引 言
2020年04月20日國家發改委首次明確，將衛星網際網路列入我國新型基礎設施的範圍，這項重大的戰略決策，大大鼓舞了我國商業航天行業的信心。另一方面，2020年3月27日,在發展低軌網際網路星座方面著名的OneWeb公司申請破產保護，揭示了發展低軌網際網路星座仍然面臨諸多風險。為此，我們必須認真總結國外發展低軌網際網路星座的經驗教訓，制定一項適合國情的發展戰略。
圖1 衛星網際網路的組成
一、低軌網際網路星座的發展概況
衛星網際網路是繼有線互聯、無線互聯之後的第三代網際網路基礎設施。它包括地球靜止軌道（GEO）高通量衛星、地球中軌道（MEO）網際網路星座和地球低軌道（LEO）網際網路星座。由於前兩者已經應用，當前關注的熱點則是低軌網際網路星座。
低軌寬頻網際網路星座並不是新生事物。20 世紀 80 年代開始發展的小衛星技術，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，伴隨銥星（Iridium）、全球星（Globalstar）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網際網路星座的概念，其中包括微軟創始人比爾∙蓋茨提出的 「泰利迪斯」（Teledesic）星座、法國阿爾卡特公司提出的「天空之橋」（Skybridge）星座。
由於銥星系統早期運營失敗，加之網際網路產業遭遇第一次低谷，這些網際網路星座設想，全都停留在紙面上。實際上，衛星通信從誕生的第一天起，就與地面通信在相互競爭、相互補充與合作中發展前進。由此，衛星網際網路星座的發展可以分為3個歷史階段：
第一階段（20世紀80年代末至2000年）以銥星系統為代表，力圖重建一個天基網絡，銷售獨立的衛星電話與地面電信運營商競爭用戶。
第二階段（2000—2014年）以新銥星系統為代表，主要是作為地面通信手段的「填隙」，規模有限。
第三階段（2014年至今）以格里格·維勒（Greg Wyler） 創立的「另外30億人」（O3b）MEO星座，為全球用戶提供幹線傳輸和蜂窩回程業務，將地面電信運營商作為其客戶和合作夥伴，衛星網絡成為地面網絡的補充。O3b和已經成熟的GEO高通量衛星，其數據傳輸速率大大超過了銥星和全球星系統，雖然其系統容量無法與地面通信手段相比，但對於地面設施無法覆蓋的地區，已經能夠滿足基本的寬頻需求。
此外，國內外多家企業提出低軌網際網路星座計劃，部分企業已進入密集部署狀態。格里格·維勒早在2012年就創立了 OneWeb 公司。OneWeb 致力於構建一個能夠覆蓋全球的高速寬頻網絡，成為衛星網際網路的引領者。此後，多個低軌網際網路星座計劃相繼提出，準備在潛在的巨大市場中分一杯羹。其中包括SpaceX 提出的 Starlink、LeoSat公司提出的LeoSat、加拿大 TeleSat 公司的 TeleSat LEO、亞馬遜的 Kuiper、航天科工集團的虹雲工程、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。
圖2 OneWeb公司提出的低軌網際網路星座
OneWeb的初始星座包括648顆衛星和234顆備份星，總數量達到882顆，後來再追加2000顆，衛星總數將達到約2882顆。每顆衛星重150kg，採用Ku和Ka波段。OneWeb 2017年6月22日，美國聯邦通訊委員會宣布正式批准OneWeb進入美國寬頻服務市場。OneWeb星座的特點是其基本上實現了全球覆蓋，與地面移動網際網路相融合和大規模製造衛星等。不過OneWeb有點低估了製造和發射衛星的難度，成本的大幅度上升為今天的破產埋下了伏筆。
Starlink計劃建設一個由近1.2萬顆衛星組成的衛星群。星座選擇了Ku/V頻段，由分布在1150km高度(最近已調低到550km高度)的4425顆衛星的低軌星座，和分布在340km左右的7518顆衛星的甚低軌星座構成，有利於更好地實現全球覆蓋。SpaceX 在華盛頓州雷德蒙市開設了一個新的工廠來研製這些衛星。SpaceX已經利用自己的火箭發射了422顆衛星，在2020 年計劃要發射上千顆衛星，正在成為世界上最大的衛星運營商。
二、發展衛星網際網路的戰略意義
發展衛星網際網路是一項重要的國家戰略。建立衛星網際網路是適應未來萬物互聯的需求，是維護國家安全的需要，將形成萬億級規模的新產業。
1.發展衛星網際網路將為太空經濟的發展提供新動力。
發展衛星網際網路將實現全球網際網路無縫連結服務。它相對於地球同步軌道衛星，傳輸延時更短，路徑損耗更小；相對於光纖，在低業務密度地區的部署便捷、成本低。目前全球還有30億人口沒有接入網際網路，衛星網際網路成為經濟、高效解決方案，有著廣闊的市場前景，可促進商業航天的產業化。無疑，衛星網際網路存在多方面的市場需求，主要有：
（1）地面網絡未通地區的需求。這不僅是這些地區居民的需求，更是因工作和旅遊而流動進入這些地區，已經習慣使用網際網路的人員，包括油氣管道、交通建設、森林作業、採礦作業、鑽井平台等野外作業人員的迫切要求。據國際電信聯盟（ITU）估計，全球仍然有近一半的人未聯網，特別是大部分非洲人口依然沒有接入網際網路。國內網際網路普及率為 59.6%，仍有 2%的行政村未通光纖和 4G。
（2）航空與航海的需求。全球每年有超過50億人次的飛機乘客，其聯網需求強，消費水平高；輪船乘客離岸時間長，聯網幾乎是剛需，而且消費水平也比高。因此，他們有望成為低軌網際網路星座最早的一批用戶。航空 Wi-Fi 系統經過這幾年的發展，其安裝和運營成本已降至世界上幾乎任何航空公司都可以提供的水平。當前許多飛機的 Wi-Fi 存在速度慢和流量限制等問題。2019 年初全球總共有 95402 條航運船， 航運船上的海員上網主要通過海事衛星，費用很貴而普及率較低。2019 年全球272 艘郵輪乘客人數達到 3000 萬，郵輪乘客對網絡需求十分旺盛。世界海洋捕撈船總數大約為 460 萬艘，是航海領域低軌網際網路星座最大的潛在客戶群體。
圖3 民航飛機接入網際網路
（3）要求低延時和無間斷的高端用戶需求。低軌網際網路星座可提供長距離的較短的延時。在部分遠距離傳輸的場合，通過低軌衛星通信可能比地面網絡的延時還要短。因為光在光纖中的傳播速度是真空中的 2/3，在遠距離傳輸應用上，雖然信號通過衛星多走了數百公里，但其延時依然比通過地面光纖要短。因此，對於要求低延時和無間斷的的國際金融和車聯網等業務，衛星網際網路會更加適用。
圖4 SpaceX公司提出的Starlink星座
（4）政府與國防的需求。低軌網際網路星座可提供全球性不間斷連續通信服務，可作為政府應急、外交和國防的重要通信手段。政府和國防訂單將是星座運營的重要基石。
2.衛星網際網路將成為大國戰略博弈的焦點之一。
目前世界大國正在爭奪未來地面網絡技術的優勢，其核心技術是5G。由於我國目前在5G處於領先地位，美國除了抓緊發展5G和6G技術外，正在鼓勵企業積極發展低軌網際網路星座。由此，衛星網際網路將成為中美爭奪未來技術優勢的一項前沿技術。另一方面，在衛星網際網路發展前景廣闊的背景下，軌道和頻率將成為稀缺資源，搶占資源也成為衛星網際網路發展重要推動力。
3.衛星網際網路具有巨大的軍用潛力。
在現代戰爭中，安全高效的網絡，能夠為獲取戰爭主動權提供重要的保障，而衛星衛星網際網路將是最重要的軍事指揮、控制和通信手段。DARPA在在2019財年重點發展「黑傑克（Blackjack）」項目，該項目旨在充分利用商業公司研發的小體積、小重量、低功率、低成本的低軌衛星星座。最終目標是實現軍方衛星有效載荷的高度網絡化，併兼具彈性和持久性，能夠持續在全球範圍內為軍方提供最大的超視距遙感、信號和通信功能。2019年7月1日，美國航天發展局（SDA）發布了下一代太空架構信息徵詢書。根據該文件，它將由幾層基於小型通信衛星網絡的結構組成。計劃在2022年前設計、建造和試驗一個由最多20顆低軌衛星組成的網絡。
圖5 DARPA 的黑傑克項目
4.發展衛星網際網路將推動航天技術的變革與創新。
低軌網際網路星座是近年來航天領域最具創新性的系統。在這過程中湧現出來的新的小型通信衛星技術和地面終端技術，將對未來衛星技術和衛星應用的發展，產生深刻的影響。衛星製造增加了商用工業級器件比例，通過標準化、模塊化實現小衛星的批量生產，以降低衛星研製成本。大量衛星的發射需求，又促進了低成本重複使用火箭技術的發展。這些技術創新將向傳統航天領域流動，成為推動太空經濟的新動力。
圖6 OneWeb公司的衛星製造工廠
三、發展衛星網際網路星的風險
任何創業都有風險。「猜猜有多少低軌衛星星座沒有破產？」今年3月，馬斯克曾在美國華盛頓舉行的2020年衛星會議上如此發問。他的答案是「零」，還開玩笑說SpaceX正致力於「不破產」。
2020年3月27日, OneWeb公司向美國破產法院申請破產保護。OneWeb表示，因受COVID-19疫情蔓延及市場動盪的影響，公司未能與大股東軟銀達成一致，以至於公司失去了爭取新投資者的窗口期，被迫進入破產程序。OneWeb也和其前輩銥星等一樣，沒能避免中途折戟星座的命運。這則OneWeb申請破產保護的消息，讓人有些出乎意料，因為僅僅6天前，OneWeb的34顆衛星還搭載聯盟號火箭升空，使其衛星總數達到74顆。OneWeb方面表示，在紐約申請破產保護後，公司將尋求出售。
圖7 OneWeb一次發射34顆衛星
無論如何同，OneWeb的破產申請，已經為低軌網際網路星座的風險，吹響了哨子。主要的風險是：
1.高投入的風險。
OneWeb目前通過成批生產雖然可以降低衛星的成本，但其使用的火箭的發射的成本仍然很高，而且進度的拖延又大大增加成本。相比之下，SpaceX採用本公司的獵鷹9號火箭一次發射60顆衛星，進度快成本低，則有明顯的優勢。美國航天諮詢公司北方天空研究所（NSR）通過負債比這一經濟指標，對網際網路衛星企業的未來收入做了大致估算。若按照每戶每月費用為50美元計算，未來打造衛星網際網路星座的企業，至少需要獲得1000萬的用戶量級才能獲得盈利，實現這樣的目標難度很高。
2.頻率協調與落地權難度很大。
衛星頻率軌道資源是國家發展的戰略性稀缺資源，是太空基礎設施建設的基礎。除頻率協調外，落地權問題或更難協調。
3.面臨地面通信系統的競爭。
地面通信正在大力推動5G的發展，目前很難預測到低軌網際網路星座系統全部建成之後，是否會再次落後於地面通信。
4.低軌惡劣空間環境的考驗。
低軌網際網路星座的衛星對衛星抗輻射能力提出了很高的要求。此外，衛星還存在與微流星和軌道碎片碰撞的風險。此外，衛星數量眾多，退役後一旦成為新的太空垃圾，將會對後續布署衛星產生很大影響。
我國發展太空經濟的新機遇
衛星通信是太空經濟的主力和核心。中國幅員遼闊，海洋領土超過300萬km2，一個全球性的衛星網際網路系統是填補邊遠地區的數字鴻溝和境內外應急救援的重要解決方案，並保障我國的遠洋經濟利益和軍事存在。因此，儘快建設一個具有中國特色的，由國家財政保障、政府組織協調、企業分工合作的大型衛星網際網路系統，具有重要的戰略價值。
2020年04月20日國家發改委首次明確將衛星網際網路列入新型基礎設施的範圍，大大鼓舞了商業航天行業的信心。在工程的實施上，可以採用我國發展「大飛機」的模式或採用「北斗」模式，但還要充分發揮民營企業的作用。我們相信，在新型舉國體制的引領下，匯聚各方面的資金和人才，做好工程的頂層設計和方案優化，大力創新，儘快建成天地一體化的衛星網際網路，必將促進我國的航天技術和太空經濟，邁上一個新的台階。