转载：本文来自微信公众号“卫星同网络”（ID:satnetdy），原文题目《中国星网，请勇往直前！》，作者：刘语霏 魏兴，转载经授权发布。
28日，中央政治局常委、国务院副总理韩正为中国星网集团揭牌
28日，中央政治局常委、国务院副总理韩正为中国星网集团揭牌
4月26日，业界期盼已耐中国卫星网络集团有限公司（本文简称“中国星网集团” ）以新央企嘅身份喺京召开成立大会，并于4月28日喺雄安新区正式揭牌，成为首家注册落户雄安新区嘅中央企业。
这唔但是中国卫星通信、卫星应用产业嘅一个里程碑，都系航天产业对国家新型基础设施建设嘅响应和落实。我哋相信，经过详细论证、周密筹备、积极建设、创新应用，中国嘅卫星互联网一定能喺全国、全球发挥新一代天基基础设施嘅决定性作用，为全球宽带产业和工业互联网嘅推进提供基础性条件。
前景虽然光明，道路却必定坎坷。卫星互联网喺建设和应用嘅过程度，面临住严峻嘅竞争和风险，将是中国星网集团和成个民族产业界要去携手战胜和克服嘅。
一、卫星互联网势唔可挡
无论何时何地都可以够接入互联网是人类喺新时代嘅梦想。总有勇敢嘅企业率先将梦想变成现实。喺上世纪末嘅“铱星”计划将语音和低速数据服务覆盖全球之后，最近十几年已经有十几家企业和机构提出覆盖全球嘅宽带互联网卫星计划，包括卫讯、欧洲通信卫星公司、太空技术探索公司（SpaceX）、一网（OneWeb）、亚马逊、波音、空客、泰雷兹、三星等等知名企业。
其中有由少量高轨道嘅GEO卫星构成嘅系统，也有由大量低轨道（LEO）卫星组成嘅巨型星座，而后者逐渐成为业界关注嘅焦点。尤其系SpaceX公司提出嘅星链（Starlink）计划，高达41927粒低轨卫星嘅巨型星座颠覆所有人嘅想象。好多人认为，呢唔过是唔切实际嘅妄想，唔可能成功。但係，SpaceX公司于2019年5月开始发射首批60粒星链卫星（唔算之前发射嘅2粒试验星），截止2021年4月7日，星链系统已经发射1445粒卫星入轨，目前仍然喺轨运行嘅卫星有1378粒。喺将近两年嘅时间里，星链卫星嘅技术经历几次迭代，喺机电热综合设计上水平非常高，唔但有大量终端用户验证实际使用效果，并且成功试验星间激光通信。
同时，SpaceX嘅竞争者OneWeb公司，也喺2019年2月发射首批6粒试验卫星，并且从2020年2月起开始发射正式部署版本嘅卫星。上年，其喺历经破产重组，接受英国政府和印度Bharti Global公司嘅投资之后，将之前规划嘅47844粒卫星嘅星座缩减为6372粒卫星。到2021年4月25日，已经有5批共176粒卫星被发射入轨。
互联网卫星也得到国际通信标准化组织3GPP嘅支持。喺2020年6月底发布嘅5G标准Release16版本度，由法国泰雷兹公司牵头，完成第一个5G卫星接入嘅技术文档：TR38.8215G NR支持非地面网络嘅研究规范。未来嘅5G网络将正式将卫星互联网作为用户接入系统，能够同地面5G移动通信网络平滑切换。
呢啲事实均表明，部署卫星互联网已经成为潮流。需要知道嘅系，作为全球运行嘅卫星互联网，所需要嘅唔剩只是卫星制造和发射能力，更需要喺全球范围内协调频率和轨道资源。能唔可以及时跟进，决定中国航天产业能唔可以抓住呢个战略性机遇，能唔可以拥有一个自主嘅全球天基基础设施，能唔可以以此打造自主全球宽带、自主物联网、自主工业互联网，能唔可以打造自主嘅智慧海洋、智慧航空、智慧能源……一旦错失，就是永远嘅遗憾。
中国星网集团嘅正式成立，象征住中国卫星互联网事业正式吹响出发嘅号角，也系一场新信息革命嘅开端。
二、从星链睇卫星互联网嘅风险同挑战
和任何新技术革命一样，卫星互联网嘅道路绝唔会是坦途。比较幸运嘅系，美国嘅星链已经作为先行者，为成个卫星互联网产业提供先期经验教训。从这当度，都可以够梳理出一啲具有共性嘅风险，可供我国卫星互联网事业参考。
喺地面火箭整流罩中等待发射嘅60粒星链卫星
01
技术风险：系统嘅用户容量
业内人士嘅共识是，星链系统并唔系地面通信系统嘅竞争对手，而是有益嘅补充，面对嘅用户是目前没有任何宽带接入手段嘅人群。但是，星链系统嘅用户容量仍然无办法确定。
目前星链系统所规划单星用户侧链路速率可达17~23Gbps,按照平均20Gbps嘅速率估计，41927粒卫星能提供838.50Tbps嘅系统总容量。比起地面移动通信系统，星链系统嘅容量是乜嘢水平呢？
以华为5G基站BBU5900产品为例，佢喺SA模式单小区TDDSub-6G频点上，100MHz带宽64T/64R嘅天线配置下，最大下行速率是5.655Gbps。当然，地面移动通信网络可以喺一个小区配置多个100MHz嘅信道，以达到更高嘅最大下行速率。也就是说，一粒星链卫星嘅容量相当于一个容量比较大嘅5G小区。作为比较，美国总共拥有大约20万个4G基站，每个基站嘅实际最大下行速率大约是5G基站嘅十分之一。咁样睇来，星链嘅四万多粒卫星所提供嘅系统容量岂唔系比美国全国嘅4G网络系统容量还要高一倍以上？但是现实没那么美好，星链系统嘅总容量受限于好多因素，以下三点是最重要嘅：
（1）地面关口站嘅容量和数量。用户通过星链系统上网，终究是要和地面上嘅互联网进行连接。目前星链系统规划26个地面Ka关口站连通卫星同地面互联网。每个关口站最大可连接8粒星链卫星。根据国内相关媒体嘅分析，由于关口站传输速率嘅瓶颈，星链4万余粒卫星嘅系统总容量要减半到407Tbps左右。
（2）更重要嘅一点是，地面移动网络基站嘅布置可以根据用户嘅地理分布密度来调整。用户密集嘅地区可以缩小基站覆盖范围，增加基站和信道嘅数量；用户稀疏嘅地区就减少基站数量，增大覆盖范围。实际上，科学地规划基站嘅位置和配置，尽量提高每个基站容量嘅利用率是移动通信运营商最核心嘅竞争力之一。喺呢种情况下，地面移动通信网被浪费嘅容量好少。
但係卫星网络却唔系咁样。卫星喺固定嘅轨道上飞行，会飞跃用户密集地区嘅上空，也必然会飞跃大量用户稀疏嘅地区，比如海洋。通过设计卫星轨道，能够畀用户密集地区安排更多嘅卫星飞跃，但是无办法解决卫星容量喺用户稀疏地区被浪费嘅问题。因此，成个星链系统究竟有几多容量被浪费，需要通过详细调查用户分布和进行仿真才能得到答案。目前还未见有公开数据发表。笔者估计至少有一半嘅容量被浪费。
（3）上文说过，星链卫星就相当于一个容量比较大嘅5G基站。喺地面移动网络度，唔停地移动、喺基站之间切换嘅用户比率并唔多。大部分用户会喺一个基站覆盖范围内停留比较长嘅时间。但係星链嘅情况正好相反。星链呢个基站系喺唔停移动嘅，而用户是静止嘅。由于星链卫星喺一个用户嘅上空从出现到消失通常唔到10分钟，星链卫星和地面用户都需要经常地切换。而切换是有通信协议流量消耗嘅。目前星链卫星只有一千余粒，切换仲未算频繁，如果四万余粒卫星全部发射完毕，切换就会变得非常频繁。系统容量究竟会有几多损失，也需要仔细研究。
星链系统嘅容量问题，我国卫星互联网也一样会遇到。喺规划时，一定要对目标用户嘅位置和数量做详尽嘅调查，科学地规划轨道和卫星数量，合理地安排地面关口站，仔细进行成本核算，先能将风险降至最低。
02
卫星互联网嘅财务风险
（1）星链嘅支出
建设费用：星链系统按照每次发射60枚卫星计算，全部41927粒卫星需要将近700次发射。SpaceX声称早期每粒卫星嘅制造成本约为100万美元，大规模量产后成本会大幅度降低。全新嘅猎鹰9火箭嘅发射费用约为6000万美元，如果重复使用嘅话，发射费用都可以够大幅降低。因此根据最乐观嘅估计，成个星链系统嘅建设总成本都要七八百亿美元嘅数量级。
维护费用：光建设完毕仲未行。由于星链卫星所喺嘅低地球轨道有稀薄嘅空气存喺，卫星喺飞行时会遇到一定嘅空气阻力，需要消耗能量来维持轨道高度。所以低轨卫星嘅平均寿命唔高，通常喺5年左右。星链卫星由于采用大面积太阳能电池板和等离子发动机，按照SpaceX提交畀FCC嘅报告话，其有效寿命可达5到7年。按照最长嘅7年估算，41927粒卫星每隔7年就要更新一遍，每年需要发射约6000粒新卫星，需要火箭发射100次。呢个费用也大约需要100亿美元左右。
星链系统已经开始进行用户测试嘎啦。每月使用费为99美元，用户地面终端设备价格为499美元。网上已经有好多星链用户终端天线嘅拆机分析。该天线使用相控阵体制，可以利用波束成型进行方向调整，追踪卫星。海外媒体从拆机嘅料单（BOM）估计，该天线嘅成本约为2500美元，卖畀客户嘅价格仅499美元，呢意味住SpaceX承担将近2000美元嘅损失，或者说补贴。
星链终端
星链嘅用户地面终端天线是相控阵体系嘅，估计成本约2500美元左右 。
中国卫星互联网嘅发展也必然面临同样嘅问题。第一，庞大嘅建设费用，维护费用和用户补贴费用，能否承受得起？靠谁嘅投资? 喺运营早期必然有好长时间嘅亏本经营阶段，能否承担咁样嘅财务压力？
第二，我国目前嘅卫星生产速度，火箭生产速度，以及航天发射场嘅发射速度，能否适应咁样庞大嘅卫星网络嘅建设和维护？
第三，从目前我国卫星用户终端产业嘅现状来睇，虽然相控阵天线技术早已被国内卫星通信制造企业掌握，但目前嘅国产相控阵卫星天线仍然相当昂贵，似乎仲未有见过类似星链那样嘅低成本国产相控阵卫星天线。国产化低成本终端嘅研发，都系摆喺中国卫星互联网事业面前、亟待跨越嘅门槛。
（2）星链嘅收入
①地面个人宽带网络接入
星链系统实际上有庞大嘅美国国内用户需求。同好多人想象嘅唔一样，美国有大量嘅人口无办法被宽带网络覆盖，尤其喺偏远地区。这是因为美国嘅电信运营商都系私营嘅，以经济效益为优先考虑，凡系喺铺设光纤或建设无线通信基站成本过高，预期收入无办法收回成本嘅地区，都无动力去进行覆盖。美国联邦通信委员会FCC喺2020年初估计美国有约2130万人口居住喺没有任何宽带接入嘅地区。但係美国宽带市场调查公司BroadBandNow公司嘅调查结果显示，美国没有任何办法接入宽带互联网嘅人口高达4200万人左右。美国FCC认同呢种说法，并打算改变统计方法。
美国BroadBandNow公司嘅调查报告
呢种情况喺好多发达国家都存喺。比如同样地广人稀嘅加拿大和澳大利亚。
让我哋再来睇睇欧洲嘅情况，根据市场调查公司IDATE向欧洲议会提交嘅光纤入户覆盖率统计，喺2019年3月，排行最高嘅拉脱维亚仅有50.3%嘅家庭有光纤宽带覆盖，而报告中排行最低嘅英国光纤覆盖率剩只1.5%，简直惨唔忍睹。下图中嘅FTTH指嘅系光纤入户，FTTB指嘅系光纤入楼。
欧洲2019年光纤宽带覆盖率排行
因此，剩只美国、澳大利亚、加拿大和欧洲，没有获得宽带覆盖嘅人口就接近一亿。呢啲人口就是星链系统嘅主要用户。只要星链系统能够发展1000万用户，每年嘅接入费收入就能够达到约120亿美元左右，足够覆盖系统维护成本并有盈余。
而我国嘅情况完全唔同。据我国工信部嘅消息话，从2015年底，工信部和财政部正式启动推进农村和偏远地区光纤和4G网络覆盖嘅电信普遍服务试点工作。到2019年8月，我国行政村光纤和4G网络通达比例均超过98%，提前完成“十三五”规划目标。按照呢个比率，我国虽然仲有两千余万人没有任何宽带接入手段，但是我国政府推进嘅“村村通”计划并没有结束，喺未来几年，呢个群体嘅数量必将大量减少。而且呢啲地区基本都系贫困地区，群众嘅消费能力有限，卫星互联网嘅用户终端设备价格和服务费用能否被呢啲群众所接受，仲要是个疑问。如果走国家补贴扶贫嘅路子，终究唔系长耐之计，同时，也面临住地面通信运营商嘅竞争。
作为能够为全球提供服务嘅天基基础设施，我国嘅卫星互联网必定要走出国门，但要想喺前文提到嘅发达国家吸收用户，显然唔多现实。因此，未来嘅用户群体，也许应该聚焦喺“一带一路”沿线国家中去挖掘。噉就需要提前对用户分布做详尽嘅调查，包括详细嘅成本核算等……喺呢个市场上，中国嘅卫星互联网 将直面星链系统嘅竞争，点样取得竞争优势，都系需要提前考虑嘅问题。
②航空航海互联网市场
据一啲海外机构统计，目前全球有约20万架私人飞机，有300多艘载客量超过1000人嘅游艇，仲有十几万艘私人游艇。另外仲有数百万艘渔船和货轮。喺呢啲交通工具上嘅人都有接入宽带互联网嘅需求。呢一市场嘅宽带服务费价值是每年约150亿美元。
同样由于国际环境等原因，我国嘅卫星互联网一方面难以进入发达国家嘅该类市场，另一方面喺第啲国家嘅该类市场度，也将面临星链嘅正面竞争。
③需要低延迟数据通信业务嘅国际金融企业
3GPPTR22.891文件中关于光纤中光传播速度嘅描述
同大多数人嘅想象唔同，根据3GPP嘅研究结果，光喺光纤中嘅传播速度只有喺真空中嘅传播速度嘅三分之二，主要是因为光纤材料嘅折射率大约是1.4多一点，而光喺光纤中嘅传播速度等于真空中嘅光速除以折射率。而星链系统通过卫星中继，能够喺数千公里乃至上万公里嘅尺度上提供比海底电缆低数十毫秒嘅延迟（卫星之间无论是通过无线电通信还是通过激光通信，传播速度都系光速）。
对于需要非常低延迟嘅数据通信业务嘅国际金融企业嚟讲，呢是非常有意义嘅，佢哋是愿意花大价钱租用咁样嘅服务嘅。呢个市场估计每年也可能为SpaceX带来数十亿美元嘅收入。
我国卫星互联网点样才能够打入国际金融机构市场？除咗自身清晰嘅市场定位及强有力嘅市场营销支撑，仲要将深度思考点样布局国际国内政治同经济形势等呢啲更高层次、更大范围嘅演变等所带来嘅竞争压力。
总之，卫星互联网嘅发展仍然面临住众多困难和风险。但是从目前全球发展嘅趋势来睇，部署呢类基础设施已经成为潮流。我国必须喺呢一领域有所作为。正像国务委员王勇喺中国星网集团成立大会上强调嘅那样，“要坚持高起点谋划、高标准建设、高质量运行”“有力有序推进各项工作”。
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