学院来信786:星链

卫星通信战略及经济意义重大,发展中国“星链”必要且紧急。

                   

一、卫星通信是地面通信的补充。

从需求端来看,卫星通信可解决地面通信覆盖不足等问题,地面通信难以实现全球人口覆盖。比如在沙漠、山区等偏远地区,传统地面通信铺设技术难度大,运营成本高。

从供给端来看,地球上超过70%的空间,涉及30亿人口未能实现互联网覆盖。甚至在发达国家,互联网也未能实现全面覆盖,比如美国仍有约4640万人未使用互联网。

                                     

二、卫星通信的重要意义。

在产业层面,对远洋航行的船舶而言,即时通信可满足船载设备、科考设备等的数据交换需求。随着物联网、智能船舶解决方案的发展,卫星网络可以联通行驶中的船舶与岸端数据中心,实现能效优化、工况监测等提高运营效率、降低运营成本的应用。

在国家层面,卫星通信具有极其重要的战略意义。在发生地震、洪水等灾害的情况下,地面通信通常会被破坏,灾区往往难以和外界取得联系,大大增加了救灾难度。稳定的灾难应急通信将尽可能减小经济损失和社会损失。同样,军事冲突也会导致地面通信被摧毁,相较于地面通信,卫星通信更不容易受到灾害和军事冲突影响。比如,俄乌冲突中,俄罗斯摧毁中断了乌克兰的地面通信服务,但Starlink很快为乌克兰开通了星链服务,帮乌克兰实现了对外联系。

            

三、发射成本与频率资源。

随着全球星网逐渐覆盖及成本下降,卫星通信将迎来普及。在Starlink的推动下,到2030年全球卫星互联网市场规模将突破400亿美元。SpaceX的星链计划大大刺激了全球卫星互联网业务的发展,目前Starlink的发射卫星数量已超过2800颗。

①发射成本。1970年到2000年,卫星发射成本约从18500美元/kg下降到了约2720美元/kg,将卫星送入轨道的成本降低了85%左右。与此同时,卫星重量也在下降,90年代末的卫星每颗重达689kg,如今Space X的卫星仅为250gk左右。

②频率资源。卫星频率及低轨资源是十分稀缺的,由于卫星频率及轨道使用权采用“先到先得”原则。ITU(国际电信联盟)统一管理全球卫星频轨资源,任何企业要想获得频轨资源,都必须经由该国电信主管部门向ITU申请,完成登记后才能得到国际承认和保护。

按照距地球远近,可以把轨道分为低轨、中轨和高轨。高、中轨通信时延较长,难以满足日常互联网宽带业务需求,更适合用于卫星电视、定位导航。低轨道卫星一般位于地球表面范围300-2000km,传输延时小、应用场景丰富,最适合用于宽带通信。

                 

四、太空圈地运动。

SpaceX的Starlink(星链计划)目标在2027年发射约1.2万颗卫星(目前已完成超2800颗)。其他国外巨头也在积极布局低轨通信卫星业务。截至2020年,全球中轨、低轨卫星通信星座数量共计达到39个,共涉及至少12个国家32家企业,计划发射超过3.4万颗卫星。低轨最多只能容纳6万颗卫星,到2029年,地球近地轨道将总计部署约5.7万颗低轨卫星,若目前已获批准的通信星座全数建设完毕,地球低轨的有效资源将所剩无几。

                              
五、运营效益。

以Starlink为例,SpaceX提出的低轨卫星互联网星座,计划向距离地表300-600km的区域内发射11926颗卫星。目前Starlink 在轨卫星数量约2800颗,其基础套餐为99美元/月,上行速率50-250Mbps、下行速度10-20Mbps,延迟20-40ms,此外用户还需要支付499美元的硬件成本。

目前SpaceX单颗卫星发射成本约为60万美元,造价约50万美元,卫星系统总成本为132.97亿美元。按照地面网络设备与卫星制造及发射占产业链的比重计算,地面系统总成本为109.34亿美元;若天基按5年折旧,地面设备按10年折旧,其他运维成本为6.25亿美元/年,Starlink每年总成本约为43.77亿美元。在每月套餐价格为99元的情况下,未来只需744万用户即可实现盈亏平衡。

       

六、中国星链计划。

我国低轨通信卫星事业发展相对缓慢,但进入2020年后有加速趋势。航天科工集团“虹云计划”的首颗技术验证星成功发射,并首次将毫米波相控阵技术应用于低轨宽带通信卫星。银河航天提出的“银河 Galaxy”是国内规模最大的卫星星座计划,计划到2025年前发射约1000 颗卫星。首颗试验星已于2020 年1 月发射成功,通信能力达10Gbps,成为我国通信能力最强的低轨宽带卫星。

2020年9月,一家代号为“GW”的中国公司,向国际电信联盟(ITU)递交了频谱分配档案。档案中包括两个名为GW-A59和GW-2的宽带星座计划,其计划发射的卫星总数量达到12992颗。若计划得以实施,我们将占据全球20%以上的低轨资源。

                     

七、结语。

卫星通信战略及经济意义重大,由于ITU采用“先到先得”原则,因此低轨的频率资源争夺激烈。到2029年,这块资源基本将被瓜分完。加速中国“星链”的发展,无论是对航海、航空、航天产业的发展,还是对抢险、救灾、战争而言,都十分重要。

           

祝大家生活愉快。

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