天基互聯網是指利用位于地球上空的各類空天平臺向用戶終端提供寬帶互聯網接入服務的新型網絡。天基 互聯網從大類上主要包括兩種，一種是通過衛星向地面提供信號，包括各種軌道高度的衛星及星座，例如美國 衛訊公司 ViaSat 運營的 Ka 波段通信衛星 ViaSat-1、中國衛通公司的中星 16 號衛星等；另一種是通過空中平臺 向地面提供信號，如高空氣球、飛艇、無人機等，例如谷歌推出的谷歌氣球“Project Loon”項目、航天科工提出 的高空太陽能無人機“飛云工程”項目等。
利用衛星提供天基互聯網接入服務是國際主流方式。根據美國衛星協會 SIA 的統計，2021 年至 2021 年， 衛星寬帶業務服務收入從 15 億美元增長至 24 億美元，保持持續穩定增長，六年間增長 60%，遠高于整個衛星 服務業 11%的增速。
歐洲衛星公司（SES）是全球很大的通信衛星運營商，其利用 3 顆高軌高通量衛星和近 20 顆中軌 O3b 衛星 星座向全球提供寬帶接入服務。根據 SES 2021 年年報，公司服務于全球 7 個聞名的電信運營商，全球終端客戶 超過 2500 萬人，具備向一艘艦船提供 1Gbps 的高速通信能力，向 4 家全球領先的飛行連接服務商，提供的通信 延時小于 150ms。
低軌互聯網衛星星座利用運行在 200-2000km 軌道高度的衛星群向地面提供寬帶互聯網接入服務，通過多 顆衛星組網實現全球覆蓋。過去，低軌衛星因為距離地面較近，多用于對地觀測；隨著衛星成本及運載火箭發 射價格的下降，采用低軌通信衛星星座提供互聯網接入服務具備了一定競爭力，全球多個企業提出了低軌星座 計劃并逐漸付諸實施。
衛星通信與地面通信網逐步從競爭走向互補，很終將走向融合。天基互聯網適用于適用于邊遠地區、農村、 山區、 海島、災區以及遠洋艦隊和遠航飛機等陸地通信不易覆蓋的地區，是地面互聯網的重要補充。國際電信 聯盟（ITU）、第三代合作伙伴計劃（3GPP）、 SaT5G 和 CBA 等標準化組織組建了專業團隊對星地融合相關問 題進行深入研究。
1.2 高軌衛星和低軌衛星星座對比
過去，大部分通信衛星都是地球同步軌道衛星，其運行在赤道上空接近 36000km 的軌道上，繞地球飛行的 周期與地球自轉周期一致，星下點保持穩定，一顆衛星可以覆蓋地球 1/3 的面積，非常適用于通信應用。但近 年來，高軌通信衛星制造市場日益萎縮，據統計，全球衛星通信運營商采購的高軌通信衛星數目正逐漸減少， 2009 年時達到很高峰 30 顆/年，而 2021 年的采購量卻不足很高峰的四分之一。
高軌通信衛星主要存在三大問題，一是傳播延時長：由于通信鏈路距離長，單跳延時可達數百毫秒，會影 響對實時性要求較高的通信應用；二是軌道資源緊張：地球同步軌道為一個圓，而非一個球面，由于相鄰頻率/ 軌道之間會產生通信干擾，影響衛星的正常使用，因此衛星之間有一定的距離要求，造成地球同步軌道資源的 緊張；三是無法覆蓋高緯度地區：因為衛星在赤道上空，難以覆蓋高緯度地區尤其是極地地區。
低軌衛星能夠解決高軌通信衛星面臨的問題，其距離地面較近，傳播延時短；目前軌道/頻率資源尚豐富， 先占先得；通過多個軌道面的多顆衛星組網實現全球無死角覆蓋。但是低軌衛星需要組建較大規模的星座才能 夠實現服務，初期投資比較大；另外，由于低軌衛星高速繞地球飛行，地面站天線需要實時改變指向才能對準 衛星，地面站的復雜度高于高軌衛星。
1.3 國內外主要低軌互聯網星座運營企業的愿景
OneWeb 是由衛星領域的權威人士、連續創業者 Greg Wyler 于 2021 年創立，OneWeb 的使命是建立世界 上很大的互聯網衛星星座，讓每個人都能方便上網。雖然全世界的發達地區和城市都有較快的寬帶接入，但仍 舊有 50%以上的地區，尤其是非洲、亞洲等廣大地區仍然沒有高速穩定的互聯網接入，即面臨所謂的“數字鴻溝”。 而 OneWeb 希望解決這一問題，通過在近地軌道部署的數百上千顆小型衛星，組成一個互聯網衛星網絡，使全 球范圍內的用戶都可以通過小巧、低成本的用戶終端與衛星連接，以此來接入 3G、LTE、5G 和 WiFi 網絡。
Starlink 是 SpaceX 在 2020 年提出的一項計劃，目的是提供覆蓋全球的高速互聯網服務，擬發射 12000 顆衛 星。馬斯克認為：“全球互聯網接入每年的總收入約為 1 萬億美元，通過星鏈網絡，或許可以獲得其中約 3%的 收入。”
“鴻雁星座”是由中國航天科技集團有限公司自主建設的低軌衛星通信系統，包含一個移動通信星座和一個 寬帶通信星座，可以服務 200 萬移動用戶、20 萬寬帶用戶及近 1000 萬的物聯網用戶，并在導航、航空、航海 等領域提供綜合服務。該星座由中國航天科技集團東方紅衛星移動通信有限公司負責建設和運營，建成后將開 展面向全球的智能終端通信、物聯網、移動廣播、導航增強、航空航海監視、寬帶互聯網接入等服務，具有全 天候、全時段在復雜地形條件下的全球實時通信能力，可實現“溝通連接萬物、全球永不失聯”目標。
“虹云工程”脫胎于中國航天科工此前提出的“福星計劃”，計劃發射 156 顆衛星，它們在距離地面 1000 公里 的軌道上組網運行，致力于構建一個星載寬帶全球移動互聯網絡。目前定位的用戶群體主要是集群的用戶群體， 包括飛機、輪船、客貨車輛、野外場區、作業團隊以及一些偏遠地區的村莊、島嶼等。
2.1 低軌通信衛星星座起源于上世紀末，本輪是第二次熱潮
低軌寬帶互聯網星座并不是新生事物，20 世紀 80 年代開始掀起的小衛星技術熱潮對星座的發展起了巨大 的推動作用，90 年代初期，低軌通信星座開始盛行，很多時有十幾個衛星通信星座計劃。早在上世紀末，伴隨 銥星、全球星等低軌語音通信星座的興起，業界相繼提出了多個中低軌道互聯網星座的概念，其中包括微軟創 始人比爾?蓋茨提出的 Teledesic 星座、法國阿爾卡特公司提出的 Skybridge 星座。
由于銥星系統早期運營失敗，加之互聯網產業遭遇第一次低谷，這些互聯網星座設想全都停留在紙面上， 而沒有付諸實施。但在那一輪浪潮中，業界已經對星座結構、頻率分配、接入方式、干擾、信號衰減、資費等問題做了相當具體的研究。因此，今天的低軌寬帶互聯網星座可以認為是在這些技術基礎上的第二次產業浪潮。
2.2 O3b 中軌通信衛星星座已經在運營
O3b 公司成立于 2007 年，其創始人 Greg Wyler 現在是 OneWeb 的創始人，公司旨在為全球偏遠地區（主要 是非洲、亞洲和南美等）30 億上網困難或上網昂貴的人口提供高帶寬、低成本、低延遲的衛星互聯網接入服務。 O3b 星座系統是目前全球優選成功運營的中軌道寬帶星座衛星通信系統。
O3b 公司原計劃在赤道上空 8062km 中軌（MEO）部署 16 顆衛星，軌道周期為 288 分鐘，為南北維 45°以 內地區提供可靠服務。O3b 方案和概念提出后，得到了 SES、Google 等大公司的支持，并于 2021 年底得到了 全額資助。
2021-2021 年，O3b 采用聯盟號火箭部署了前三組共 12 顆衛星，其中首批 4 顆衛星入軌后發現供電分系統 和頻率發生器單元發生故障。公司 2020 年底又訂購了 8 顆衛星，主承包商均為泰雷茲·阿萊尼亞空間公司，分 別在 2021 年、2021 年發射升空，完成第一代星座的組網建設工作。據簡氏防務報道，前 12 顆衛星的研制和發 射總成本約為 12 億美元，2020 年再次融資 4.6 億美元用于購買后續 8 顆衛星。
O3b 星座無星間鏈路，因此實時通信要求在全球多個地點布設地面站。目前，O3b 系統已經在全球 9 個地 點部署了地面信關站，分別是夏威夷、美國西南部、秘魯、巴西、葡萄牙、希臘、中東、澳大利亞西南部、澳 大利亞東南部。測控站與部分信關站重疊，例如，美國本土、澳大利亞、希臘、秘魯等地的信關站與測控站是 合二為一的。
O3b 用戶設備包括 0.85m、1.2m、2.4m、4.5m 的 Ka 頻段天線，由于需要在通信過程中進行衛星切換，為 確保衛星交接過程中業務不中斷，需要配置兩幅天線（未來相控陣天線實用后使用一副天線即可），每幅天線能 夠自動捕捉、跟蹤運動的 O3b 衛星。目前 Comtech EF Data、Viasat、Gilat 等公司為 O3b 星座系統開發了寬帶信 道設備。
2021 年 9 月 1 日，O3b 公司正式在太平洋、非洲、中東和亞洲地區提供商業服務，可提供大于 500Mb/s 的帶寬，延時 150ms，政府機構和美國軍方是其重點用戶。O3b 把業務分為骨干網、地面移動網干線、能源專 業、海事專業和政府專業幾大類，針對性的提供不同的速率和服務，不直接為消費者提供服務。目前 O3b 已經 擁有一批客戶，以島嶼電信運營商居多，例如東泰米爾電信公司、巴布亞新幾內亞數字通信集團、帕勞國家通 信公司、諾福克島電信公司、馬達加斯加海灣衛星通信公司等。目前，O3b 公司正在積極推廣海事衛星通信服 務，美國皇家加勒比游輪公司旗下的海上綠洲號和海上誘惑號已經安裝了 O3b 的衛星通信終端，系統測試很高 單艘游輪的速率達到 700Mbit/s，時延僅為 140ms 左右，實現了其所宣稱的“光纖的速度、衛星的覆蓋”。O3b 曾 表示，2021 年其收入預計將超過 1 億美元，比 2020 年翻一番。
2021 年，歐洲衛星公司 SES 公司收購 O3b 公司后，由波音衛星系統公司（BSS）研制 22 顆 O3b 星座第二 代衛星（O3b mPower），預計第二代衛星將于 2020 年以后開始發射部署，致力于通過衛星星座實現全球連接。 O3b 第二代星座具有規模可變能力，初期將由 7 顆高通量中軌衛星組網，設 3 萬個寬帶互聯網服務點波束，通 信總容量將達 10Tb/s。這些新增衛星將會兼用傾斜和赤道軌道，把 O3b 星座覆蓋范圍從目前的南北緯 50 度之 間擴展到地球兩極，成為一個全球性系統。
如今，O3b 星座服務了 50 個國家的客戶，惠及了超過 1500 萬很終用戶，為 6 家石油和天然氣超級巨頭中的 4 家提供服務，為全球五大郵輪公司中的四家提供卓越的連接體驗。O3b 證實了 NGSO 系統的可行性。O3b 系統的設計多應用于電信運營商前端，而非直接接入用戶，這是 O3b 與 OneWeb 等低軌互聯網星座的不同之 處。
2.3 國內外多家企業提出低軌互聯網星座計劃，部分企業已進入密集部署狀態
繼 O3b 星座之后，Greg Wyler 在 2021 年創立了 OneWeb 公司。OneWeb 致力于構建一個能夠覆蓋全球的高 速寬帶網絡，為世界各地提供高速寬帶服務，以此消彌不同地區間的數字鴻溝，可以看作是 LEO 星座 2.0 時代 的引領者。
自 OneWeb 成立后，多個低軌互聯網星座計劃相繼提出，預備在潛在的巨大市場中分一杯羹。其中包括創 業公司 LeoSat、SpaceX 提出的 Starlink、加拿大 TeleSat 公司提出的 TeleSat LEO、亞馬遜的 Kuiper、航天科工 集團的虹云工程、航天科技集團的鴻雁星座、電子科技集團的天地一體化信息網絡、銀河航天的銀河 Galaxy 等。
低軌互聯網星座需要較大的前期投入，創業公司需要拿到足夠的融資以度過“死亡谷”階段，LeoSat 計劃尚 未實施就已經宣告停止運作；OneWeb、SpaceX 已拿到了較多融資，但預計仍然有資金缺口，SpaceX 已經考 慮將 Starlink 分拆單獨 IPO；政府的支持也很重要，加拿大 Telesat 公司已經提前獲得了加拿大政府的訂單。
2.3.1 OneWeb、Starlink 已進入大規模星座密集部署期
1、OneWeb
OneWeb 于 2021 年成立，2020 年獲得 5 億美元的 A 輪融資，參與該輪投資的公司包括空中客車（Airbus）、 巴帝企業（Bharti Enterprises）、高通、可口可樂、維京集團等，用于要害技術研發；2021 年獲得 12 億美元的 B 輪融資，該輪融資由日本軟銀公司主導，該筆資金用于支持其在佛羅里達州建設一家衛星工廠，包括 2 條批量 自動化生產線，單條生產線具備一天一星的生產能力。2021 年，弗羅里達州的衛星工廠開始批量生產衛星，當 年完成 C 輪融資 12.5 億美元，投資方包括軟銀、高通、盧旺達政府等。
2021 年 2 月，OneWeb 第一組 6 顆衛星發射升空。2020 年 2 月 7 日，OneWeb 第二組 34 顆衛星發射升空， OneWeb 表示，這標志著他們開啟了 2020 年的定期發射行動，第一階段 648 顆衛星將得到快速部署，后續基本上每個月發射一次，2021 年實現全球服務。這些衛星分布在 12 個軌道上，每個軌道 49 顆，累計 588 顆衛星。 與此同時，每個軌道上再多留 5 顆衛星備用，總計 648 顆衛星。OneWeb 很終將實現 1980 多顆衛星的全球覆蓋。
OneWeb 衛星每顆重 150kg，軌道高度為 1200km，每顆衛星配備 2 副 Ku 頻段的用戶鏈路天線、2 副 Ka 頻 段的關口站天線以及 2 副全向測控天線，單星容量超過 8Gbps，星座總容量可達到數 Tbps 量級。單顆衛星的研 制成本原計劃低至 50 萬美元，但 2021 年年底 Greg Wyler 表示，衛星成本有一定程度的超支情況，具體超支數 額并未公布，雖然單顆衛星成本上升，但是由于技術提升，每個 bps 的成本在下降。
OneWeb 地面段將部署超過 40 個關口站，分布于全球范圍，單個關口站配置多副口徑大于 3.5m 的天線， 可同時服務 10 余顆衛星。用戶段包括固定、艦載、車載和機載等多類型終端，天線尺寸為 45cm-1m，包括機械 式雙拋物面天線、相控陣天線等多種方案，終端數據服務速率可達 50-200Mbps。OneWeb 用戶終端由衛星天線、 接收器和客戶網絡交換單元組成，客戶網絡交換單元將用戶終端連接到網絡，進而連接到終端用戶設備，包括 筆記本電腦、智能手機、傳感器等。
經測試，OneWeb 衛星可提供每秒 400 兆的寬帶接入能力和 32 毫秒的延時，OneWeb 首席執行官 Adrian Steckel 表示：“這和家里的寬帶比起來，幾乎已經達到同樣水準”。
2、Starlink
SpaceX 在 2020 年提出 Starlink 計劃，擬部署 12000 顆低成本衛星，分別在 550 公里軌道部署 1600 顆，在 1150公里軌道部署2800顆，很后在340公里軌道部署7500顆衛星。提出Starlink計劃后，SpaceX先后在2020-2021 年完成了 5 輪融資（G 輪-L 輪），共計近 30 億美元。SpaceX 估值從 2020 年的 120 億美元提升至當前的 333 億美元。2020 年 2 月，SpaceX 表示要分拆 starlink 單獨 IPO。
Starlink 計劃提出后，SpaceX 在華盛頓州雷德蒙市開設了一個新的工廠來研制這些通信衛星。2021 年 2 月， SpaceX 發射了兩顆互聯網測試衛星，這是 SpaceX 的全球 WiFi 覆蓋計劃的起點。2021 年 5 月 24 日，首批 60 顆 starlink 衛星發射升空。2021 年 11 月 11 日、2020 年 1 月 6 日、2020 年 1 月 29 日、2020 年 2 月 17 日，第二 批至第五批 starlink 衛星發射升空，進入了大規模部署階段。目前 SpaceX 已經擁有了 300 顆衛星，2020 年計劃 進行 24 次發射任務，發射上千顆衛星。
每顆 Starlink 衛星重約 227kg，裝有多個高通量相控陣天線和一個太陽能電池組，使用以氪為工質的霍爾推 進器提供動力，配備和“龍飛船”相似的星敏感器高精度導航系統。為了避免密集的衛星和太空垃圾發生碰撞， “星鏈”衛星能夠自動跟蹤軌道四面的太空碎片并避免碰撞。目前發射的衛星未設置星間鏈路，但后續衛星可能會增加采用激光通信的星間鏈路。SpaceX 首席執行官埃隆·馬斯克和首席運營官格溫·肖特維爾表示，每顆衛星 的生產和發射成本已經遠遠低于 50 萬美元，60 衛星可提供 1Tbps 的帶寬，即每顆衛星接近 17Gbps 帶寬。
Starlink 的目標是 2020 年在美國北部和加拿大提供服務，到 2021 年迅速擴大到接近全球覆蓋人口稠密的 世界。
2.3.2 國內“虹云”、“鴻雁”、“天象”“銀河”相繼發射驗證星，有望步入大規模部署階段
1、虹云工程
2021 年，航天科工集團提出“虹云工程”，計劃發射 156 顆衛星實現全球組網。中國航天科工方面稱，“虹 云工程”具備通信、導航和遙感一體化、全球覆蓋、系統自主可控的特點，以其極低的通信延時、極高的頻率復 用率、真正的全球覆蓋，可滿足中國及國際互聯網欠發達地區、規模化用戶單元同時共享寬帶接入互聯網的需 求。同時，“虹云工程”也可滿足應急通信、傳感器數據采集以及工業物聯網、無人化設備遠程遙控等對信息交 互實時性要求較高的應用需求。
2021 年，為大力推進商業航天產業，航天科工二院專門成立了空間工程公司，并著手在 國家航天產業 基地建設衛星產業園。這個產業園將滿足 2020 年虹云工程業務試驗星的發射需求，支撐 2022 年左右整個星座 衛星的批量生產。 衛星產業園項目已于 2021 年 4 月 24 日正式開工建設，預計 2020 年 10 月 31 日具備投產 能力。
2021 年 12 月 22 日，虹云工程技術驗證星安閑酒泉衛星發射中心成功發射入軌后，先后完成了不同天氣條 件、不同業務場景等多種工況下的全部功能與性能測試。體驗人員在衛星入境時，關閉 4G 信號，登陸衛星用 戶站的 WiFi 熱點，成功實現了網頁瀏覽、微信發送、視頻聊天、高清視頻點播等典型互聯網業務，無丟幀卡滯 現象，在軌實測的所有功能與指標均滿足要求。
按照規劃，整個“虹云工程”被分解為“1+4+156”三步。第一步計劃在 2021 年前，發射第一顆技術驗證星， 實現單星要害技術驗證，目前已經完成；第二步到“十三五”末，發射 4 顆業務試驗星，組建一個小星座，讓用 戶進行初步業務體驗；第三步到“十四五”末，實現全部 156 顆衛星組網運行，完成業務星座構建。為在全國范 圍內開展應用示范，中國航天科工集團有限公司二院抓總研制投產了應用示范系統，其中包含 1 套機動式信關 站和多型用戶站，預計 2020 年初投入使用。
文章地址：http://www.meyanliao.com/article/online/6132.html
