刘悦（北京空间科技信息研究所）

新兴卫星互联网星座对传统卫星制造发展的启示

The Enlightenment of Emerging Satellite Internet Constellation Companies to Traditional Satellite Manufacturers

刘悦（北京空间科技信息研究所）

2015年，美国硅谷的互联网企业敏锐地捕捉到卫星通信产业巨大商机，一网公司（OneWeb）、太空探索公司（SpaceX）、三星（Samsung）和低轨卫星公司（Leosat）等多家非传统航天企业打造低轨通信卫星星座，提供全球互联网无缝接入服务，值得重点研究和关注。对于卫星制造商来说，新兴进入者带来了全球关注的目光，为商业卫星市场带来了前所未有的发展机会，但也有可能引发卫星制造产业的变革，新的竞争对于传统制造商来说究竟意味着什么？面对重压，传统卫星制造商如何能够激发创造力，重获新生？本文将重点分析。

1 商业通信卫星制造进入“小”时代

对于商业卫星制造业的发展来说，2015年1月16日是个值得纪念的日子。美国太空探索技术公司（SpaceX）的总裁伊隆·马斯克（Elon Musk）宣布了一项雄心勃勃的卫星互联网计划，将在西雅图开设一个卫星制造工厂，在未来5年内研制4000颗低地球轨道（LEO）卫星，提供全球互联网接入服务，并在20日宣布获得了来自谷歌公司（Google）和富达投资公司（Fidelity Investment）10亿美元的投资。

美国一网公司卫星互联网星座计划概念图

无独有偶，前另外三十亿人网络公司（O3b Networks）的创始人格雷格·惠勒（Greg Wyler）创办的一网公司（OneWeb），也提出了类似的全球互联网接入计划，部署650颗运行在LEO的小卫星，为家庭和移动平台提供互联网接入服务。预计卫星制造、发射和保险成本为15亿～20亿美元，已获得来自高通无线技术公司（Qualcomm）和维珍银河公司（Virgin Galactic）的投资，卫星计划于2017年开始发射。

与此同时，谷歌公司还在实施一个名为“潜鸟”（Loon）的计划，将用同温层气球通信来替代卫星通信。谷歌公司对太空探索技术公司的投资并未拖延它对“潜鸟”的进程。脸书公司（Facebook）总裁马克·扎克伯格（Mark Zuckerberg）表示对互联网全球接入有兴趣，无人机、卫星、激光或微波技术都有选择的可能。

美国谷歌公司的“潜鸟”计划飞行试验

自20世纪90年代起，光纤和无线蜂窝通信等地面通信基础设施的快速发展，大大压缩了商业卫星通信的发展空间，卫星通信产业一直处于“填隙”的地位，虽然保持了增长趋势，但规模非常有限。在此前的数年，也出现过“泰利迪斯”（Teledesic）和“天空之桥”（Skybridge）这样的卫星互联网计划，但却由于市场竞争和经费的原因不得不“胎死腹中”。而此次由全球最具发展潜力的互联网公司提出的卫星互联网计划，大大改变了人们对商业卫星市场的预期，卫星商业市场发展前景一片光明。

对于卫星制造商来说，新兴进入者带来了全球关注的目光，为商业卫星市场带来了前所未有的发展机会。但这些创新能力极强又财大气粗的互联网公司不满足只做运营商，而是希望将其他领域的先进技术引入到传统的航天领域，有可能引发通信卫星制造产业的变革，新的竞争对于传统制造商来说究竟意味着什么？面对重压，传统卫星制造商如何能够激发创造力，重获新生？本文将重点分析。

2 新兴卫星互联网星座最新发展

发展背景

在太空尝试部署网络服务其实早就有之，可惜都纷纷偃旗息鼓。早在20世纪90年代至少就存在过5个项目，包括著名的“铱”（Iridium）卫星项目，但最终都因为入不敷出而破产。同时期由比尔•盖茨、保罗·艾伦和沙特王子共同推动的“泰利迪斯”项目与今天的卫星互联网星座有不少类似之处，并在当时也引发了市场关注，但最终还是沦为“纸卫星”（即未曾发射、只存在于纸面的卫星系统）。早期的这些努力都存在类似的问题，即卫星系统的地面终端是定制的，非常笨重且价格昂贵。以20世纪90年代的“铱”卫星电话为例，用户在建筑物内根本接收不到信号，话音质量和传输速度不如蜂窝手机，因而无法获得大众市场青睐。

经过20年的发展，互联网已经成为主流的大众传播渠道，在低轨部署卫星互联网星座计划推出以前，不少互联网企业都已开始尝试各种“高空通信系统”解决方案，并还在持续推进当中。其中包括谷歌公司的“潜鸟”计划，通过在大气层放飞成千上万的巨大气球给偏远地区提供网络。用气象气球代替卫星，将避免使用火箭发射，从而大幅降低部署成本。但是，气球互联网也存在一些问题，一是需要放飞非常多的气球，将是很大的人力、物力投入；二是气球漂浮线路的控制问题。

脸书公司也进行了类似的努力，除了采取租用静止轨道通信卫星，还有无人机和激光器通信方案，但是使用无人机面临很多挑战：一是对无人机的太阳能电池要求非常高；二是需要自动化导航设备辅助精准飞行；三是还需得到各国各地区空中管理机构的准许，否则无人机将无法在该国该地区的低空穿越飞行。

与新兴卫星互联网星座项目最相似的是位于中地球轨道（MEO，距离地球约8000km）运行的O3b网络系统。截止2016年5月，O3b系统已经有12颗卫星在轨运行，覆盖地球40°（S）～40°（N）的广阔区域。自2014年提供商业服务以来，O3b公司已经成为太平洋地区最大的互联网服务提供商，仅用半年时间就达到原计划1亿美金的年收入水平，发展前景一片看好。

进展情况

目前，卫星互联网虽然还处于发展的初级阶段，但非常活跃，很多互联网企业都积极介入，从2014年底至今，全球范围内至少提出了6个大型低轨卫星星座项目，它们分别通过各国政府向国际电信联盟（ITU，简称国际电联）进行了登记。其中最具代表性的主要有3家，分别是O3b公司的创始人格雷格·惠勒新创立的一网公司；美国太空探索技术公司和特斯拉汽车创始人马斯克计划打造的STEAM互联网星座；原天线设备供应商凯米塔公司（Kymeta）创始人发展的“低轨卫星”（LEOSat）系统。

向国际电联提出频率申请的卫星星座

新兴卫星互联网企业星座关键参数

三大卫星互联网计划的共同点在于：均选择了质量在300kg以下的小卫星；主要提供宽带互联网服务；相对于传统大型静止轨道宽带卫星和中地球轨道互联网星座，价格和时延是主要的竞争力。它们的不同点在于：一网公司主要面向个人消费者和社区，而低轨卫星公司（LEOSAT）主要还是为机构用户服务；一网公司和美国太空探索技术公司卫星数量较多，低轨卫星公司使用了高功率卫星平台，单星容量较大，卫星数量大致在80～140颗左右；一网公司已经获得了频率轨位，美国太空探索技术公司和低轨卫星公司尚在协调当中，有可能采用光通信链路。

从三大卫星互联网计划的进展情况来看，由于一网公司率先取得了频率轨位的牌照，因此发展进度最快。而美国太空探索技术公司和低轨卫星公司由于起步较晚，苦于市场对于卫星互联网的热情已经点燃，频率轨位成为稀缺资源，频率轨位协调工作遇到了更多困难。

（1）融资情况

从目前的融资情况来看，一网公司的发展最为乐观，但根据该公司对整个卫星系统的估计，整个互联网星座至少需要融资25亿～30亿美元。就2015年6月25日公布的A轮融资的结果来看，一网公司已经筹集了5亿美元的资金注入，其中高通无线技术公司和维珍银河公司是一网公司最早一批的投资者，并享有部分一网公司的股权，但一网公司并没有透漏具体的投资额。除了上述两家公司，一网公司已经通过与产业链利益相关方合作的方式，获得了多方融资，包括印度和墨西哥的电信运营商、可口可乐公司（Cocacola）、空客防务与航天公司（ADS）、国际通信卫星公司，以及法国和美国的进出口的银行都是一网公司的投资商。

与一网公司主要从事卫星运营不同的是，太空探索技术公司更加专注于卫星制造，而不是向传统卫星制造商采购卫星，希望能够掌握卫星产业链的上游，逐步从卫星制造、卫星发射的上游向卫星服务延伸。因此，太空探索技术公司需要的融资量将更大，根据该公司的估计，开办卫星制造工厂与4000多颗低轨卫星共计需要融资100亿～150亿美元。从目前的融资情况来看，太空探索技术公司已经获得了来自谷歌公司和富达投资公司10亿美元的投资。

根据低轨卫星公司对整个卫星系统的估计，该公司互联网星座至少需要融资25亿～30亿美元，与一网公司差不多。与一网公司和太空探索技术公司顺利获得多家投资相比，低轨卫星公司的融资则要困难很多。2015年6月，低轨卫星公司与美国纽约一家投资公司签署了合作协议，由该投资公司负责帮助低轨卫星公司开展首轮融资用于卫星设计，同时，低轨卫星公司还将进行B轮融资，规模更大，直至进入初始卫星合同阶段。

（2）频率轨位与落地许可

1）频率轨位。目前，一网公司已经获得了Ku频谱牌照，但Ka频段被数家静止轨道卫星运营商所有，因此一网公司需要花费一些时间与当地拥有Ku频段的运营商协调，避免干扰静止轨道卫星是一网公司开展Ka频段频谱协调面临最大的问题。一网公司将会采用一项称为“渐进俯仰”（Progressive Pitch）的技术，主动降低赤道下方的低轨卫星的功率，用于避免干扰Ku频段静止轨道卫星。目前，一网公司已经与拥有最多在轨卫星的通信卫星运营商国际通信卫星公司（INTELSAT）展开合作，达成相关合作协议，方便频率协调的开展。

太空探索技术公司主要通过挪威向国际电联申报了频率和轨位。申报的卫星星座称为STEAM－1/ STEAM－2，卫星数量4257颗，使用Ku和Ka频段，运行在43个轨道面。此外，太空探索技术公司还通过美国无线电通信委员会（FCC）向国际电联申报了6～8颗Ku频段试验卫星的申请，首发星微卫星－1a和1b（MicroSat－1a和1b）预计寿命1年，运行在轨道倾角为86.6°、轨道高度为625km的圆轨道。

美国一网公司“渐进俯仰”技术概念图

2）落地许可。在欧洲、美国和巴西这样的国家，取得落地权没有问题，但在印度和中国这样的国家，就需要做大量的工作。一网公司也在积极的努力当中，与印度和墨西哥当地的运营商展开合作，希望通过这些了解当地法律法规的企业获得落地权。

（3）卫星制造与发射

1）卫星制造。一网公司决定采取与卫星制造商合作的方式共建卫星。该公司将在美国共同开设一个卫星制造工厂，并负责确定卫星的指标和整个工程的监造。首批卫星制造将于2017年启动，绝大多数卫星将于2018年发射。空客防务与航天公司成为一网公司卫星的主承包商。一网公司卫星研制与传统静止轨道卫星最大的不同在于卫星的批量生产，一般情况下，传统卫星制造商每年最多制造10～15颗卫星，但空客防务与航天公司将传统飞机批量制造的方式引入卫星制造，并把这样的研制模式称为“跨界”。

与一网公司不同的是，太空探索技术公司将自行研制卫星。虽然马斯克并没有透露到底采取何种技术，但可以肯定的是，太空探索技术公司将以一种彻底的、打破原有游戏规则的创新方式，来实现卫星的研制。4000多颗的互联网卫星不是太空探索技术公司制造工厂的终点，而仅仅是起点，马斯克计划将卫星互联网计划所孕育出来的技术、经验和资本将用于未来新的地球科学和空间探测任务，从而最终实现马斯克的梦想—在火星上建造城市。

低轨卫星公司计划通过竞标的方式最终选择卫星制造商。在所有制造商当中，欧洲的泰雷兹-阿莱尼亚航天公司（TAS）有着非常深厚的低轨星座研制经验，它曾是全球两大低轨星座—“全球星”（Globalstar）和“铱”（Iridium）卫星的主承包商。目前，该公司已经与泰雷兹-阿莱尼亚航天公司签署了合同，由泰雷兹-阿莱尼亚航天公司负责卫星的前期设计评估。之后，低轨卫星公司计划通过招标选择承包商，完成80颗在轨卫星研制，也会根据星座设计，卫星数量有可能增至120颗。

2）卫星发射。由于一网公司已经获得了国际电联授予的Ku频率的使用权，并且要求在2018年和2020年完成卫星的部署，一旦未能完成卫星发射，则面临着频率使用权被收回的风险。因此，对于这个史上最大规模的商业卫星及时发射是非常关键的问题。在发射服务提供商的选择方面，欧洲的阿里安空间公司（Arianespace）最终获得了一网公司最大的商业发射合同，价值超过10亿美元，拟发射650～720颗卫星。卫星将由阿里安空间公司的俄制“联盟”（Soyuz）火箭进行21次发射。首次发射将在2017年底进行，包括10颗试验卫星的发射，并开展在轨验证。余下的20次发射火箭将会各自携带32～36颗卫星发射，并由空客防务与航天公司负责监制。

此外，维珍银河公司作为一网公司的主要股东之一，也获得了39次的发射合同，并可扩展至100次。这也是维珍银河公司的小卫星运载火箭发射者－1（LauncherOne）的首个任务。39次发射任务将在未来5年内完成，每次发射携带的卫星数量将会根据任务规划情况、运载能力和轨道位置确定，大约是1～3颗，作为阿里安空间公司的欧版“联盟”火箭小批量的发射填隙。发射者－1目前尚在研制当中，主要优势在于快速响应，发射价格不到1000万美元/次。

英国维珍银河公司的发射者－1空间概念图

（4）营销策略

在卫星互联网服务和终端产品的营销方面，一网公司也另辟蹊径，采取了“跨界合作”的方式。在服务分销商上，一网公司选择的既有传统宽带服务提供的卫讯公司（VIASAT），也有一些印度和墨西哥电信运营商，甚至还创新性地将可口可乐公司作为一网公司终端设备和互联网服务的销售点。一网公司认为，像可口可乐公司这样的大众消费品公司的销售经验是卫讯公司等传统卫星服务企业无法比拟的，它更加理解用户的消费行为，在卫星互联网主要面向的偏远地区有着非常完善的销售渠道。

马斯克并没有明确的营销计划，但是可以确定的是，太空探索技术公司的卫星互联网星座的发展目标是为了盈利。因此，马斯克不会提供免费服务。此外，太空探索技术公司还会通过销售用户终端来获利，售价大约是在100～300美元。马斯克希望通过该项服务获得足够的资本用于终极目标的实现上。

低轨卫星公司并不为大众用户提供网络接入服务，只为大型企业和政府提供高速数据接入，未来计划为3000家大型企业和机构用户提供数据传输服务，将自身视为卫星固定运营商的容量补充。

3 新兴初创航天企业发展对传统通信卫星制造发展的影响与启示

传统卫星制造商的用户——卫星运营商一直以来都面临着来自地面通信运营商的激烈竞争，从带宽、网速到价格，竞争无处不在。卫星运营商的优势在于覆盖，特别是在人烟稀少的山区或地面网络覆盖不到的海洋，虽然需求少，但却无法替代。为了巩固并发展用户需求，卫星运营商不断追求更优的技术、更低的价格和更快的研制周期。

更低的卫星研制和发射成本

目前，商业通信卫星制造领域最重要的发展趋势是系统研制成本的下降，在传统通信卫星制造领域，高吞吐量卫星（HTS）和全电推进是近几年的发展热点，其发展的背后均是运营商面临的成本压力。高吞吐量卫星能够大大降低卫星的容量使用成本，全电推进技术能够减少卫星携带的燃料，降低发射质量和发射成本，增加卫星的在轨服务寿命，或携带更多的有效载荷。欧洲下一代通信卫星平台“新星平台”（NEOSAT）已经提出将发展目标定为降低成本，由此可见，成本是通信卫星制造发展的重要趋势之一。

初创航天企业在这样的发展路径上走得更快，它们开始使用非航天级别的商业现货部组件，重建并简化产品制造流程，以降低研制成本，减轻卫星的发射质量，选择更具性价比的卫星发射方式。大规模卫星星座的发射有利于批量采购部组件，进一步降低成本。这使得集成商们可以更加信任它们的制造过程，在提高可靠性的同时降低了对验证环节的需求，因为传统卫星制造商们对卫星开展的各项测试与验证是最耗时也是最“烧钱”的环节。

未来，通信卫星产业要想真正步入“爆发期”，卫星成本是最为关键的因素。一位商业投资者曾表示：“成本的降低意味着投资者对于风险的容忍度提高了，如果需要3亿美元制造和发射一颗卫星，那就完全不允许失败、不能冒风险，甚至不愿意尝试新技术。但如果系统成本降低到上千万美元，投资者就会愿意进行各种尝试。”从产业发展来看，未来通信卫星产业将与其他高科技产业一样，沿着“成本降低→用户增加→成本继续降低→用户快速增加→人均成本降低到普及水平→用户数量大爆发”的路径快速发展，最终实现利润的大幅提升。

更短的卫星交付周期

欧洲空客防务与航天公司3D打印的卫星部组件概念图

传统的GEO通信卫星的交付周期一般在24～36个月，虽然卫星交付周期不是产业发展的关键制约因素，但一些运营商已经提出希望能够将交付周期缩短至12个月。因此，能够缩短交付周期并且保证产品质量的制造商，在竞争中将会占有优势。对于运营商来说，更短的交付周期能够使其更快地回收投资，实现收支平衡，对于市场格局也了解得更明确；对于制造商来说，更短的交付周期能更好地帮助制造商优化设施和人员配备。

新兴航天企业多采用小卫星，这是因为小卫星项目一般都比传统卫星项目研制周期短，而大型卫星项目则需要较长的周期才能实现。同时，小卫星项目还可以轻易的转移目标，更加适应瞬息万变的市场需求。从技术上来看，一个比较明显的例子就是增材制造（3D打印）技术，3D打印从计算机辅助设计（CAD）模型开始，利用传统打印机逐层打印的概念，形成最终产品。如今这已不仅仅是一个概念，一些产品的价格已经降至1500美元。

行星实验室公司就是一个典型案例。该公司计划打造一个低轨立方体卫星星座实现对地球的快速重访，分辨率能够达到3～5m，该星座称为“鸽群”（Flock），单颗卫星称为“鸽子”（Dove）。该星座由数百颗卫星组成，然而并不是重复同一设计，而是分批设计、分批建造，每批建造的卫星可以克服上一批建造卫星在技术上的不足，同时也能够根据市场需求进行改进和调整。行星实验室公司将这样的星座发展方式称为“及早发布，经常发布”（Release Early，Release Often）。

另一大趋势是模块化和标准化。这主要源于两方面的动力：一是发射限制。立方体卫星要求多星集成发射，如开始使用“多皮星轨道部署器”（P-POD）标准，这样的模块化标准为多星发射提供了机会，以及在小卫星领域对标准和接口的广泛认可；第二个推动力来自供应商体系，小卫星容易实现规模生产，但是需要部件在一定程度上具有互操作的能力，从而卫星制造商能够降低研制和集成成本，典型案例是能够从公开的网站（如：CubeSatShop. com或ClydeSpace.com）上直接浏览或者购买立方体卫星部组件，并且标有明确的价格。

更贴近消费市场的商业模式

在过去的数十年里，传统卫星制造的商业模式可以简述为卫星运营商出钱购买制造商的产品和服务。初创航天企业在商业模式上也与传统卫星企业有着明显的区别，传统卫星企业则更加关注机构用户（例如商业公司和政府机构），初创企业则更加关注个人消费者。融资模式也有所不同，例如采用众筹模式的Kickstarter众酬网。在传统卫星领域，由于所需资金量较大，众筹很少出现，而初创企业则可以采用众筹、天使投资等一般性的融资方式。例如，安德鲁卫星公司（AdruSat）成功地获得了来自Kickstarter众酬网的投资，最终取得了一定成功，即如今的斯派尔公司（Spire）。

除了寻求外部投资，一些初创企业也积极开展对外投资和对内投资。例如，新千年航天系统公司（Millennium Space System）启动了一项名为“引导程序”（Bootstrap）的计划，该计划主要为提升航天系统能力的新想法和概念进行投资。2014年夏天，该公司开展了一项创意征集活动，并保证会协助涌现出来的前6佳创意进行融资，如果认为足够好的话，也会直接投资。

卫星制造融合发展

将小卫星领域涌现出来的先进经验、技术和商业模式融入到传统卫星制造中去已经成为了一种趋势。国外传统卫星制造商已经开始显示出对小卫星的重视，并且给予了大量的资金支持。其中最著名的例子就是空客防务与航天公司于2009年收购了英国萨瑞卫星技术公司（SSTL）。另一个例子是波音公司2013年推出的“幻影凤凰”（Phantom Phoenix）卫星平台是由其下属的幻影工作部设计完成的。幻影工作部主要致力于创新系统样机的研究。

对于传统卫星制造商来说，与初创企业合作或者收购初创企业都是可行的道路，大型制造商可以利用它们的资本和经验上的优势来帮助初创企业发展，而初创企业也在这样的合作氛围中获得进入市场的资源，包括商业/市场关系、技术和基础设施。例如，新加坡的ST电子公司（ST Electronics）与轨道-ATK公司合作，又如诺格航天系统公司（Northrop Grumman Aerospace System）与内华达山脉公司（SNC）合作。这样的合作既可以帮助初创企业在市场上获得一席之地，也可以将新的技术和创意用于传统航天领域，持续提高企业的竞争力。

4 总结

国外互联网卫星计划未来发展的前景如何，可以从投资商的观点看出一二。这些新兴互联网企业对于获得投资非常有信心，事实证明他们确实做到了这一点。投资者对于这些新兴企业非常有耐心，它们并不期待短期就会产生资本回报，他们赌的是这些初创企业和新的计划能够改变未来航天发展的格局。

过去10年，商业航天产业吸引了超过130亿美元的投资，其中20%来自于投资公司和私营企业。这些企业期待的不仅仅是钱，他们希望改变世界。他们认为航天产业正处于快速扩张阶段，许多传统的地面企业也在进入这个领域。他们预测，到2030年，全球大约10%的GDP都将来自于航天。他们认为航天产业的未来没有上限。