,当年7月,OneWeb完成债务重组后,获得英国政府和印度电信集团的注资。2021年,他们又引入欧洲通信卫星公司(ETCMY.EU)、日本软银集团、韩国韩华集团等强援,摇身一变,又成了SpaceX的最大竞争对手之一。

且不论双方后续发展如何,卫星互联网的建设,将整个卫星产业带进了繁荣时期。

从全球卫星发射数量来看,2012-2020年,全球卫星发射数量呈上升趋势。

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2020年,全球卫星发射数量为1203颗,相比2019年增长了279.50%。根据最新数据,2021年全球发射卫星数量再增加到1336颗。

而这1336颗新卫星中,光是“星链”卫星就占了783颗。截至2021年末,“星链”卫星的总数达到1944颗。相比之下,第2的OneWeb卫星总数只有358颗,并且到2022年底才能完成第一阶段648颗卫星的部署目标。

这意味着,在2022年,“星链”的领先优势还要拉大。

上周五,一枚使用12手芯一级火箭的“猎鹰9号”火箭搭载53颗卫星发射升空,顺利完成第44次“星链”专属发射,将“星链”卫星总数增加到了2494颗。

按照这个速度,这个上半年,“星链”卫星的发射数量就能超过OneWeb整个第一阶段的计划。

根据马斯克的规划,SpaceX最终将制造一个由42000颗卫星组成的壮观通讯网络。

除了上述2家公司,这个行业的明星参与者还包括后来入局的亚马逊。

亚马逊的Kuiper此前计划发射3236颗近地轨道卫星,投资超100亿美元,但其目前一颗卫星都还未发射。亚马逊表示计划2022年第4季发射2颗“原型”(prototype)卫星到近地轨道。

其他的参与者还包括加拿大卫星通信公司Telesat、三星、波音以及俄罗斯等国的通讯公司。

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中国计划

目前,我国也正在有序推进卫星互联网建设。

就在马斯克推出星链计划次年的2015年,中国航天科技和中国航天科工也分别提出了自己的低轨通信项目——“鸿雁”星座系统和“虹云工程”。

其中,“鸿雁星座”是由中国航天科技集团计划建设的全球低轨卫星移动通信与空间互联网系统,系统计划由300颗低轨小卫星及全球数据业务处理中心组成。

“虹云工程”是由中国航天科工集团牵头研制的低轨宽带通信卫星系统,计划发射156颗卫星,致力于构建一个星载宽带全球移动互联网络。

另外还有中国航天科工牵头的低轨窄带通信卫星星座 “行云工程”,目标是在2023年前后建成由80颗低轨通信卫星组成的覆盖全球的天基物联网星座。

从目前国内已发布的卫星星座项目来看,卫星发射将集中在2022-2025年。

2020年,我国将“卫星互联网”纳入新基建,据央视新闻援引专家观点称,预计到2030年,中国卫星互联网市场总体规模可达到千亿元级别。

2021年3月,我国 “十四五规划和2035远景目标”再次明确提出了要建设高速泛在、天地一体、集成互联、安全高效的信息基础设施。

多地在卫星互联网产业领域开始积极布局。目前华北、中南和华东地区领跑国内卫星互联网产业发展,而西南、西北和东北地区则在产业链重点环节建设方面形成了鲜明特色。

国外卫星通信建设先行一步,我国奋起直追,制定一系列政策,促进了国内航天产业的商业化发展,为卫星通信行业的发展注入了新的力量,相信通信卫星行业将进入发展的快车道。

前瞻经济学人 产业观察组

参考资料:

[1] 《2022-2027年商业遥感卫星行业市场前瞻与投资前景分析报告》,前瞻产业研究院

[2] 《2022-2027年中国卫星应用行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》,前瞻产业研究院

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