國外衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究

彭健 滕學(xué)強(qiáng) 周鈺哲

未來，全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)商業(yè)化程度將不斷提高，衛(wèi)星通信系統(tǒng)向微小化趨勢發(fā)展，衛(wèi)星通信仍以衛(wèi)星廣播和固定類業(yè)務(wù)為主，衛(wèi)星移動和寬帶類業(yè)務(wù)將增長迅速。

衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋衛(wèi)星制造、發(fā)射服務(wù)、地面設(shè)備制造、運(yùn)營與服務(wù)等環(huán)節(jié)。2018年，全球航天產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到4000億美元，其中衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過3000億美元，衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模約為1200億美元。美國、中國和歐洲國家的傳統(tǒng)航天企業(yè)借助云平臺、大數(shù)據(jù)、天地一體化、物聯(lián)網(wǎng)、5G等新技術(shù)快速發(fā)展精細(xì)化、個(gè)性化的衛(wèi)星通信服務(wù);一大批新興商業(yè)航天企業(yè)及服務(wù)也迅速涌現(xiàn)。

未來，全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)商業(yè)化程度將不斷提高，衛(wèi)星通信系統(tǒng)向微小化趨勢發(fā)展，衛(wèi)星通信仍以衛(wèi)星廣播和固定類業(yè)務(wù)為主，衛(wèi)星移動和寬帶類業(yè)務(wù)將增長迅速。預(yù)計(jì)2020年，全球衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器出租容量將達(dá)到700GHz;全球微小衛(wèi)星市場規(guī)模將達(dá)到60億美元，2025年全球微小衛(wèi)星數(shù)量市場規(guī)?？蛇_(dá)200億美元。

國際衛(wèi)星通信發(fā)展新特點(diǎn)

近年來，隨著衛(wèi)星寬帶成本的下降和衛(wèi)星通信技術(shù)的進(jìn)步，在高通量衛(wèi)星帶寬巨大需求的刺激下，國內(nèi)外掀起了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座發(fā)展的熱潮，衛(wèi)星通信進(jìn)入到一個(gè)新的發(fā)展階段，呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：

一是各國紛紛將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)上升為國家戰(zhàn)略。美國政府提出了加快陸地移動通信與衛(wèi)星通信無縫銜接，推動空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的構(gòu)想，并于2016年宣布投資5000萬美元的創(chuàng)新基金用于推動小衛(wèi)星發(fā)展。澳大利亞于2016年12月發(fā)布“超高速寬帶基礎(chǔ)設(shè)施”立法草案，明確提出要為衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡(luò)提供長期資金支持。英國于2017年初發(fā)布《衛(wèi)星和空間科學(xué)領(lǐng)域空間頻譜戰(zhàn)略報(bào)告》，計(jì)劃進(jìn)一步放寬非同步軌道衛(wèi)星的頻譜使用。俄羅斯、新西蘭、智利等國陸續(xù)發(fā)布向國內(nèi)偏遠(yuǎn)地區(qū)、遠(yuǎn)離陸地的島嶼提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)覆蓋的計(jì)劃。

二是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)投入成本隨著技術(shù)進(jìn)步明顯下降。小衛(wèi)星通常指重量在500kg 以下的衛(wèi)星。與大衛(wèi)星相比，小衛(wèi)星具有明顯的成本低、研發(fā)期短、風(fēng)險(xiǎn)小、發(fā)射快、延時(shí)低、技術(shù)新等優(yōu)點(diǎn)。近幾年，小衛(wèi)星在技術(shù)和商業(yè)模式創(chuàng)新的雙重推動下，呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢，面向大眾的消費(fèi)級應(yīng)用市場逐漸成為新的增長方式。據(jù)測算，到2021年全球納米衛(wèi)星市場將達(dá)63.5億美元。One Web、Space X、Facebook、波音等巨頭的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃都是以小衛(wèi)星為載體，選擇距離地球數(shù)百公里至2000公里以內(nèi)的低軌道。

三是頻率和軌道資源的國際爭奪戰(zhàn)愈演愈烈。在美、俄等航天強(qiáng)國的推動下，國際規(guī)則中衛(wèi)星頻率和軌道資源的主要分配形式為“先申報(bào)就可優(yōu)先使用”的搶占方式，日益增長的需求使得衛(wèi)星頻率軌道資源爭奪白熱化。軌道資源方面，地球同步軌道有效軌位資源非常緊張，各國紛紛將目標(biāo)瞄準(zhǔn)低軌道，預(yù)計(jì)該軌道內(nèi)衛(wèi)星數(shù)量會快速增長;頻率資源方面，C頻段和Ku頻段資源緊張，通信衛(wèi)星向高頻段發(fā)展的趨勢明顯，目前Ka頻段是國際上大多數(shù)高通量衛(wèi)星的首選，而Q/V頻段同樣有巨頭提前布局。

四是現(xiàn)階段衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)及運(yùn)營模式更加合理。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展了近30年，主要經(jīng)歷了三個(gè)階段（圖2）。從2014年開始，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入到第三階段，該階段以星鏈（Starlink）、One Web等計(jì)劃為代表，定位于與地面通信形成互補(bǔ)融合的無縫通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)階段衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與地面通信系統(tǒng)二者之間更多的是互補(bǔ)與合作，發(fā)展空間巨大。從人群來看，世界上尚有超過一半的人口無法使用互聯(lián)網(wǎng)，潛在用戶眾多;從萬物互聯(lián)來看，地面上偏遠(yuǎn)山區(qū)、大漠戈壁等部分區(qū)域如今依舊是通信盲區(qū)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)低成本、廣覆蓋優(yōu)勢巨大;從應(yīng)用場景來看，隨著太空旅行等人類探索太空步伐的加快，星際間通信需求不可或缺，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)有能力提供解決方案。

衛(wèi)星通信從“能用”到“好用”的發(fā)展，一方面要立足衛(wèi)星通信“全球覆蓋”的獨(dú)特優(yōu)勢，深耕通信、航海、航天、應(yīng)急救援等垂直行業(yè)，進(jìn)一步擴(kuò)大在行業(yè)市場的優(yōu)勢。另一方面需要大力發(fā)展大容量、高速率的高通量衛(wèi)星和低軌寬帶星座，降低應(yīng)用成本，拓寬互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場。此外，衛(wèi)星通信要充分發(fā)揮大覆蓋、靈活性高等優(yōu)勢，與地面通信互補(bǔ)融合發(fā)展，協(xié)同打造覆蓋空、天、地、海多維空間的泛在網(wǎng)絡(luò)。

國外衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

2018年，各國低軌道星座衛(wèi)星、高通量衛(wèi)星、物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星等新應(yīng)用新業(yè)態(tài)競相發(fā)展。從國別來看，美國衛(wèi)星技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展遙遙領(lǐng)先，在軌衛(wèi)星占全球半壁江山;歐洲國家大力整合資源，推動泛歐衛(wèi)星通信的發(fā)展;俄羅斯保持傳統(tǒng)衛(wèi)星優(yōu)勢，大力拓展新市場;日本通信衛(wèi)星發(fā)展取得新突破，力爭進(jìn)入第一梯隊(duì)。從軌道來看，地球靜止軌道衛(wèi)星發(fā)展已過高峰期，而低軌衛(wèi)星發(fā)展正突飛猛進(jìn)。

（一）美國

完備的法規(guī)體系為衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定基石

美國衛(wèi)星通信法規(guī)發(fā)展最早最成熟。自從1958年《國家航空航天法》以來，為規(guī)范和鼓勵(lì)商業(yè)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展，美國又相繼出臺了《通信衛(wèi)星法案》《軌道法案》等單行法律。在發(fā)射領(lǐng)域，頒布了《商業(yè)空間發(fā)射法》《商業(yè)空間法》《發(fā)射服務(wù)購買法》《商業(yè)航天發(fā)射競爭力法》《鼓勵(lì)私營航空航天競爭力與創(chuàng)業(yè)法》等單行法律，有力規(guī)范和促進(jìn)私營企業(yè)參與衛(wèi)星發(fā)射活動。

政府一貫重視衛(wèi)星相關(guān)政策制定

自20世紀(jì)50年代開始，歷屆美國政府都會出臺新的國家航天政策。特朗普政府執(zhí)政以來，重建了美國國家航天委員會，首次制定《國家航天戰(zhàn)略》，先后四次簽發(fā)總統(tǒng)航天政策令，進(jìn)一步加強(qiáng)了對航天產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)和支持。

通信衛(wèi)星技術(shù)和應(yīng)用全球領(lǐng)先

軍事衛(wèi)星方面，美國軍用衛(wèi)星型號齊全技術(shù)先進(jìn)。美國軍用通信衛(wèi)星主要分為寬帶、窄帶和受保護(hù)三類。寬帶衛(wèi)星方面，美國先后開發(fā)了3代“國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)”（DSCS）衛(wèi)星。目前，美國正在使用“寬帶全球衛(wèi)星通信”（WGS）衛(wèi)星替換“國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)”衛(wèi)星，已發(fā)射10顆WGS衛(wèi)星，基本建設(shè)完成。在受保護(hù)衛(wèi)星方面，美國開發(fā)了“軍事星”系列衛(wèi)星。從2010年起美國又開始用“先進(jìn)極高頻”替換“軍事星”，目前已經(jīng)成功發(fā)射4顆。窄帶通信系統(tǒng)方面，美國先后開發(fā)了“艦隊(duì)通信衛(wèi)星”“租賃衛(wèi)星”和“特高頻后繼星”系列衛(wèi)星。從2012年起，進(jìn)一步使用MUOS系統(tǒng)衛(wèi)星替換特高頻后繼星。

低軌衛(wèi)星方面，美國是世界上唯一運(yùn)行商業(yè)低軌衛(wèi)星通信星座的國家。“銥星”系統(tǒng)是世界首個(gè)投入使用的大型低軌通信衛(wèi)星系統(tǒng)。2017年開始發(fā)射的“下一代銥星”（Iridium NEXT），提升了數(shù)據(jù)傳輸速度并增加了話音服務(wù)、企業(yè)數(shù)據(jù)、設(shè)備跟蹤以及機(jī)器到機(jī)器的應(yīng)用等服務(wù)。截止到2018年年底已成功完成7批次新一代衛(wèi)星的發(fā)射部署，整個(gè)系統(tǒng)的更新?lián)Q代即將完成。

高通量衛(wèi)星方面，擁有目前在軌運(yùn)行的單星數(shù)據(jù)容量最大的衛(wèi)星系統(tǒng)。高通量衛(wèi)星（HTS）是指使用相同帶寬的頻率資源情況下數(shù)據(jù)傳輸量可達(dá)傳統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)倍甚至數(shù)十倍的新一代通信衛(wèi)星，是通信衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的重大革新。大容量、廣覆蓋、安全可靠等成為新一代系統(tǒng)的重要能力指標(biāo)。美國衛(wèi)訊公司發(fā)射的第二代高通量衛(wèi)星ViaSat-2最大容量達(dá)300Gbit/s，是目前在軌運(yùn)行的單星數(shù)據(jù)容量最大的衛(wèi)星系統(tǒng)。正開發(fā)的ViaSat-3系統(tǒng)容量預(yù)計(jì)將達(dá)1Tbps以上，并將采用新技術(shù)將實(shí)現(xiàn)容量動態(tài)分配。

衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模世界第一

衛(wèi)星制造方面，美國遙遙領(lǐng)先全球其他國家。據(jù)美國衛(wèi)星工業(yè)協(xié)會（SIA）《2018年衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)狀況報(bào)告》，2017年美國衛(wèi)星制造產(chǎn)業(yè)收入88億美元，全球占比約57%;其他國家總計(jì)67億美元，占比約43%。衛(wèi)星發(fā)射業(yè)務(wù)方面，2018年，全球共發(fā)射通信衛(wèi)星77顆。其中，美國發(fā)射通信衛(wèi)星41顆，占全球年度發(fā)射通信衛(wèi)星數(shù)量的53%。2017年，全球衛(wèi)星發(fā)射業(yè)務(wù)收入46億美元，美國商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射業(yè)務(wù)收入18億美元，全球占比39%。衛(wèi)星服務(wù)業(yè)務(wù)方面，截至2018年年底，美國付費(fèi)衛(wèi)星電視用戶規(guī)模達(dá)2912.7萬戶，衛(wèi)星電視收入達(dá)395.8億美元，約占全球衛(wèi)星電視收入的40%。

商業(yè)航天位于全球核心地位

進(jìn)入新世紀(jì)，美國的商業(yè)航天在整個(gè)航天產(chǎn)業(yè)中所占的份額變得越來越大，這是過去一直以政府為主導(dǎo)的美國航天發(fā)展過程中的新趨勢。2012年5月，SpaceX成功發(fā)射了一枚兩級火箭，將一艘名為龍飛船的太空飛船送向國際空間站，開啟了太空私營化的新時(shí)代。2018年2月，SpaceX設(shè)計(jì)制造的目前全世界運(yùn)載能力最強(qiáng)的可重復(fù)利用的“獵鷹重型”火箭成功發(fā)射，標(biāo)志著商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)已位于全球航天經(jīng)濟(jì)的核心地位。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃進(jìn)入部署階段

目前提出衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃的既有波音、O3b、Telesat、ViaSat等老牌企業(yè)，也有OneWeb、SpaceX、Theia、Audacy等新興科技公司。O3b星座系統(tǒng)是目前全球唯一一個(gè)成功投入商業(yè)運(yùn)營的中地球軌道（MEO）衛(wèi)星通信系統(tǒng)。2017年，OneWeb成為第一家獲得FCC準(zhǔn)入許可的低軌星座公司。2019年2月。OneWeb旗下首批6顆星座衛(wèi)星發(fā)射升空，太空互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃進(jìn)入部署階段。SpaceX的Starlink星座項(xiàng)目規(guī)模龐大。該公司計(jì)劃發(fā)射約12000顆小衛(wèi)星建設(shè)兩個(gè)太空互聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)接入速度在延遲上將不輸于甚至優(yōu)于光纖網(wǎng)絡(luò)。2018年SpaceX同樣獲得FCC低軌道衛(wèi)星通信網(wǎng)準(zhǔn)入許可，并發(fā)射了兩顆測試衛(wèi)星。此外，波音公司提出了規(guī)模近3000顆衛(wèi)星的星座計(jì)劃，亞馬遜提出3200多顆低軌衛(wèi)星計(jì)劃，LeoSat MA公司提出80顆衛(wèi)星的低軌星座計(jì)劃。

（二）歐盟

政策積極推動泛歐衛(wèi)星通信服務(wù)

早在2008年，歐盟就正式啟動泛歐衛(wèi)星移動通信服務(wù)審批程序，簡化流程在全歐盟范圍內(nèi)開展衛(wèi)星移動通信服務(wù)。2011年，歐盟委員會明確提出整合各成員國的資源，從歐盟層面大力發(fā)展泛歐衛(wèi)星移動通信。2016年歐盟委員會出臺的《歐洲航天戰(zhàn)略》強(qiáng)調(diào)推進(jìn)歐洲航天一體化。為落實(shí)歐洲航天戰(zhàn)略，2018年發(fā)布的歐盟2021至2027年度長期預(yù)算提案中，提出歐洲太空計(jì)劃，要求確保高質(zhì)量、最新和安全的太空相關(guān)數(shù)據(jù)和服務(wù)，為商業(yè)化提供更多便利支持。

通信衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)體系完備

火箭研制方面，由法國提議并由歐洲航天局（歐空局）組織實(shí)施和研制的阿麗亞娜火箭系列至今已研制成功5種型號。阿麗亞娜火箭在國際航天市場擁有重要地位，占據(jù)世界商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射業(yè)務(wù)的大約五成份額。衛(wèi)星研制方面，歐洲已形成完備的系列平臺體系。Eurostar-3000與空間客車-4000系列均面向3-6噸的中大型GEO衛(wèi)星市場，“阿爾法平臺”則側(cè)重于6噸以上的超大型通信衛(wèi)星。3噸以下平臺方面，2017年歐洲自主研發(fā)的Small GEO平臺正式啟用，填補(bǔ)了模塊化設(shè)計(jì)保證其可以滿足多種任務(wù)的需求，Small GEO平臺的啟用將使歐洲通信衛(wèi)星研制能力的布局完整化。英國薩瑞衛(wèi)星技術(shù)公司 （SSTL） 也將于2019年發(fā)射歐洲通信衛(wèi)星公司的“量子” （Quantum） 衛(wèi)星上正式啟用其“地球靜止小型衛(wèi)星平臺” （GMPT） ，同樣面向小型GEO通信衛(wèi)星。

積極參與國際市場合作

開展國際合作是歐洲空間政策的核心內(nèi)容之一。歐洲航天產(chǎn)業(yè)中，占總產(chǎn)值四成以上的產(chǎn)品和服務(wù)是為境外市場提供的，因而歐盟一向?qū)H市場高度重視。歐空局和法、德等國家不但與美國、俄羅斯和日本等傳統(tǒng)的航天國家合作，還積極與新興的航天國家和發(fā)展中國家開展合作。歐空局、歐委會和俄羅斯聯(lián)邦航天局三方共同組建了太空對話指導(dǎo)委員會，并建立了包括衛(wèi)星通信在內(nèi)的7個(gè)工作組。2018年12月，印度最新的高通量通信衛(wèi)星Gsat-11在法屬圭亞那發(fā)射升空。2011年10月，中國首次為歐洲衛(wèi)星運(yùn)營商提供發(fā)射服務(wù)。2018年1月，歐洲通信衛(wèi)星公司（Eutelsat）與中國聯(lián)通簽訂合作諒解備忘錄，共同開拓亞太地區(qū)增長迅速的商用衛(wèi)星通信市場。

大力推進(jìn)衛(wèi)星通信和5G星地融合

歐盟積極推動衛(wèi)星業(yè)界參與5G標(biāo)準(zhǔn)制定與協(xié)同發(fā)展。在歐盟委員會、歐洲航天局等機(jī)構(gòu)倡導(dǎo)下，歐洲成立了SaT5G、SATis5等多個(gè)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織，共同推進(jìn)衛(wèi)星與5G聯(lián)合應(yīng)用。2018年，歐洲衛(wèi)星公司（SES）在SaT5G合作框架下成功驗(yàn)證了利用衛(wèi)星提供5G傳輸服務(wù)，為探索5G星地融合方案提供了重要支撐。2017年歐洲衛(wèi)星公司、國際移動衛(wèi)星公司等16家衛(wèi)星運(yùn)營商、服務(wù)商及制造商代表簽署了“衛(wèi)星5G”協(xié)議，共同探索衛(wèi)星通信和5G無縫連接的最佳方案，并計(jì)劃在歐洲開展試點(diǎn)。