出自：SIMIT战略研究室(ID:SIMITSRO)
中国科学院上海微系统与信息技术研究所
目前正在形成商业服务能力的天基互联网普遍采用卫星星座模式。卫星星座是指由多颗卫星按照一定的规律组成的微型犬。与单颗卫星相比，卫星星座具有高得多的覆盖性能。根据卫星的轨道类型划分，则可分为低轨卫星星座系统（LEO）、中轨卫星星座系统（MEO）和高轨卫星星座系统（HEO）。
一般的导航星座和对地观测的军用星座系统都是由政府投资的。与此不同，通信和互联网的星座均是以盈利为目的的商业项目。其实，卫星通信与地面通信同为电信产业的组成部分，两者在相互竞争、相互补充与合作中发展前进。如果按照卫星与地面通信的竞争合作关系对通信和互联网星座的发展阶段进行划分，可以分为三个阶段：从20世纪80年代末至年为第一阶段，以“铱星”系统为代表，力图重建一个天基网络、销售独立的卫星电话或上网终端，与地面电信运营商进行竞争。从年至年为第二阶段，以新一代的“铱星”“全球星”和“轨道通信”为代表，既为电信运营商提供一部分容量补充和备份，也在海事、航空等极端条件下，面向最终用户提供移动通信服务。它们与地面电信运营商，存在一定程度的竞争，但主要还是作为地面通信手段的“填隙”，规模有限。年至今是第三阶段，以O3b为代表，为全球用户提供干线传输和蜂窝回程业务，而地面电信运营商是其客户和合作伙伴，卫星网络成为地面网络的补充。
卫星互联网星座在应急救灾、国土安全和海外军事存在等方面具有巨大价值。
国外发展卫星互联网星座的均是商业部门，追求的是互联网接入直接或间接带来的巨大经济利益，但是卫星互联网星座除了商业用途之外，不应忽视其具有的公益属性和军用潜力。中国幅员辽阔，海洋领土超过万平方千米，民航乘客尚无法实现互联网接入，偏远农村和西部沙漠、戈壁等大部分区域至今仍是通信盲区，依靠现有通信手段无法保障远洋经济利益和军事存在，一个全球性的卫星通信系统是填补这些地区的数字鸿沟和境内外应急救援的重要解决方案。目前，中国拥有全球最多的互联网用户，互联网能够满足话音、视频、数据等多种应用需求，因此，建设一个具有中国特色的，由政府组织协调、企业分工合作的大型卫星互联网系统切实可行，符合中国的核心利益，具备重要的战略价值。
当前，低轨卫星星座已能提供强大的定位、导航与授时（PNT）服务，在卫星导航系统不能用时，其可作为增强服务的解决方案。低地球轨道导航信号的加入可带来许多好处。比起中轨的全球导航卫星系统（GNSS）星座，近距离的低轨卫星星座距地球更近，信号发散损耗更少，到达地面的信号强度更高。
“铱星”星座是具有全球覆盖能力的低轨系统，主要用于通信服务。对比低轨由66颗卫星组成的“铱星”星座和中地球轨道上由31颗卫星组成的GPS星座发现，两个星座的轨道高度差异非常大（几个地球半径），结果到达地面的“铱星”信号强度比GNSS信号高～倍。因此，在GNSS信号受限时，“铱星”信号可作为用于PNT应用的极具吸引力的解决方案。为了在“铱星”轨道高度实现与GPS相同的覆盖能力，低轨星座卫星数量需要再多一个量级。未来低轨卫星星座将有堪比GPS的覆盖能力。
（一）美国：“下一代铱星”（IridiumNext）星座
铱星（Iridium）系统是最早的一代全球低轨卫星移动通信系统，年开始发射，年投入使用，不过随着年铱星公司的破产，第一代铱星系统并未取得预期的成功。
铱星公司于年提出“下一代铱星”（IridiumNext）计划，从欧洲泰雷兹-阿莱尼亚航天公司订购了81颗“下一代铱星”卫星，计划部署66颗卫星分布在6个极轨道平面（另有6颗冗余卫星和9颗地面备用卫星），单星质量千克，轨道高度千米。年开始发射，截至年5月已发射55颗卫星。“下一代铱星”项目共需耗资30亿美元。按照计划，铱星公司的“下一代铱星”的全部卫星将搭乘SpaceX公司的猎鹰9号运载火箭，经过七次发射全部入轨，用以接替上一代铱星网络，这需要每次发射猎鹰9号都至少要携带9-10颗卫星。
“下一代铱星”使用L和Ka波段，具有更宽的带宽潜力，更加灵活的带宽分配，更多的增强服务和更高的数据速率，目标是增强“铱星”在陆、海、空域的全球移动通信能力。
（二）美国：OneWeb卫星星座
OneWeb公司成立于年，国际通信卫星公司、高通公司、空中客车、维珍银河、日本软银、可口可乐等都是其投资及合作方。OneWeb最初计划年前建造颗卫星，其中颗（最初设计颗）卫星将被部署到千米的18个轨道面上，以提供全球卫星互联网服务。不过随着大部分卫星的带宽已被预订，年OneWeb向美国联邦通信委员会（FCC）提交申请，计划追加约颗小卫星的制造、发射和运营，以建造更大的星座。
OneWeb致力于制造组件更少、重量更轻、更易制造、发射成本更低的卫星。希望达到的研制能力是：大规模，实现每周生产15颗卫星；低成本，大大降低高性能空间应用的大容量成本；快响应，交付周期缩短至一年以内；模块化，为多任务配置设计制造。
频率资源方面，OneWeb卫星计划使用Ku和Ka波段。其创始人离开O3b创建OneWeb时就带走了部分已授权频率资源，再加上收购“天桥”公司获得的频率使用权，OneWeb手中握有足够的Ku波段资源。同时，年，OneWeb又从国际电信联盟（ITU）和美国联邦通信委员会（FCC）获批了V波段资源，FCC也批准了其在美国运营低轨道卫星通信网络服务。
OneWeb计划于年四季度发射其星座建设计划的首批10颗卫星，并将于年开始提供低延迟宽带接入服务。
（三）美国：SpaceX“星链（Starlink）计划”
年，SpaceX“星链（Starlink）计划”首次提出。计划年前发射颗卫星（重量约千克，规格约4m×1.8m×1.2m），在高度-千米的83个低轨道面上运行，使用Ku和Ka波段以及卫星间光学链路，为全球用户提供低廉、快速的卫星宽带和通讯服务。SpaceX也美国首家采用新一代低轨卫星技术的卫星宽带服务供应商。
该计划首先会向千米轨道高度发射颗卫星，然后再发射颗卫星并将它们分别安置在、、和千米四个轨道高度上。计划年前部署完成首批颗卫星，并为美国和全球提供有限的宽带服务；整个系统全部部署完成后，可以进一步增加容量并覆盖赤道和两极，达到真正的全球覆盖，提供高带宽、低延时的宽带服务。
年，SpaceX已经向国际电信联盟（ITU）和美国联邦通信委员会（FCC）申请频率，目前已拿到Ku/Ka波段资源。年2月22日，SpaceX利用猎鹰九号火箭成功发射“Starlink计划”的原型卫星Microsat-2a和Microsat-2b，用于技术验证。如果顺利，SpaceX会在年启动正式的卫星发射工作，并在年完成后投入商用。
一旦完成建设，SpaceX有望进一步发射更大更密集的卫星星座，向约千米的更低轨道发射约颗卫星。年3月，SpaceX已经提交了V波段申请，以支撑更大规模卫星星座的需要。
（四）欧洲：O3b卫星星座
O3b是other3billion的简称，意在为全球“另外30亿”没有网络覆盖的人提供网络服务。O3b公司成立于年，年SES（欧洲卫星公司）收购了Google持有的O3b股份，完全控股O3b公司。
O3b卫星星座最初包括12颗中轨卫星（0千米轨道高度），每颗卫星重约公斤，由泰雷兹公司建造。年发射4颗，年分两次发射8颗，并于年开始提供服务。年3月又发射了4颗卫星，并将于年扩展至20颗卫星。
O3b中轨卫星使用Ka波段向南纬45度和北纬45度之间的任何区域提供低延迟光纤连接。该星座向电信公司、移动网络运营商、企业和互联网服务提供商等提供运营商级服务。
年9月，SES宣布下一代O3b卫星，将使用新的卫星平台，并向波音公司订购了首批7颗卫星。预计将于年发射O3bmPower卫星群，用于宽带互联网服务，能够以更低的成本提供更大的能力。
（五）中国：航天科技“鸿雁星座”系统
中国航天科技集团正在部署一个全球低轨卫星星座通信系统“鸿雁星座”。该系统将由余颗低轨道小卫星及全球数据业务处理中心组成，有54颗核心卫星，同时有颗小卫星进行补网。具有数据通信、导航增强等功能，可实现全天候、全时段以及复杂地形条件下的实时双向通信能力，为用户提供全球无缝覆盖的数据通信和综合信息服务。
“鸿雁星座”通信系统由中国航天科技集团领导，长城公司与一院、五院等单位共同推出，分为三期分步实施。年，发射首颗试验卫星，将运行在距离地球千米的轨道，主要承担验证低轨频率资源可用性和数据转发服务的能力；年前，实现一个6颗星的局域网，并实现局域网链路验证；年，完成54颗星发射，具备全球通话和全球数据采集能力；待颗小卫星补齐之后，将具备全球宽带接入、语音通信等方面的能力。
卫星完成三步走的组网工作之后，将正式向全球用户提供无死角的高速上网服务。同时，鸿雁系统还具备全球导航增强功能，可以为我国的北斗导航系统进一步提高定位精度。
（六）中国：航天科工“虹云工程”
年4月26日，航天科工空间工程发展有限公司在湖北武汉成立。中国航天科工集团的天基互联网系统“虹云工程”将作为该公司最主要的商业航天项目。“虹云工程”提出了建立基于小卫星的低轨宽带互联网接入系统，计划发射颗小卫星，将在距离地球千米的轨道上组网运行，构建一个星载宽带全球移动互联网络。
“虹云工程”系统以互联网接入为基础功能，具备通信/导航/遥感一体化、全球覆盖、系统自主可控等特点，为全球用户提供高速率、低延时的通信、导航增强和遥感信息一体化综合服务。
整个“虹云工程”被分解为“1+4+”三步。第一步计划在年，发射第一颗技术验证星，实现单星关键技术验证；第二步到“十三五”末，发射4颗业务试验星，组建一个小星座，让用户进行初步业务体验；第三步到“十四五”末，实现全部颗卫星组网运行，完成业务星座构建。
目前作为国内首份采用Ka频段的低轨宽带卫星网络资料已经成功报送国际电信联盟，首颗技术验证星也已进入正样研制阶段，计划年底发射并开展综合应用示范。
（七）中国：银河航天“银河Galaxy”卫星星座
银河航天成立于年，致力于通过敏捷开发、快速迭代模式，规模化研制低成本、高性能小卫星，打造全球领先的低轨宽带通信卫星星座，建立一个覆盖全球的天地融合通信网络，改善所有区域、每个人的网络连接状况，提供经济实用、快捷方便的宽带网络和服务。
“银河Galaxy”卫星星座计划由千百颗通信卫星在-千米的近地轨道组成网络星座，星座能无缝扩展地面通信网络，覆盖陆地、航空、海上等全球区域，提供稳定方便的卫星网络，让用户可以高速灵活的接入互联网。小型、智能化的低成本卫星用户终端，可用于学校、家庭、汽车、飞机、应急等场景。
银河航天研制的低成本高性能的小型通信卫星，拥有模块化组件、轻量化结构、批量化智能制造等特点。目前，“银河一号”宽带通信卫星正在按计划紧锣密鼓的研制中。未来还将建设智能、高效的自动化卫星工厂。
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