低轨卫星互联网的梦想与挑战

　　近年来，低轨卫星领域风起云涌，国外资本巨头纷纷进入，以SpaceX、OneWeb为代表的一批创新企业狂飙突进，牢牢抢占了发展的主动权，短短两三年时间，彻底颠覆人们对卫星互联网的固有观念，对国内产业发展和安全监管势必产生巨大影响。

　　富有争议的项目

　　知乎上有一个问题：如何评价SpaceX 的星链（Starlink）计划？有近20万次的浏览量，数百人在讨论。有人觉得技术方案完美，但是落地有困难；有人认为卫星互联网成本太高，很难有市场竞争力；有人非常看好星链的前景，也有人觉得马斯克在忽悠投资人。总而言之，这是一个富有争议的项目计划。

　　地球卫星轨道分低轨、中轨、高轨。低轨一般是指位于地球表面500-2000公里的范围。轨道越低，一颗卫星覆盖的范围越小，通常需要由几十颗至几千颗不等的低轨卫星进行组网，才能实现全球实时、无缝的宽带服务，这种低轨卫星系统被称为星座。相比较高轨卫星系统、地面光纤系统，低轨卫星星座具有全球覆盖、部署简便、高速传输等优势，最近两年发展势头非常迅猛。美国硅谷科技狂人马斯克创立的SpaceX是其中的佼佼者，他推出的星链计划，想法十分超前大胆。

　　星链计划将在未来几年内发射1.2万颗低轨卫星，为地球上任何位置的用户提供高达1Gbps的无线宽带上网服务。什么概念？按马斯克的说法，这个前所未有的卫星通信网络将“使宽带网络的速度达到目前全球平均水平的180倍”。作为比较，目前我国4G移动网络的下载速度大约是100Mbps。如果马斯克能实现这一网络速度，加上全球覆盖的绝对优势，将对我们的生产生活产生颠覆性的影响。鉴于马斯克以往创造的商业奇迹，让业界对这个星链计划充满期待。

　　很多人认为，低轨卫星互联网一旦实现，将迅速蚕食当前移动卫星通信的企业和个人业务，并抢占当前由地面通信运营商垄断的移动电话和互联网运营市场。更进一步来看，这种覆盖全球的新业务，在救灾、航海等民用领域将发挥巨大的作用，势必创造出更多新业态和新价值。

　　当然，也有人看衰，认为在马斯克之前，也有很多人设想过、实践过这样的卫星星座计划，但至今没有人成功。由于卫星研制发射周期长、成本高，前期投资太大，通信费用高昂，根本无法与地面通信竞争。

　　先驱者以失败告终

　　卫星互联网并不是什么新鲜话题。上个世纪九十年代，很多企业都提出了这样的计划。如果更进一步，将范围扩大到语音通信业务，先驱者应该是摩托罗拉的铱星计划。

　　现在流行找“痛点”，有“痛点”的地方就有机会。铱星计划的缘起也是一个偶然发现的“痛点”。一位在海边度假的摩托罗拉工程师，偶然听到妻子抱怨说，海滩太偏，电话信号难以覆盖。工程师就想，如果环绕全球用卫星组建一个星座，不就解决了全球覆盖的问题了吗？这个想法得到摩托罗拉高层的高度认可，很快启动了铱星计划。之所以叫铱星计划，是因为该系统由77颗低轨道通信卫星组成，与金属元素“铱”的原子序数一样。1996年，第一颗铱星卫星上天，运行在780公里的低轨道上，两年后，铱星项目最终发射66颗卫星，开始组网运行。遗憾的是，一直到2000年，铱星系统只卖出5.5万部卫星电话，用户寥寥无几，项目严重亏损，摩托罗拉公司不得不以2亿美元的极低价格将整个铱星系统卖给了美国军方。

　　铱星计划是低轨卫星通信的先驱，也是20世纪最悲壮的科技项目之一。除了铱星计划外，同期的还有全球星系统、轨道通信系统、天空之桥系统、泰利迪斯系统等，这些项目无一不以失败告终。

　　这些项目失败的原因主要有三个：一是卫星星座研发部署周期太长、成本太高。以铱星项目为例，它从开始论证，到最终部署完毕，足足花费了十年时间，投资超过30亿美元。由于技术能力限制，单颗卫星的容量有限，根本满足不了大量用户的通话和网络接入需求。二是对地面通信发展的错误估计。在卫星系统研制和部署的十年间，蜂窝电话迅猛发展，GSM系统已经成熟，地面基站已经覆盖了大部分移动通信用户，待到卫星上天具备服务能力之时，无论是通话质量、通信费用，还是手机终端、覆盖范围，都已经无法与地面通信相抗衡。三是市场运营模式并不成熟。从铱星来看，一开始他就定位服务于高端用户，只为少数“高层次的国际商务旅行者”用户提供服务。用户数量太少就意味着资金回笼太慢，运营成本抵不过收益，最终失败的命运就不可避免。

　　后来者面临突破

　　随着技术的发展，特别是互联网的普及，广大用户的消费、生活习惯发生了翻天覆地的变化。覆盖更广、速度更快、延时更低的网络成为广大消费者的迫切需求。地面通信发展速度非常迅速，一定程度上满足了用户的需求，但是在更为广大区域内还没有可靠的网络接入服务。这部分需求，引起了一部分人的关注，他们依然希望通过卫星组网来解决问题，只不过技术能力和成本控制，早已经不可跟十几年前的铱星系统同日而语。2012年OneWeb应运而生。相较于公众对SpaceX的关注，OneWeb的知名度稍微不如，但是在业内却是实打实的明星创业公司。

　　回顾铱星系统的失败经验，可以预知OneWeb面临的困难。如何控制高昂的卫星研制发射成本？如何处理卫星与地面的关系？他们还面临新的难题，如何获得有限的轨位和频率资源？这三个问题，都是制约卫星互联网业务开展的重要因素，是所有低轨卫星星座面临的共同难题。

　　如何控制高昂的卫星研制发射成本？

　　按照OneWeb的星座计划，他们在未来几年内要将1980颗卫星布置在1200公里的轨道上。要知道，目前所有的在轨卫星也不过2000多颗，单单卫星的研制成本，就是一个天文数字，而且传统卫星的研制都是以年为单位的，研发生产周期过长。过去5年，全球每年大概只发射了200颗卫星，但是单单OneWeb一家，每年发射的数量就将达到300-400颗。现有的卫星发射能力，远远不能满足未来几年卫星互联网星座的发射需求。

　　技术的进步为OneWeb控制成本提供了解决之道：产品向小型化、量产发展。它通过与空客集团合作建设卫星工厂，将航空飞机的批量制造经验融合到卫星研制当中，批量化生产卫星，进而达到大幅度降低生产成本的目的。卫星工厂正在研制高度自动化的机器人生产线，并且利用人工智能对生产流程进行优化，预计每天可以生产2颗卫星，每颗卫星重量仅150公斤，单颗成本只有惊人的50万美元，比传统卫星造价降低了一个数量级。2015年OneWeb与阿里安航天公司签署了用联盟火箭共21次发射卫星的合同，发射成本下降到传统发射的1/5。

　　如何处理卫星与地面的关系？

　　铱星失败的一个重要教训，就是商业模式不成熟。OneWeb吸取铱星的失败教训，充分吸收O3b的成功经验，将个人消费者作为目标客户，不出手类似铱星电话那样的专用卫星终端设备，不与发展较快的智能手机和平板电脑争夺用户，相反，用户可以继续使用现有的智能手机和平板电脑访问卫星网络。OneWeb还选择与休斯网络公司合作，利用其完善的销售渠道和丰富的销售经验，主攻传统行业用户，同时还创造性地与可口可乐公司合作，利用可口可乐遍布全球的销售网点，更加贴近大众消费市场。

　　资本在OneWeb的发展中扮演了关键角色，为OneWeb打通了产业链的上下游。无论是卫星制造、卫星发射、标准与芯片研发，还是终端研制、地面系统、信关站建设、产品分销等，OneWeb都和传统领域具备深厚经验的公司建立了成熟的商业合作模式，进而形成了完备、协同的低轨卫星互联网产业生态。截至2017年12月，OneWeb已经完成四轮融资，共计22亿美元，融资额已经足够支持其首期882颗卫星的制造发射。

　　如何获得有限的轨位和频率资源？

　　频率和轨位资源是卫星互联网项目的命门，它就好比盖房子，什么都齐备了，却没空地开工。轨位和频率资源就是盖房子用的土地资源。

　　卫星频率和轨道资源是国际性资源，必须按照国际电信联盟的规定依法使用。一般认为，两颗低轨卫星之间要相差50公里的高度，才能保证安全。一个轨道高度上部署了卫星，其他公司就不能再用这个高度。这样一来，轨位资源就相当稀缺。频率资源也是一样，国际电联的规则是“先登先得”，后面登记的人要跟前面的协调。常规的C和Ku频段资源已经被瓜分殆尽，在卫星技术成熟的L、S、扩展C、扩展Ku以及Ka频段的使用也逐渐接近饱和。2015年以来全球掀起卫星互联网热潮，很多企业都向国际电信联盟提出频率轨位申请，OneWeb在这件事上又抢先一步，获得了Ku频段的使用权，抢占了发展的先机。

　　按照OneWeb的计划，今年5月他们将发射首批10颗卫星，明年为阿拉斯加全境提供服务，2020年覆盖美国。目前来看，项目成功的可能性极大。一旦其取得成功，占据了市场的主动权，在轨位和频率资源十分有限，技术能力相差甚远的情况下，势必对我国卫星互联网产业发展造成极大的影响。

　　是不是风口？

　　站在台风口，猪都能飞上天。互联网时代的风口论，让一批又一批的人不遗余力地寻找着下一个风口。低轨卫星互联网是不是风口？就世界范围内来看，低轨卫星互联网无疑是风口，是潮流，是趋势。

　　技术的进步是低轨卫星互联网发展的内在动力，特别是卫星制造技术和卫星发射技术的进步。现在卫星设计不仅重量轻而且容量大，OneWeb单颗卫星的容量大于8Gbps，SpaceX单颗卫星的容量据说可以达到TB级别，完全可以满足高速的互联网接入。

　　社会资本已经疯狂涌入这一领域。软银、高通、谷歌、空客、波音等多家巨头已经布局低轨卫星互联网，甚至可口可乐、脸书等企业都参与了投资，资本的力量将助推卫星互联网的迅速发展。

　　用户需求的变化才是风口最大的成因。随着移动互联网、物联网、人工智能的发展，用户对网络的全覆盖、低延时等要求更高，以智能汽车为例，如果要实现无人驾驶，不可避免地就是要解决网络延迟问题，当前的4G技术存在一定的信息延迟问题，随着5G技术的发展，信号延迟问题有望得到解决，但是覆盖范围又有限，难以满足用户需求，提供媲美5G速度的低轨卫星互联网可以完美解决这一问题。

　　最近两年，低轨卫星互联网爆炸式的发展，也印证了这一判断。据不完全统计，全世界已经公布的低轨星座计划有13个，总规划卫星数超过2.4万颗，是目前全球在轨卫星的近15倍。

　　马云曾对“风口论”有一番评论：猪碰上风也会飞，但是风过去摔死的还是猪，因为你还是猪，每个人要思考怎么把控这个风，怎么提升自己，不应该去寻找风口，而是真正把自己变得一点点风就能够飞起来。

　　我们几乎可以肯定，在低轨卫星互联网上，马云的论断一样会成真。如此多的星座计划，最终能成功的肯定寥寥无几。频率轨位资源的限制、技术能力的限制、前期巨大的投入、发展的不确定性，相互之间以及与5G技术发展普及之间的竞争，都可能让这些星座计划最终以失败收场，重演当年铱星的惨剧。所不同的是，在激烈的竞争中，总有人会胜出，区别只在于谁会胜出罢了。

　　何去何从？

　　在十几家星座计划里，我们看到国内有三家，其中鸿雁、虹云都是国有航天企业开展的项目，拥有雄厚的技术能力和资本实力；九天微星是一家民营企业，其创始人在航天系统工作十年，而且已经成功发射了一颗试验卫星，发展势头很好，它避开了风头正劲的卫星互联网业务，转而从提供卫星物联网业务做起，避免直接与国际巨头正面竞争，为其发展壮大提供了潜在可能性。

　　毋庸置疑，国内卫星互联网项目必定面临更大的压力。一方面，技术能力与国外同类公司有明显的差距，同样研制300公斤级别的卫星，我们的研发周期和制造成本都要高出很多，发射成本也相对更加高昂。由于政策、技术门槛、资金需求量等方面的限制，国内社会资本对卫星互联网项目热度并不高，很难形成技术、资本的堆积效应。另一方面，我国在轨道和频率资源协调方面，也落后于主要竞争对手美国，比如OneWeb已经取得了Ku频段的使用权，其他企业想要使用就必须跟OneWeb进行协调，这样协调难度就非常大，因为彼此之间是竞争关系，OneWeb势必百般阻拦。这将成为制约我国低轨卫星互联网发展的最重要因素。

　　国内的低轨卫星互联网势头，远远谈不上火热。我们谈得比较多的是共享单车、互联网金融、人工智能，很少有听到资本大规模涌入低轨卫星互联网领域。九天微星近期完成了2亿元的A轮融资，相较于国外动辄数亿、数十亿美元的融资来看，相对于卫星项目巨大的前期投入来看，聊胜于无。在国有企业拥有垄断地位的产业领域，社会资本很难有所贡献，在国内低轨卫星互联网的发展问题上，需要有更加深远的考虑。面对国外巨头的强势冲击，如果我们不把握机遇，迅速谋求发展，一旦被国外公司牢牢占据有限的频率轨位资源，我们再想发展就不太可能了。

　　站在十字路口，何去何从，我们拭目以待。

　　文/王政霄

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