淺談低軌寬帶星座建設(shè)與運(yùn)營(yíng)

何善寶，正弦空間創(chuàng)始人，正弦協(xié)會(huì)首席服務(wù)生，東南大學(xué)博士，原中國(guó)空間技術(shù)研究院研究員、原北斗三號(hào)衛(wèi)星主任設(shè)計(jì)師，自2014年起逐步成為中國(guó)商業(yè)航天實(shí)施途徑的積極思考者與實(shí)踐者。

低軌寬帶星座在國(guó)內(nèi)國(guó)外均是商業(yè)航天領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，更是各類公司競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。國(guó)外有一網(wǎng)公司（ONEWEB）、美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）、加拿大電信衛(wèi)星公司（TeleSat）、低軌衛(wèi)星公司（LEOSat）等，國(guó)內(nèi)有中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司的“鴻雁”、中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司的“虹云”、中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司的“天地一體化網(wǎng)絡(luò)”，以及銀河航天科技有限公司的低軌寬帶星座等。很多人對(duì)低軌寬帶星座的需求與是否有足夠的市場(chǎng)心存憂慮，今天告訴你不用擔(dān)心。

1 市場(chǎng)需求在何方？

低軌寬帶星座的用戶從類型上可以這樣劃分：軍事用戶、政府用戶、行業(yè)用戶和個(gè)人用戶。首先是軍事用戶，作為一個(gè)全球第二大經(jīng)濟(jì)體，中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)良性發(fā)展，必須有一個(gè)與之相稱的全球軍事實(shí)力存在，來保障國(guó)民合法的商業(yè)行為；軍事用戶也包括與中國(guó)沒有利益競(jìng)爭(zhēng)與沖突關(guān)系的其他國(guó)家的軍事用戶，比如“一帶一路”沿線的很多國(guó)家等。第二類用戶就是政府用戶，隨著國(guó)際間經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的頻繁發(fā)生，各國(guó)政府之間的雙邊或多邊會(huì)談將可以由效率較低的線下活動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾瘦^高的衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡(luò)線上進(jìn)行，主要考慮的是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的安全等級(jí)較高；政府用戶還包括一國(guó)政府內(nèi)部各個(gè)組織部門之間的高安全等級(jí)的通信保障。第三類用戶是行業(yè)用戶，這類用戶數(shù)量比前兩者要大的多，涉及到各個(gè)國(guó)家很多行業(yè)，尤其是跨國(guó)跨地區(qū)的行業(yè)，比如金融、石油、電力、交通、航空、航海、電信、媒體和互聯(lián)網(wǎng)公司等。第四類是個(gè)人用戶，主要是面向全球30億還不能上互聯(lián)網(wǎng)的人群，但高附加值個(gè)人用戶是這30億人之外的那些人，只是在特殊時(shí)間段內(nèi)無法上網(wǎng)，比如開著山地車、駕駛著私家飛機(jī)和私人游艇的時(shí)候。

從市場(chǎng)份額來看，第四類用戶每人每年繳納100元人民幣的網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用（遠(yuǎn)低于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)），即有3000億元人民幣市場(chǎng)。行業(yè)用戶假設(shè)先突破全球5.3萬家較大的跨國(guó)公司的45萬家子公司，每家子公司每年保障信息安全傳輸平均支付67萬人民幣，即有3000億元人民幣市場(chǎng)規(guī)模。軍事用戶和政府用戶市場(chǎng)不好評(píng)估但肯定是具有支付能力的用戶，假設(shè)兩者之和只有行業(yè)用戶和個(gè)人用戶的1/20，即300億元人民幣。因此，總的計(jì)算下來預(yù)估有6300億元人民幣市場(chǎng)規(guī)模，更不要考慮基于此星座造成的未來互聯(lián)網(wǎng)公司的龐大產(chǎn)值了。考慮到全球多個(gè)星座的競(jìng)爭(zhēng)，某星座只占到10%的市場(chǎng)份額，還有630億元人民幣的年?duì)I業(yè)收入。

低軌寬帶星座必然是一個(gè)全球市場(chǎng)，不能簡(jiǎn)單看國(guó)內(nèi)有沒有商業(yè)市場(chǎng)需求，它不僅有商業(yè)市場(chǎng)還有國(guó)家戰(zhàn)略考量。第一，作為全球大國(guó)，我們的衛(wèi)星應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展嚴(yán)重脫節(jié)，甚至拖了后踢，不僅造成了我們自己的海外人員與力量沒有信息安全保障，而且我們國(guó)力上升后的文化輸出和價(jià)值觀輸出缺乏有效通道；第二，地面移動(dòng)通信信號(hào)覆蓋地表幾十米高的空間，無法覆蓋海洋、絕大部分低空，以及高原沙漠等區(qū)域，對(duì)于國(guó)內(nèi)低空開放、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化等都造成了瓶頸制約，嚴(yán)重影響了我國(guó)具有龐大規(guī)模的無人機(jī)市場(chǎng)和物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)；第三，“一帶一路”與全球化戰(zhàn)略，不是光靠賣物品和輸出勞動(dòng)力就可以的，即使賣導(dǎo)彈還要靠天基信息支持與保障，更不要說電力系統(tǒng)等民用服務(wù)或產(chǎn)品的輸出需要信息保障了，民用/軍民產(chǎn)品的體系化銷售與輸出均離不開自主可控的全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)支撐。

2 建設(shè)運(yùn)營(yíng)如何搞？

既然中國(guó)必須要建低軌寬帶星座，那該采取什么星座方案、什么建設(shè)模式和怎樣的運(yùn)營(yíng)模式呢？以下僅為個(gè)人觀點(diǎn)，供相關(guān)單位和個(gè)人參考。

低軌寬帶星座有3種星座方案：①透明轉(zhuǎn)發(fā)式，全部的衛(wèi)星均沒有星間鏈路載荷；②部分衛(wèi)星有星間鏈路載荷；③全部的衛(wèi)星均有星間鏈路。很顯然，第一種方案衛(wèi)星最為簡(jiǎn)單，需要全球地面稀疏地布設(shè)數(shù)十個(gè)關(guān)口站，關(guān)口站之間利用高速光纖進(jìn)行通信，每顆衛(wèi)星任何時(shí)刻均可以與至少一個(gè)地面關(guān)口站建立星地鏈路，衛(wèi)星相當(dāng)于地面網(wǎng)絡(luò)的支線為其覆蓋范圍內(nèi)的集體用戶提供互聯(lián)網(wǎng)或通信服務(wù)；集體用戶終端一般是車載、船載、機(jī)載或固定安裝的，除了與衛(wèi)星建鏈外，還要利用WIFI或移動(dòng)通信頻率提供其附近的個(gè)人用戶（普通智能手機(jī)、筆記本或PAD等）互聯(lián)網(wǎng)或通信服務(wù)；衛(wèi)星質(zhì)量預(yù)計(jì)在150千克量級(jí)，比較合適。第三種方案衛(wèi)星最為復(fù)雜，整個(gè)星座系統(tǒng)的造價(jià)也最為高昂，但是無需在全球布設(shè)關(guān)口站，信息內(nèi)容在國(guó)內(nèi)自主可控，從國(guó)情上講最符合中國(guó)國(guó)情；一般選擇每顆衛(wèi)星4條星間鏈路，激光鏈路、Ka頻段鏈路還是V頻段鏈路，從高速通信需求和國(guó)內(nèi)研制基礎(chǔ)來看，選擇激光星間鏈路，衛(wèi)星質(zhì)量預(yù)計(jì)在250～300千克量級(jí)比較合適。第二種方案是第一種與第三種方案的折中，將寬帶業(yè)務(wù)分離，信息安全等級(jí)較高的業(yè)務(wù)走具有星間鏈路載荷的部分衛(wèi)星，這部分衛(wèi)星是整個(gè)星座的一個(gè)子集，其他商用為主的信息內(nèi)容走星座系統(tǒng)的所有衛(wèi)星均可，該方案需要地面布設(shè)數(shù)十個(gè)關(guān)口站，整個(gè)系統(tǒng)造價(jià)也是介于兩者之間。按照750顆左右的星座規(guī)模、單星設(shè)計(jì)壽命5年計(jì)算，粗略估計(jì)3個(gè)方案的造價(jià)分別在600億元、800億元和1000億元人民幣左右，包括地面站、衛(wèi)星研制和火箭費(fèi)用，不含運(yùn)營(yíng)成本。組網(wǎng)成功后，要維持星座運(yùn)營(yíng)不停發(fā)射補(bǔ)網(wǎng)衛(wèi)星，3個(gè)方案平均每年的硬投入成本分別在100億元、140億元和160億元人民幣左右。

鑒于無論采取哪種方案，星座建設(shè)成本都特別巨大，我國(guó)應(yīng)該匯聚各大國(guó)企和民企的各自優(yōu)勢(shì)，在政府部門的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，建設(shè)一個(gè)統(tǒng)一體制的低軌寬帶星座。具體措施建議如下：

1）組建一個(gè)由地面運(yùn)營(yíng)商為主、其他各相關(guān)方參股的混合所有制公司，對(duì)星座進(jìn)行運(yùn)營(yíng)管理，該運(yùn)營(yíng)商要結(jié)合其地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)施天地一體化運(yùn)營(yíng)，參與到國(guó)際寬帶市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中去。

2）星座運(yùn)營(yíng)商牽頭確定衛(wèi)星研制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，星座中的衛(wèi)星研制向全社會(huì)開放，無論國(guó)企、研究院還是民企，均有機(jī)會(huì)參與到星座建設(shè)中。

3）各衛(wèi)星研制方自籌經(jīng)費(fèi)，按照在軌交付的衛(wèi)星數(shù)量、功能性能及其成本評(píng)估，作為其參與到運(yùn)營(yíng)公司占有股權(quán)的依據(jù)。

4）地面移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商也要自籌經(jīng)費(fèi)獲得相應(yīng)的股權(quán)比例。

5）政府投入的經(jīng)費(fèi)按照相應(yīng)的比例后補(bǔ)給各衛(wèi)星研制單位（含民企），可以采取在軌交付一批補(bǔ)一批的形式。

6）地面站與集體用戶終端研制向全社會(huì)開放，吸收優(yōu)勢(shì)單位加盟，通過公開測(cè)試評(píng)估擇優(yōu)選用，明確地面設(shè)備研制方不參與到星座運(yùn)營(yíng)中。

7）衛(wèi)星發(fā)射需要的運(yùn)載火箭，面向國(guó)內(nèi)國(guó)企/民企開放，并大力扶持民企，促進(jìn)軍民結(jié)合長(zhǎng)足發(fā)展。

總之，作為一個(gè)大投入的星座項(xiàng)目，低軌寬帶星座需要設(shè)計(jì)一種能夠建成的模式，而不是在觀望猶豫坐等國(guó)外同類星座系統(tǒng)進(jìn)入中國(guó)。本文提到的辦法可能會(huì)過于理想化，實(shí)際操作難度確實(shí)很大，但這種辦法可以促進(jìn)各類企業(yè)的積極性和創(chuàng)造性，又能以此項(xiàng)目帶動(dòng)軍民結(jié)合發(fā)展。希望我的建議能夠起到拋磚引玉的作用，最后經(jīng)過國(guó)內(nèi)相關(guān)部門、企業(yè)和個(gè)人的深入討論，找到一條更好的道路。