“星鏈”計劃未來發展分析

吳超 謝偉（中國長城工業集團有限公司）

2015年1月，馬斯克宣布太空探索技術公司（SpaceX）將開展衛星互聯網寬帶接入項目，即“星鏈”計劃。彼時，SpaceX公司的“獵鷹”（Falcon）火箭和“龍”（Dragon）飛船已經取得了巨大的成功，見證了SpaceX在短時間內將藍圖轉化為產品的高效率。截至2020年5月底，“星鏈”星座已經發射了422顆，并以每月1~2批的發射頻率持續進行星座部署。

1 “星鏈”計劃技術特點

概括的說，“星鏈”星座由分布在340km、550km和約1200km三個軌道面上的約12000顆衛星組成。星座系統的基本參數（數據來源FCC、空間新聞網站、維基百科等）如下。

?衛星質量：227～260kg。

?衛星壽命：5年。

?空間段：分為三期建設，衛星總量約12000顆。I期和II期約4400顆衛星的研制和發射是最優先發展的工作，III期7518顆衛星的部署是未來規劃。

?頻段：Ku、Ka、V頻段和激光。初期僅支持Ku頻段進行衛星與終端和關口站之間的通信，后期結合雙頻段芯片組支持Ka、V頻段通信。激光鏈路用于星間通信。

?波束：I期—半徑940.7km，天線仰角25°；II期—半徑573.5km，天線仰角40°。

?平臺技術：單太陽電池翼，4副相控陣天線，5塊碳化硅激光器件，氪離子推進系統，自主碰撞規避系統等。

“星鏈”星座具有一些明顯的技術特點：①全球無縫覆蓋，接入方便；②時延小；③容量較大；④通過眾多地面站和星間鏈路優化系統的性能和成本。另外，衛星大量采用標準化和商業化部件，單星的可靠性要求低，以便低成本大批量快速生產；星座容錯備份能力強，無需商業保險。

“星鏈”星座建設情況

2 “星鏈”計劃建設情況

在“星鏈”計劃提出后，SpaceX公司曾多次發布該計劃的建設情況及未來規劃。

對“星鏈”計劃建設情況進一步分析，得到以下觀點：

1）若保持近期這樣的高密度發射，“星鏈”計劃應能在2020年或略晚實現I期1584顆衛星的部署目標，并在2020－2021年開始初步運營。

“星鏈”計劃建設完成情況

2）按照FCC規定，“星鏈”計劃到2024年需要完成I期和II期的一半—約2200顆衛星的部署。如果I期建設目標完成，只需要在接下來的4年里部署600顆衛星，這對SpaceX公司而言應該沒有困難。

3）按照FCC規定，“星鏈”計劃到2027年需要完成4485顆衛星部署。這意味著2025－2027年需發射2300顆衛星（每年約13次發射）。但需要注意的是，從2023年開始，前期衛星開始退役，2024年開始進入退役高峰。根據測算，2024年需補發替代星400顆（7次發射），2025年需補發1400顆（26次發射），若進行不停地補星和組網，SpaceX公司的年發射量需要達到40次。長期來看，維持一個4485顆衛星的星座，年均需補星約900顆。在未來幾年全球經濟下滑的背景下，頻繁補星會對資金流形成較大壓力。

另外，III期7512顆衛星的建設目標則更為蹊蹺。I期和II期的衛星規模已經能很好地完成全球覆蓋，可以支持商業運營，再繼續部署衛星帶來的邊際收益并不明顯。而III期的衛星數量幾乎是I期和II期的兩倍，邊際收益和邊際成本的比例很低。III期更像是馬斯克“跑馬圈地”，搶占頻率資源的籌碼。真正的星座數量應該是根據市場情況而漸進調整的，最終會穩定在一個遠小于12000顆的平衡點上。

SpaceX公司曾表示要將衛星造價控制在50萬美元/顆。2020年2月，馬斯克表示“目前衛星成本要比將其送入軌道的成本低”。據此測算，衛星的地面交付成本為60萬～80萬美元，在軌交付的成本在120萬美元以上，成本未來仍有一定的下降空間。但考慮到發射復用技術和衛星生產規模效應帶來的成本優勢已被很好發揮，未來5年的極限成本難以低于100萬美元。由此判斷，完成I期空間段總投資應在20億美元以上，完成II期空間段總投資至少50億美元，完成所有12000顆衛星的部署需要至少120億美元。

在空間段建設的同時，SpaceX公司還需同步進行地面系統建設。SpaceX公司于2019年2月向FCC申報了100萬個地面站和終端的建設運營許可。SpaceX公司很可能把測控站設置在美國本土，關口站選址采取先美國、后境外，邊運營、邊建設的方案，以化解市場風險和資金壓力。

3 “星鏈”計劃的市場和商業模式

“星鏈”計劃一直沒有公布其市場計劃，但公司高層多次對目標用戶和服務定價發表過看法。2019年5月，馬斯克表示，“‘星鏈’計劃不會取代傳統的地面電信網絡”，“將與電信公司達成良好合作，因為它覆蓋到了人口稀少的地區”，“‘星鏈’計劃的目標市場為大型電信公司服務未能覆蓋的地區，如人口密度低的農村和海事、航空市場。這些用戶占總人口的3%左右。”2019年10月，公司另一高層領導表示，“‘星鏈’的月費將定在80美元以下”。馬斯克在Satellite 2020大會上表示“星鏈”未來的收入要達到300億美元。

“星鏈”的典型目標用戶和應用場景大致如下。

偏遠地區的寬帶接入：按照SpaceX公司的估算，這一市場用戶約占總人口的3%。但這一市場并不樂觀：①目前還未接入寬帶的市場往往是最不發達地區。“星鏈”80美元/月的定價和消費能力不符，必須繼續降低價格。②城市化是全球大趨勢，隨著經濟的發展，農村邊遠地區的人口減少不可避免。③即便是偏遠地區，其人口分布也是不均勻的，已有的GEO衛星或HTS衛星的成熟產品可按照人口密度選擇覆蓋，更具成本優勢。

運營商市場：稀路由區域的回程線路（backhaul）業務是傳統衛星與地面網絡融合的典型應用。這一領域GEO運營商的模式成熟，SpaceX公司進入將會面臨激烈競爭。

航空和海事寬帶：航空和海事寬帶是方興未艾的藍海市場。北方天空研究所（NSR）預計到2025年全球機載客艙寬帶接入市場達 46.5 億美元。亞太衛星通信委員會（APSCC）預計2023年全球海事衛星總帶寬需求超過150Gbit/s。航空和海事市場將會成為“星鏈”的主要市場之一。在這一市場，低軌星座以帶寬大、覆蓋廣的特點可望形成競爭優勢。

軍用及政府市場：“星鏈”設有星間鏈路，較少依賴境外關口站，測控站在美國本土。這些技術特點對美國軍方和政府特別具有吸引力。2019年9月－11月，美空軍已利用“星鏈”星座開展了通信試驗。但承載美軍業務將使“星鏈”帶上特別的政治標簽，這會對公司在歐洲、亞洲的政府市場開拓帶來壓力。

車聯網：業界一直對把特斯拉汽車與“星鏈”星座綁定寄予厚望。“星鏈”和物聯網、無人駕駛、智能交通等應用相結合是這一業務的希望所在。但不同于海事和航空通信，車聯網業務要面對更大的地面網絡的競爭。

企業寬帶接入：主要面向石油開采和金融等時延要求高的企業網市場。根據歐洲咨詢公司對近年GEO衛星市場的統計，企業寬帶市場占全部衛星業務收入的5%～10%，可以合理推測該市場對低軌星座的最終成敗不會有重要影響。

其他小眾市場：科考、探險、應急救災、重要網絡備份等。在對“星鏈”生死存亡最重要的2021－2025年里，這些業務難當大任。

本文認為，上述前四類市場對“星鏈”至關重要。總體看，“星鏈”傾向于將自己定位為地面電信網絡的補充，著眼于大型電信公司未服務到的市場，避免與之展開正面競爭。對于航空、海事、農村等新興細分市場，“星鏈”意在成為主要玩家。

在商業模式上，大型電信公司大都采用“電話+寬帶+增值業務”一攬子方案，以硬件免費或低價切入市場，以客戶粘性固化市場，以服務費作為主要利潤來源。本文判斷“星鏈”也將采用這種模式。但是，“星鏈”的終端因技術和產量的原因，成本控制比較困難。如果不能有效降低，將給“星鏈”的運營造成困難。

由于市場、星座和地面系統的成本等信息難以獲取，目前難以預測“星鏈”的經濟狀況。但影響“星鏈”經濟狀況的因素大致如下。

1）折舊。維持一個4485顆、壽命5年的星座，年度折舊成本高達10億美元以上[以每年補網20%（900顆）衛星計]，遠大于15年壽命、2～3顆衛星的HTS運營商。“星鏈”需要大量的用戶才能生存下去。

2）用戶數量。可以對標的企業如衛訊公司（VIASAT），歷經近10年的發展，其2019年的固定寬帶用戶數量是58.6萬。“星鏈”按照全球3%的人口，每個終端服務5人，2025年市場份額10%的假設去估算用戶數量，估計2025年為400萬。事實上，這一數字可能過于樂觀—中國市場可能不會對其開放，印度的人口密度和自然條件并不適合“星鏈”，歐洲沒有市場，美洲已被休斯通信公司（Hughes）和VIASAT公司捷足先登。其最大的市場還是10億人口的非洲和6億人口的東南亞地區。

3）運營成本。NSR統計2017年的GEO運營商的平均稅息折舊及攤銷前利潤（EBITDA）是76%，即運營成本約占收入的24%。就SpaceX公司本身，研發設施建設已經完成；產品已基本定型。研發的繼續投入應該有限。后續主要成本是制造、關口站建設組網、市場開發等成本。作為初創公司，“星鏈”的EBITDA將顯著低于行業平均值。如果不能證明自己的盈利能力，“星鏈”在資本市場的估值和融資可能會面臨困難。

4）終端設備的銷售。對于“星鏈”系統的終端，特別是海事、航空、企業網等業務，設備會采用收費模式。這樣一來，SpaceX公司將具有設備制造商的性質，創造了另外一個收入來源。除了為自己生產設備，SpaceX公司生產部門有可能將制造技術和能力外溢。對設備制造業務的貢獻目前難以估計，但無疑是“星鏈”計劃的重要組成部分。

5）現金流。2020－2025年是“星鏈”計劃投資高峰，特別是衛星補網和組網；地面站的大規模建設；市場開發。與此同時，銷售收入又不會很大，是其生死存亡的關鍵期。屆時，“星鏈”將具有迫切的融資需求。

4 “星鏈”計劃的未來和挑戰

“星鏈”計劃作為眾多低軌互聯網項目的佼佼者，是目前最接近成功的一家。即便如此，本文對其發展前景仍持謹慎態度。

新冠疫情很可能使全球經濟未來幾年陷入衰退。中美兩國近期的爭執使經濟全球化的前景略顯暗淡。一個覆蓋全球的衛星星座是否能順利融資、建設、運營、盈利，在很大程度上依賴各國的良好合作和全球經濟的穩定發展。

“星鏈”成本負擔較重，這源于龐大的星座規模、較短的在軌壽命。全球覆蓋既是技術上的優勢，也意味著商業上的低效和浪費。而目前HTS衛星公司已經提出了容量更大，造價更低、壽命更長的方案，二者的成本可能相差10倍以上。

偏遠、欠發達國家的市場消費能力有限，長期看呈萎縮趨勢。“星鏈”要想5年內達到30億美元的銷售目標至少需要500萬用戶（以5年后50美元/月定價計）。“銥”星歷經20年發展，2019年的商業用戶數為120萬；而在美洲發展多年的Viasat公司用戶不到60萬，對比一下即可知道5年內達成這一目標的難度。

其他國家政府向“星鏈”開放市場時可能會心存疑慮。若傳輸的信息通過星間鏈路傳回美國關口站，將會使他國無法控制跨政府間信息交換的風險。

“星鏈”計劃的商業模式和盈利模式不清晰。目前為止，SpaceX公司一直無法給出清晰的商業模式來覆蓋上百億美元的成本支出，而支撐“星鏈”計劃建設的是融資及SpaceX公司的其他業務收入。不可否認，“星鏈”擁有先進的技術、高效的執行力以及鼓舞人心的情懷與夢想，然而擁有這些并不一定獲得商業上的成功。

近年來，眾多低軌互聯網星座項目紛紛出臺，資本市場及輿論對其亦十分熱捧。這時，或許更應該保持一顆冷靜之心，仔細辨別項目風險。