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一、为什么需要低轨互联网星座？

1.1低轨互联网星座是天基互联网的一种形式，是地面互联网的补充

天基互联网是指利用位于地球上空的各类空天平台向用户终端提供宽带互联网接入服务的新型网络。天基互联网从大类上主要包括两种，一种是通过卫星向地面提供信号，包括各种轨道高度的卫星及星座，例如美国卫讯公司ViaSat运营的Ka波段通信卫星ViaSat-1、中国卫通公司的中星16号卫星等；另一种是通过空中平台向地面提供信号，如高空气球、飞艇、无人机等，例如谷歌推出的谷歌气球“ProjectLoon”项目、航天科工提出的高空太阳能无人机“飞云工程”项目等。

利用卫星提供天基互联网接入服务是国际主流方式。根据美国卫星协会SIA的统计，年至年，卫星宽带业务服务收入从15亿美元增长至24亿美元，保持持续稳定增长，六年间增长60%，远高于整个卫星服务业11%的增速。

欧洲卫星公司（SES）是全球最大的通信卫星运营商，其利用3颗高轨高通量卫星和近20颗中轨O3b卫星星座向全球提供宽带接入服务。根据SES年年报，公司服务于全球7个著名的电信运营商，全球终端客户超过万人，具备向一艘舰船提供1Gbps的高速通信能力，向4家全球领先的飞行连接服务商，提供的通信延时小于ms。

低轨互联网卫星星座利用运行在-0km轨道高度的卫星群向地面提供宽带互联网接入服务，通过多颗卫星组网实现全球覆盖。过去，低轨卫星因为距离地面较近，多用于对地观测；随着卫星成本及运载火箭发射价格的下降，采用低轨通信卫星星座提供互联网接入服务具备了一定竞争力，全球多个企业提出了低轨星座计划并逐渐付诸实施。

卫星通信与地面通信网逐步从竞争走向互补，最终将走向融合。天基互联网适用于适用于边远地区、农村、山区、海岛、灾区以及远洋舰队和远航飞机等陆地通信不易覆盖的地区，是地面互联网的重要补充。国际电信联盟（ITU）、第三代合作伙伴计划（3GPP）、SaT5G和CBA等标准化组织组建了专业团队对星地融合相关问题进行深入研究。

1.2高轨卫星和低轨卫星星座对比

过去，大部分通信卫星都是地球同步轨道卫星，其运行在赤道上空接近km的轨道上，绕地球飞行的周期与地球自转周期一致，星下点保持稳定，一颗卫星可以覆盖地球1/3的面积，非常适用于通信应用。但近年来，高轨通信卫星制造市场日益萎缩，据统计，全球卫星通信运营商采购的高轨通信卫星数目正逐渐减少，9年时达到最高峰30颗/年，而年的采购量却不足最高峰的四分之一。

高轨通信卫星主要存在三大问题，一是传播延时长：由于通信链路距离长，单跳延时可达数百毫秒，会影响对实时性要求较高的通信应用；二是轨道资源紧张：地球同步轨道为一个圆，而非一个球面，由于相邻频率/轨道之间会产生通信干扰，影响卫星的正常使用，因此卫星之间有一定的距离要求，造成地球同步轨道资源的紧张；三是无法覆盖高纬度地区：因为卫星在赤道上空，难以覆盖高纬度地区尤其是极地地区。

低轨卫星能够解决高轨通信卫星面临的问题，其距离地面较近，传播延时短；目前轨道/频率资源尚丰富，先占先得；通过多个轨道面的多颗卫星组网实现全球无死角覆盖。但是低轨卫星需要组建较大规模的星座才能够实现服务，初期投资比较大；另外，由于低轨卫星高速绕地球飞行，地面站天线需要实时改变指向才能对准卫星，地面站的复杂度高于高轨卫星。

1.3国内外主要低轨互联网星座运营企业的愿景

OneWeb是由卫星领域的权威人士、连续创业者GregWyler于年创立，OneWeb的使命是建立世界上最大的互联网卫星星座，让每个人都能方便上网。虽然全世界的发达地区和城市都有较快的宽带接入，但仍旧有50%以上的地区，尤其是非洲、亚洲等广大地区仍然没有高速稳定的互联网接入，即面临所谓的“数字鸿沟”。而OneWeb希望解决这一问题，通过在近地轨道部署的数百上千颗小型卫星，组成一个互联网卫星网络，使全球范围内的用户都可以通过小巧、低成本的用户终端与卫星连接，以此来接入3G、LTE、5G和WiFi网络。

Starlink是SpaceX在年提出的一项计划，目的是提供覆盖全球的高速互联网服务，拟发射10颗卫星。马斯克认为：“全球互联网接入每年的总收入约为1万亿美元，通过星链网络，或许可以获得其中约3%的收入。”

“鸿雁星座”是由中国航天科技集团有限公司自主建设的低轨卫星通信系统，包含一个移动通信星座和一个宽带通信星座，可以服务万移动用户、20万宽带用户及近万的物联网用户，并在导航、航空、航海等领域提供综合服务。该星座由中国航天科技集团东方红卫星移动通信有限公司负责建设和运营，建成后将开展面向全球的智能终端通信、物联网、移动广播、导航增强、航空航海监视、宽带互联网接入等服务，具有全天候、全时段在复杂地形条件下的全球实时通信能力，可实现“沟通连接万物、全球永不失联”目标。

“虹云工程”脱胎于中国航天科工此前提出的“福星计划”，计划发射颗卫星，它们在距离地面公里的轨道上组网运行，致力于构建一个星载宽带全球移动互联网络。目前定位的用户群体主要是集群的用户群体，包括飞机、轮船、客货车辆、野外场区、作业团队以及一些偏远地区的村庄、岛屿等。

二、低轨互联网星座发展到了什么阶段？

2.1低轨通信卫星星座起源于上世纪末，本轮是第二次热潮

低轨宽带互联网星座并不是新生事物，20世纪80年代开始掀起的小卫星技术热潮对星座的发展起了巨大的推动作用，90年代初期，低轨通信星座开始盛行，最多时有十几个卫星通信星座计划。早在上世纪末，伴随铱星、全球星等低轨语音通信星座的兴起，业界相继提出了多个中低轨道互联网星座的概念，其中包括微软创始人比尔盖茨提出的Teledesic星座、法国阿尔卡特公司提出的Skybridge星座。

由于铱星系统早期运营失败，加之互联网产业遭遇第一次低谷，这些互联网星座设想全都停留在纸面上，而没有付诸实施。但在那一轮浪潮中，业界已经对星座结构、频率分配、接入方式、干扰、信号衰减、资费等问题做了相当详细的研究。因此，今天的低轨宽带互联网星座可以认为是在这些技术基础上的第二次产业浪潮。

2.2O3b中轨通信卫星星座已经在运营

O3b公司成立于7年，其创始人GregWyler现在是OneWeb的创始人，公司旨在为全球偏远地区（主要是非洲、亚洲和南美等）30亿上网困难或上网昂贵的人口提供高带宽、低成本、低延迟的卫星互联网接入服务。O3b星座系统是目前全球唯一成功运营的中轨道宽带星座卫星通信系统。

O3b公司原计划在赤道上空km中轨（MEO）部署16颗卫星，轨道周期为分钟，为南北维45°以内地区提供可靠服务。O3b方案和概念提出后，得到了SES、Google等大公司的支持，并于年底得到了全额资助。

-年，O3b采用联盟号火箭部署了前三组共12颗卫星，其中首批4颗卫星入轨后发现供电分系统和频率发生器单元发生故障。公司年底又订购了8颗卫星，主承包商均为泰雷兹·阿莱尼亚空间公司，分别在年、年发射升空，完成第一代星座的组网建设工作。据简氏防务报道，前12颗卫星的研制和发射总成本约为12亿美元，年再次融资4.6亿美元用于购买后续8颗卫星。

O3b星座无星间链路，因此实时通信要求在全球多个地点布设地面站。目前，O3b系统已经在全球9个地点部署了地面信关站，分别是夏威夷、美国西南部、秘鲁、巴西、葡萄牙、希腊、中东、澳大利亚西南部、澳大利亚东南部。测控站与部分信关站重叠，例如，美国本土、澳大利亚、希腊、秘鲁等地的信关站与测控站是合二为一的。

O3b用户设备包括0.85m、1.2m、2.4m、4.5m的Ka频段天线，由于需要在通信过程中进行卫星切换，为确保卫星交接过程中业务不中断，需要配置两幅天线（未来相控阵天线实用后使用一副天线即可），每幅天线能够自动捕获、跟踪运动的O3b卫星。目前ComtechEFData、Viasat、Gilat等公司为O3b星座系统开发了宽带信道设备。

年9月1日，O3b公司正式在太平洋、非洲、中东和亚洲地区提供商业服务，可提供大于Mb/s的带宽，延时ms，政府机构和美国军方是其重点用户。O3b把业务分为骨干网、地面移动网干线、能源专业、海事专业和政府专业几大类，针对性的提供不同的速率和服务，不直接为消费者提供服务。目前O3b已经拥有一批客户，以岛屿电信运营商居多，例如东泰米尔电信公司、巴布亚新几内亚数字通信集团、帕劳国家通信公司、诺福克岛电信公司、马达加斯加海湾卫星通信公司等。目前，O3b公司正在积极推广海事卫星通信服务，美国皇家加勒比游轮公司旗下的海上绿洲号和海上诱惑号已经安装了O3b的卫星通信终端，系统测试最高单艘游轮的速率达到Mbit/s，时延仅为ms左右，实现了其所宣称的“光纤的速度、卫星的覆盖”。O3b曾表示，年其收入预计将超过1亿美元，比年翻一番。

年，欧洲卫星公司SES公司收购O3b公司后，由波音卫星系统公司（BSS）研制22颗O3b星座第二代卫星（O3bmPower），预计第二代卫星将于年以后开始发射部署，致力于通过卫星星座实现全球连接。O3b第二代星座具有规模可变能力，初期将由7颗高通量中轨卫星组网，设3万个宽带互联网服务点波束，通信总容量将达10Tb/s。这些新增卫星将会兼用倾斜和赤道轨道，把O3b星座覆盖范围从目前的南北纬50度之间扩展到地球两极，成为一个全球性系统。

如今，O3b星座服务了50个国家的客户，惠及了超过0万最终用户，为6家石油和天然气超级巨头中的4家提供服务，为全球五大邮轮公司中的四家提供卓越的连接体验。O3b证明了NGSO系统的可行性。O3b系统的设计多应用于电信运营商前端，而非直接接入用户，这是O3b与OneWeb等低轨互联网星座的不同之处。

2.3国内外多家企业提出低轨互联网星座计划，部分企业已进入密集部署状态

继O3b星座之后，GregWyler在年创立了OneWeb公司。OneWeb致力于构建一个能够覆盖全球的高速宽带网络，为世界各地提供高速宽带服务，以此消弥不同地区间的数字鸿沟，可以看作是LEO星座2.0时代的引领者。

自OneWeb成立后，多个低轨互联网星座计划相继提出，准备在潜在的巨大市场中分一杯羹。其中包括创业公司LeoSat、SpaceX提出的Starlink、加拿大TeleSat公司提出的TeleSatLEO、亚马逊的Kuiper、航天科工集团的虹云工程、航天科技集团的鸿雁星座、电子科技集团的天地一体化信息网络、银河航天的银河Galaxy等。

低轨互联网星座需要较大的前期投入，创业公司需要拿到足够的融资以度过“死亡谷”阶段，LeoSat计划尚未实施就已经宣告停止运作；OneWeb、SpaceX已拿到了较多融资，但预计仍然有资金缺口，SpaceX已经考虑将Starlink分拆单独IPO；政府的支持也很重要，加拿大Telesat公司已经提前获得了加拿大政府的订单。

2.3.1OneWeb、Starlink已进入大规模星座密集部署期

1、OneWeb

OneWeb于年成立，年获得5亿美元的A轮融资，参与该轮投资的公司包括空中客车（Airbus）、巴帝企业（BhartiEnterprises）、高通、可口可乐、维京集团等，用于关键技术研发；年获得12亿美元的B轮融资，该轮融资由日本软银公司主导，该笔资金用于支持其在佛罗里达州建设一家卫星工厂，包括2条批量自动化生产线，单条生产线具备一天一星的生产能力。年，弗罗里达州的卫星工厂开始批量生产卫星，当年完成C轮融资12.5亿美元，投资方包括软银、高通、卢旺达政府等。

年2月，OneWeb第一组6颗卫星发射升空。年2月7日，OneWeb第二组34颗卫星发射升空，OneWeb表示，这标志着他们开启了年的定期发射行动，第一阶段颗卫星将得到快速部署，后续基本上每个月发射一次，年实现全球服务。这些卫星分布在12个轨道上，每个轨道49颗，累计颗卫星。与此同时，每个轨道上再多留5颗卫星备用，总计颗卫星。OneWeb最终将实现多颗卫星的全球覆盖。

OneWeb卫星每颗重kg，轨道高度为1km，每颗卫星配备2副Ku频段的用户链路天线、2副Ka频段的关口站天线以及2副全向测控天线，单星容量超过8Gbps，星座总容量可达到数Tbps量级。单颗卫星的研制成本原计划低至50万美元，但年年底GregWyler表示，卫星成本有一定程度的超支情况，具体超支数额并未公布，虽然单颗卫星成本上升，但是由于技术提升，每个bps的成本在下降。

OneWeb地面段将部署超过40个关口站，分布于全球范围，单个关口站配置多副口径大于3.5m的天线，可同时服务10余颗卫星。用户段包括固定、舰载、车载和机载等多类型终端，天线尺寸为45cm-1m，包括机械式双抛物面天线、相控阵天线等多种方案，终端数据服务速率可达50-Mbps。OneWeb用户终端由卫星天线、接收器和客户网络交换单元组成，客户网络交换单元将用户终端连接到网络，进而连接到终端用户设备，包括笔记本电脑、智能手机、传感器等。

经测试，OneWeb卫星可提供每秒兆的宽带接入能力和32毫秒的延时，OneWeb首席执行官AdrianSteckel表示：“这和家里的宽带比起来，几乎已经达到同样水准”。

2、Starlink

SpaceX在年提出Starlink计划，拟部署10颗低成本卫星，分别在公里轨道部署颗，在1公里轨道部署颗，最后在公里轨道部署7颗卫星。提出Starlink计划后，SpaceX先后在-年完成了5轮融资（G轮-L轮），共计近30亿美元。SpaceX估值从年的亿美元提升至当前的亿美元。年2月，SpaceX表示要分拆starlink单独IPO。

Starlink计划提出后，SpaceX在华盛顿州雷德蒙市开设了一个新的工厂来研制这些通信卫星。年2月，SpaceX发射了两颗互联网测试卫星，这是SpaceX的全球WiFi覆盖计划的起点。年5月24日，首批60颗starlink卫星发射升空。年11月11日、年1月6日、年1月29日、年2月17日，第二批至第五批starlink卫星发射升空，进入了大规模部署阶段。目前SpaceX已经拥有了颗卫星，年计划进行24次发射任务，发射上千颗卫星。

每颗Starlink卫星重约kg，装有多个高通量相控阵天线和一个太阳能电池组，使用以氪为工质的霍尔推进器提供动力，配备和“龙飞船”相似的星敏感器高精度导航系统。为了避免密集的卫星和太空垃圾发生碰撞，“星链”卫星能够自动跟踪轨道附近的太空碎片并避免碰撞。目前发射的卫星未设置星间链路，但后续卫星可能会增加采用激光通信的星间链路。SpaceX首席执行官埃隆·马斯克和首席运营官格温·肖特维尔表示，每颗卫星的生产和发射成本已经远远低于50万美元，60卫星可提供1Tbps的带宽，即每颗卫星接近17Gbps带宽。

Starlink的目标是年在美国北部和加拿大提供服务，到年迅速扩大到接近全球覆盖人口稠密的世界。

2.3.2国内“虹云”、“鸿雁”、“天象”“银河”相继发射验证星，有望步入大规模部署阶段

1、虹云工程

年，航天科工集团提出“虹云工程”，计划发射颗卫星实现全球组网。中国航天科工方面称，“虹云工程”具备通信、导航和遥感一体化、全球覆盖、系统自主可控的特点，以其极低的通信延时、极高的频率复用率、真正的全球覆盖，可满足中国及国际互联网欠发达地区、规模化用户单元同时共享宽带接入互联网的需求。同时，“虹云工程”也可满足应急通信、传感器数据采集以及工业物联网、无人化设备远程遥控等对信息交互实时性要求较高的应用需求。

年，为大力推进商业航天产业，航天科工二院专门成立了空间工程公司，并着手在武汉国家航天产业基地建设卫星产业园。这个产业园将满足年虹云工程业务试验星的发射需求，支撑年左右整个星座卫星的批量生产。武汉卫星产业园项目已于年4月24日正式开工建设，预计年10月31日具备投产能力。

年12月22日，虹云工程技术验证星自在酒泉卫星发射中心成功发射入轨后，先后完成了不同天气条件、不同业务场景等多种工况下的全部功能与性能测试。体验人员在卫星入境时，关闭4G信号，登陆卫星用户站的WiFi热点，成功实现了网页浏览、

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