新（xīn）兴低（dī）轨卫星通信星座发展

　　摘 要（yào）：SpaceX、OneWeb等（děng）公司计划（huá）建造大型低轨卫星（xīng）通信（xìn）星（xīng）座，以（yǐ）提供全球宽带接入。与90年代的低轨星座浪（làng）潮（cháo）相比，新兴（xìng）星座主要（yào）具备以下优势：批量化、模块化（huà）生产降低了卫星制造成本，火（huǒ）箭重（chóng）复（fù）利用和“一箭多（duō）星（xīng）”技术降低了发射成本。然而，低轨（guǐ）星座面（miàn）临快速发展的地（dì）面（miàn）网络以及地球静止轨道高通量卫星的（de）激烈竞争。文中从建设费用（yòng）、容量（liàng）密度（dù）、地面（miàn）终（zhōng）端等方面对这三类系统进行比较，分析各自的优劣，并（bìng）分（fèn）别（bié）从民用（yòng）市场（chǎng）和军事应用两个（gè）方面，分析新兴（xìng）低（dī）轨星（xīng）座（zuò）的发展前景。

　　关键词（cí）: 低轨星（xīng）座；高通量卫（wèi）星（xīng）；星链；一网

引 言

　　以OneWeb、StarLink为（wéi）代（dài）表的新兴（xìng）低轨（guǐ）（LEO）卫星通信星座迅（xùn）猛发（fā）展，旨在通过覆盖全球的宽带连接能力，与地面网络争夺互联（lián）网（wǎng）入口。与（yǔ）1990年代的铱星等（děng）低轨（guǐ）星座相比，新（xīn）兴低轨星座拥有（yǒu）多种发展优势：火箭（jiàn）重复利用和“一箭多星”技术极（jí）大降低了卫星发射成本；集成电路技（jì）术的进步促成了卫星的模块化、组件化和小型化，显著降低了卫星的尺寸、质量、功耗和研（yán）制成（chéng）本；批量化、模块化卫（wèi）星制造技术显（xiǎn）著（zhe）降低了卫星的制造成（chéng）本。然而（ér），来自（zì）地（dì）面（miàn）网络的竞争也日趋激烈，尤其是千兆级光纤网络已经（jīng）开启大规（guī）模商用，3G、4G无线网络已经分别覆（fù）盖全球（qiú）93%、82%的人口，5G无线网（wǎng）络也（yě）已经（jīng）开始大规模部（bù）署。因（yīn）此，新兴（xìng）低（dī）轨（guǐ）卫星通信星座（zuò）发展前景仍然（rán）存在不确定（dìng）性。

　　本文将从建设费用、容量密度等方面分析低（dī）轨星座与地面网络的竞争态势，从单位容（róng）量（liàng）成本、地面（miàn）终端配置、传输时延、落地监（jiān）管等方面对比低轨星（xīng）座与地球静（jìng）止轨道高通量卫星（GEO-HTS）的优劣，并结合民用市场以及军事（shì）应用的特点（diǎn）和趋势，研究（jiū）新兴低轨卫星通（tōng）信星座的发（fā）展前景（jǐng）。

1 与（yǔ）地面网络的（de）竞（jìng）争

　　光（guāng）纤、蜂窝（wō）无线通信等地面（miàn）通信（xìn）技术，是低轨星座无法回避（bì）的（de）竞争对手。1990—2000年，“铱星”、“全（quán）球星（xīng）”、“轨道通信”等（děng）多（duō）个低轨星座计（jì）划被提出，旨在提（tí）供全球（qiú）无缝覆（fù）盖的便携式（shì）卫星电话服（fú）务。三大星座的（de）设计指标达到了（le）同时期地面蜂窝网络的水平，并具有（yǒu）全球无缝（féng）覆盖的优势，因此吸（xī）引了广（guǎng）泛关注。但在三大星（xīng）座投入建（jiàn）设（shè）的十年间（jiān），地面蜂窝（wō）网络逐渐从（cóng）2G演化（huà）到3G，手机终端价（jià）格和流量资费（fèi）不断降低（dī），卫星（xīng）通信除了覆盖范围广的优势之外，终端（duān）成本、通（tōng）信速率等方面均（jun1）处（chù）于（yú）劣势，导致三大（dà）卫（wèi）星通信公司先后经历（lì）了破产重组。虽（suī）然三个星座最终都起死回生，但占据的无（wú）线通信市场份额远小于蜂窝网络，2015年三大星座的用户（hù）总数才达到380万，而同时期（qī）全球蜂窝（wō）移动用户数量为73亿。

　　与第一（yī）代低轨（guǐ）星座以话音服务（wù）为主（zhǔ）不同，OneWeb、StarLink等新兴低轨（guǐ）星（xīng）座主要（yào）提供卫星宽带服务，但其瞄准（zhǔn）的消费者宽（kuān）带市场面临光纤到户（FTTH）、蜂窝宽带等（děng）地面网络的竞争（如图1）。其中，光纤（xiān）到户的优（yōu）势是通信容量（liàng）大，劣势是在偏远（yuǎn）地区铺（pù）设成本较高；蜂窝宽带通过基站的（de）无线（xiàn）信（xìn）号（hào）实现宽带接入（rù），通信容量（liàng）一般低于光纤，优点是最后一公里（lǐ）无需（xū）铺设线缆（lǎn）。低轨星座天然具备全（quán）球覆（fù）盖的优（yōu）势，且接入（rù）成本与地域是否偏远无关，但其能否赢得与地面网络的竞争仍（réng）属未知（zhī），下面（miàn）从建设费用、容量密度两（liǎng）方面（miàn）展开分析。

图 1 卫星宽带、光（guāng）纤（xiān）到户与蜂（fēng）窝宽带示（shì）意图1.1 建设费（fèi）用比（bǐ）较（jiào）

　　宽带网络每（měi）条用户线路（lù）的建设费用等于户均覆盖费用与（yǔ）户均连接费（fèi）用之和。户均覆（fù）盖费（fèi）用等于网络建设费（fèi）用除（chú）以（yǐ）用户数，因此在用户（hù）密度越高的地区其（qí）值越低。户（hù）均连接费用等（děng）于用户（hù）终端费（fèi）用与安（ān）装费用之和，在用户首次开（kāi）通服务时产生。

　　根（gēn）据美国光纤宽带协会的研（yán）究，2019年美国光纤到户的（de）户均建设费用在密集城（chéng）区（qū）、一般城区、郊（jiāo）区、农村（cūn）分别为1218、1863、2737、4206美元（如图2）。StarLink星座单星（xīng）制造发射成本约153万美（měi）元，单（dān）星容量约21Gbps。低（dī）轨星座天然具有（yǒu）全球覆盖（gài）特（tè）性（xìng），然（rán）而（ér）地（dì）球（qiú）表面70%以上为海洋和荒野，根据地表（biǎo）人口（kǒu）分布估算（suàn）其容量利用效率约25.1%，单星有效容量（liàng）约5.36 Gbps。如果（guǒ）给每个宽带用户分配10Mbps容（róng）量，那么StarLink单星可服务约536个用（yòng）户，户均（jun1）覆（fù）盖（gài）费用为2854美元。假设低轨（guǐ）星座用户（hù）终端（duān）费用加安装费用（yòng）为550美元，则StarLink卫星宽带户均总费用为（wéi）3404美元（yuán）。类似可（kě）测算出OneWeb和蜂（fēng）窝宽（kuān）带的户均费用（如表1），其中蜂窝宽带采用了华为公司的（de）测（cè）算结果。

表 1 OneWeb、StarLink与蜂窝宽（kuān）带户均建设费用测算

图 2 蜂（fēng）窝宽（kuān）带、光纤到户与StarLink宽带户均建设费用对比

　　对比可（kě）知，在（zài）密（mì）集城区、一般城（chéng）区和（hé）郊区，StarLink卫星宽带的户均建设（shè）费用高于光（guāng）纤，但在农（nóng）村地区比光纤便宜，因此非常（cháng）适合北美、澳洲等地的（de）农（nóng）村地区。而（ér）OneWeb的户均建（jiàn）设费用约16000美元，与StarLink相比不具竞争（zhēng）力。此外（wài），蜂窝宽（kuān）带的户均建（jiàn）设费用仅为358美元（yuán），远远低于卫（wèi）星宽带，但是蜂（fēng）窝宽带依赖光（guāng）纤进行回传，因此（cǐ）适合作为连接（jiē）最后一公里（lǐ）的（de）辅助手（shǒu）段（duàn）。根据（jù）建（jiàn）设费用进（jìn）行分析，低轨星座（zuò）的宽带服务主要适（shì）合（hé）北美（měi）、澳洲等地的农（nóng）村（cūn）地区。

　　1.2 容（róng）量密度比较　

　　对于蜂（fēng）窝（wō）宽带、卫（wèi）星宽带等无线通信系统而言（yán），容量（liàng）密度是（shì）衡量系统性（xìng）能的重要维（wéi）度之一。容量密度（dù）等于区域传输容量除以（yǐ）区（qū）域面积，决定了无线系统在单位面积内（nèi）能（néng）够实现的并发传输容量。与蜂窝基站的多波（bō）束空分复用（yòng）技（jì）术相（xiàng）类似，StarLink等低轨星座（zuò）也采用多（duō）点波束对地球表（biǎo）面进行覆盖（如（rú）图3），两者的容（róng）量密度可用单波束容量（liàng）除以单波束面积进（jìn）行（háng）估算（如（rú）表2）。

　　图 3 卫星（xīng）波束与蜂窝基站覆盖方式对比

　　表（biǎo） 2 卫星宽带与5G容量密（mì）度比（bǐ）较

　　从表2估算（suàn）结果可知，StarLink的（de）容量密度为2 Mbps/km2，比（bǐ）5G系统所（suǒ）能（néng）实现的540 Gbps/km2低5个数量级。两者的差距主（zhǔ）要由两方面原因造成：

　　1）低轨星座的（de）频谱效率低于5G系统。地面（miàn）蜂（fēng）窝基（jī）站高度约30 m，而StarLink等低轨星座轨道（dào）高度在550 km～1200 km，这导（dǎo）致（zhì）低轨星座的路径损耗比蜂窝基站高（gāo）50 dB以上。蜂窝基站在用户采用手机尺寸的接收机时，一般能获得（dé）6 bps/Hz以上（shàng）的频谱效率；而StarLink等低轨星座由于更高的（de）路径损耗，即使采用孔径约75 cm的接（jiē）收天线，频谱效率也只有2.5 bps/Hz左右。

　　2）低轨星座的单波束（shù）面（miàn）积远大于5G系统。StarLink卫星在（zài）1 200 km的高度向地面投射（shè）的单波束直径约60 km，面积约2800 km2；OneWeb卫星采用固（gù）定（dìng）的（de）狭（xiá）长椭圆波束，其波（bō）束（shù）面（miàn）积约为（wéi）75000 km2。蜂窝基站（zhàn）由于高度（dù）很低，其波（bō）束覆盖范围较小（xiǎo），例如在城市地区1km2内安装三个5G基站，每（měi）个基站（zhàn）通（tōng）过天线阵列产生15个波束，则每个（gè）波束的覆盖（gài）范围约1/45km2。低轨星（xīng）座的容量密度较低，导致其难以满足（zú）城镇地区（qū）的传输需求，而更适合农村地区。世（shì）界主要城市的人口密度普（pǔ）遍在（zài）1000人/km2以上（shàng），假设（shè）平均（jun1）每个用户需要10 Mbps容量，那么需（xū）要的容量密度在10Gbps/km2上。国际标准规定（dìng）4G、5G的流量密度（dù）峰（fēng）值分（fèn）别为100 Gbps/km2、10 Tbps/km2，能够满足城市地区容量密度需求（qiú），而低轨星座（zuò）宽带（dài）则存在巨大（dà）差距。因（yīn）此（cǐ），低（dī）轨星座（zuò）宽（kuān）带主要适用（yòng）于人口密度较低的农村地区。 

　　2 与（yǔ）地球静止（zhǐ）轨道卫星的竞争

　　Starlink等新（xīn）兴低（dī）轨星座（zuò）属于非地球静止轨道高（gāo）通量卫星（Non-GEO HTS）的范畴（chóu），还（hái）面（miàn）临GEO-HTS的竞争。低轨星座和GEO-HTS都采用了高通量（liàng）卫（wèi）星（HTS）技（jì）术，该技术通过多点（diǎn）波束和频率复（fù）用（yòng），单星容量比传（chuán）统宽波束卫星提升数十甚至数百（bǎi）倍（如图（tú）4）。

　　图 4 HTS系统与传统卫星系统对比（bǐ）

　　低轨星座与GEO-HTS代（dài）表实（shí）现高（gāo）容量卫星宽带（dài）的两种思路：低（dī）轨（guǐ）星座通（tōng）过成百数千颗小卫星实现整个星座的高容量，GEO-HTS通过（guò）单颗（kē）大卫星构造成百数千个点波束实现（xiàn）高容量。受（shòu）惠于比高轨卫星更低的路径损耗，低轨（guǐ）卫星（xīng）能够获得更高的频谱效率（lǜ），例如低轨卫星（xīng）StarLink频（pín）谱效率（lǜ）约（yuē）2.7 bps/Hz，GEO-HTS卫星ViaSat-3约1.1 bps/Hz。但低轨星座通常采用轻（qīng）量级卫（wèi）星，其波束数目（mù）和单星（xīng）容量远比GEO-HTS低（如表3）。

　　表 3 不同卫星（xīng）波束参数对比（bǐ）

　　低轨星座与（yǔ）GEO-HTS都能实现全（quán）球（qiú）覆盖，但是在传（chuán）输时延、路径损（sǔn）耗（hào）、入轨成本、卫星寿命等方面各有优（yōu）劣（如表 4），下面从单位容量成本、地面终端配置、传输时（shí）延、落地监管等方面进行重（chóng）点分析。

　　表 4 GEO-HTS和低轨星座优（yōu）劣势比较

　　2.1 单位容量成本

　　卫星通信系统的单位容量成本，等于卫星星座制造（zào）发（fā）射总成（chéng）本（běn）除以（yǐ）系统有效容量。制（zhì）造发射成本方面，低轨星座采（cǎi）用模块化、批量化生产降低制造成本，并采用“一箭（jiàn）多（duō）星”发射（shè）技（jì）术大幅降低发射（shè）成本。根（gēn）据公开数据对制（zhì）造发射总成（chéng）本进行估算（suàn），预计（jì）OneWeb第一（yī）期720颗卫星耗费24.2亿美元，StarLink第一期4425颗卫星耗费（fèi）68亿美元；GEO-HTS卫星ViaSat-3三颗卫星制造发（fā）射总成本约15亿美元。　　

　　系统有效容量取决于系统总容量（liàng）和利用效率。低轨星座OneWeb和（hé）StarLink的（de）系统总容（róng）量（liàng）分别约为7.2 Tbps和94 Tbps，但低轨（guǐ）星座所有卫星都围绕地球（qiú）旋转，而地（dì）球表面70%以（yǐ）上的面积（jī）是海（hǎi）洋和荒野，因（yīn）此（cǐ），低轨星（xīng）座的容（róng）量利用效率较低（dī）。根据地表（biǎo）人口（kǒu）分布模型估算（suàn），OneWeb和StarLink的容量利用效率分别约为21.7%和25.1%，因此，其星座（zuò）有效容量分别约为1.56 Tbps和（hé）23.7 Tbps。GEO卫星（xīng）相对于地表静止，可（kě）以将容（róng）量投送到地面指定（dìng）区域，卫（wèi）星容量利用效率可达（dá）60%，因此预计ViaSat-3三颗卫星总的有效容（róng）量为1.8 Tbps。

　　根（gēn）据星座（zuò）制造发射总成本和有效（xiào）容量，可得OneWeb、StarLink和ViaSat-3的单（dān）位容量成本分别约为1 550 $/Mbps、287 $/Mbps和833 $/Mbps；考（kǎo）虑卫星寿命之后（hòu），三者的单位容（róng）量月度成本（běn）分别约为25.9 $/Mbps、4.8 $/Mbps和4.6 $/Mbps/Mon（如表 5）。可（kě）见低轨星座StarLink的单位容量成本比GEO-HTS卫星ViaSat-3更低，但考虑到卫（wèi）星寿命的区别后两者的单位（wèi）容量月度成本基本相（xiàng）当。

　　表 5 低轨星座（zuò）和GEO-HTS单（dān）位容量成本测算

　　2.2 地面（miàn）终端配置

　　低轨卫星至（zhì）地面用户（hù）的传输距离远小于GEO-HTS，在路径损耗方面具备（bèi）约30 dB的（de）优势（如（rú）表6）。但GEO-HTS采用的大卫星平台（tái）支持更大的发射功率，可以部分弥补其路径损耗。例如（rú），ViaSat-1卫星的等效全向辐射功率（EIRP）比StarLink卫星高24 dB，在采用增益与系统噪声温（wēn）度比（G/T）值同为12 dB/K左右的用户（hù）终端时，ViaSat-1用户接收机（jī）的载波噪声（shēng）比（C/N）比StarLink低7 dB，因此（cǐ），其频谱（pǔ）效率更低。换言之，低轨卫星在（zài）地表的信（xìn）号（hào）强度比GEO-HTS约高7 dB，若要（yào）实现相同（tóng）的频（pín）谱效率，其用户终端天线孔径约为GEO-HTS的一半。表 6 低（dī）轨星座和GEO-HTS用（yòng）户下行链路预算注：未查到ViaSat-3卫星的链路（lù）预算资料，用ViaSat-1卫星的进行估计（jì）。　

　　表 6 低轨（guǐ）星座和GEO-HTS用户（hù）下行链路预算

　　虽然低（dī）轨（guǐ）星座支持（chí）更（gèng）小孔（kǒng）径（jìng）的用户终端，但由于（yú）低轨卫（wèi）星相（xiàng）对于地球表（biǎo）面高速运动，对用（yòng）户终端的（de）波（bō）束跟踪性能要求更高。GEO-HTS相对地面静止，地面（miàn）固定终端可以使用静态抛物（wù）面天（tiān）线，船载（zǎi）低速移动终端可以（yǐ）使用机械调向抛物面天线，机载高速移（yí）动终端需（xū）要使用相控阵平板天线；低轨卫星相（xiàng）对地面高速运动，卫星过顶时（shí）间在20 min以内（nèi），因此，其地面固定终端也必（bì）须（xū）使用（yòng）平板天（tiān）线。但是目（mù）前平板天线价格普遍在1 000美元以上（shàng），远高于50美元左右（yòu）的抛（pāo）物面天线，因此，在卫星互联网接入需求最（zuì）大的消（xiāo）费者宽带领域，低轨星座的（de）竞争力极（jí）大依赖于低成本平（píng）板天线的研发进（jìn）度。公（gōng）开资料显示，StarLink用户终（zhōng）端采用了（le）机械（xiè）调（diào）向的平板天线，直（zhí）径约48 cm，但（dàn）其价（jià）格和性能能（néng）否与GEO-HTS的抛物面天（tiān）线竞争仍有待观察。2.3 传输时延　　

　　卫星宽带传输链路由“数据中心（xīn）→卫（wèi）星→用户”的（de）前向链路和（hé）“用户→卫星→数（shù）据中心”的反（fǎn）向链路构（gòu）成。GEO-HTS传（chuán）输往（wǎng）返时延的理论最低值（zhí）为477 ms，加（jiā）上数据处理时（shí）延等（děng）因素之后，实际往返时延约600 ms。OneWeb、StarLink等低轨卫星轨道高度约为GEO-HTS的1/30，因此，其往返时延（yán）有望控制在30 ms以（yǐ）内，接近地面光纤网络（luò）的水平。

　　然（rán）而，低轨星座的低（dī）时延优势在（zài）消费者宽带市场的价值有（yǒu）限：

　　1）目前大部分宽（kuān）带应用对（duì）时延并不敏感（gǎn），GEO-HTS系统采用TCP应答削减、报头压缩、应用层加速等（děng）技（jì）术手（shǒu）段之后，同样能够（gòu）满足（zú）网页浏览、视频直播、音视频通（tōng）话等（děng）宽带应用的（de）需（xū）求；

　　2）对于（yú）网（wǎng）络游戏、金融交易、虚拟现实等时延敏感（gǎn）业务，低轨（guǐ）星座确（què）实优于（yú）GEO-HTS，但这（zhè）些（xiē）业务也是地面光纤（xiān）和5G的优势领域；

　　3）低时延主要是发达地区的需求，而卫星（xīng）宽带主要面向缺乏地面网络覆盖的偏远地（dì）区（qū），偏远地区为低时延（yán）支付额（é）外（wài）费用的意愿有（yǒu）限（xiàn）。

　　2.4 落（luò）地监（jiān）管

　　GEO-HTS的波束覆盖范围可以预先（xiān）设定，但是低轨星座（zuò）天（tiān）然（rán）具有全球无缝（féng）覆盖的特点，如果只限于服务（wù）少数（shù）国家（jiā）或地区将造成巨大（dà）的容量浪费。前文在假（jiǎ）设可以（yǐ）获准进入全球市（shì）场的情况下，分析得出（chū）StarLink星座（zuò）的有效（xiào）容（róng）量为23.7 Tbps，单（dān）位容量月度成本为（wéi）4.8 $/Mbps。假（jiǎ）设StarLink获准进入的（de）全球市（shì）场比（bǐ）例为α，那么其有效容（róng）量（liàng）将（jiāng）变为23.7αTbps，单位（wèi）容量月度成本将变为4.8/α $/Mbps（如图 5）。由此可见，全球市（shì）场准（zhǔn）入比例（lì）对于低轨星（xīng）座的单位容量成本影响巨（jù）大，如（rú）果准入比例（lì）过低将显著推高其单（dān）位容量成本。

　　实际上，世界各国的基础电信运营均受一（yī）定程度的监管（guǎn），在（zài）目前（qián）贸（mào）易保护主义盛行（háng）的国际形势下，外国卫星宽（kuān）带在他国落地面临更大（dà）困难。例如，2019年8月OneWeb向俄罗斯申请无线（xiàn）电频率，但未获批准。因此，全球落地监（jiān）管是低轨星座面临的另（lìng）一个严峻挑战。

　　图 5 StarLink在不同全球市场准入（rù）比例下的单位（wèi）容（róng）量月（yuè）度（dù）成本

　　3 发展前（qián）景分析

　　低轨星座面临光纤宽带、蜂窝宽带等地面网（wǎng）络，以及GEO-HTS的（de）多重竞争，在建设费用、容量密度、地面终端配置、传（chuán）输时延等方面各有优劣（liè），这决定它们具有不同的（de）适用领域（yù），同时也决（jué）定了（le）低轨星座的潜（qián）在市场容量和发（fā）展前景。

　　3.1 卫星宽带的市场容量上限

　　与蜂窝宽（kuān）带相比，卫星宽带的户均覆盖费用（yòng）、用户终端（duān）费用、频谱效率、容量（liàng）密（mì）度等方面均有劣（liè）势，因此（cǐ）卫星宽带的潜在市（shì）场是（shì）缺乏蜂窝覆（fù）盖的地区。Greg Wyler在创立O3b和OneWeb的过程中，始终以通过卫星“连接未连接者”为使命。然而，过去十年中3G/4G蜂窝网络（luò）在提供宽带连接方面更有成效（如图6）。在OneWeb成立的2012年，未被3G信（xìn）号覆盖的人口约34亿，意（yì）味着全球至（zhì）少有34亿人缺乏接（jiē）入宽带的机会，这也正（zhèng）是Greg Wyler创立O3b公（gōng）司（sī）时试图连接的“另外（wài）30亿人”。到OneWeb、StarLink等（děng）低（dī）轨（guǐ）星座开始发（fā）射卫（wèi）星的（de）2019年，虽然只有53%的人口（kǒu）使用互联网，但93%的人口（kǒu）已（yǐ）被3G以上信号覆盖、82%的（de）人口已被4G信号覆盖。换言之，真正由（yóu）于无法连接而不能使用（yòng）互（hù）联网的人口占比不足7%，总（zǒng）数约5亿。此外，根据咨（zī）询公司NSR的估（gū）计，2019年全（quán）球卫星宽带（dài）的潜在用户（hù）数为4.33亿，目前卫星宽（kuān）带在这部（bù）分人群中渗透率约0.63%。因此，目前全球（qiú）卫星宽（kuān）带（dài）市场（chǎng）容量上限约4亿用户。

　　图 6 2007-2019全球蜂窝（wō）网络覆盖情况

　　3.2 低轨星座民用市场前景

　　虽然全球卫星宽（kuān）带的潜在用户数只有4亿（yì）左右，但对于（yú）卫星（xīng）宽带而言已经足够。例如，OneWeb、StarLink和ViaSat-3三个星座（zuò）有效容量分别（bié）为1.56 Tbps、23.7 Tbps、1.8 Tbps左右，按照人均10 Mbps的标准，支持（chí）的用户数上限分别为15.6万（wàn）、237万（wàn）、18万。因此，虽然面临（lín）光纤（xiān）到户、蜂窝宽带等（děng）地面网络的挤压，卫星宽带仍然具（jù）有可（kě）观（guān）的（de）市场空间，关（guān）键在于其性（xìng）能和价格（gé）是（shì）否符合（hé）市场（chǎng）需求。

　　在综合成（chéng）本方面，低轨星（xīng）座相（xiàng）比于（yú）GEO-HTS处于劣势。首先，单位容量月度成本方面（miàn）（见表5），StarLink等低轨星座处（chù）于（yú）价格劣势，进一步考虑（lǜ）落地监管的因（yīn）素（见图5），StarLink等低轨星座的（de）价格（gé）劣势可能会更严重；其次，在消费者宽带市场，低轨星座地面终端所（suǒ）依赖的相控阵平板天线的价格，目前远高于GEO-HTS所依赖的（de）抛（pāo）物面天（tiān）线，因此（cǐ），低轨星座在综（zōng）合成本方面处于劣势，导（dǎo）致其市场（chǎng）竞争力（lì）低于GEO-HTS。例如，根据咨询公（gōng）司（sī）NSR对全球HTS容量和服务总营收的预（yù）测（如图7），2018—2028年全（quán）球Non-GEO HTS的累计（jì）营收不足GEO-HTS的四分之一。

　　图 7 NSR对全球高通量卫星营收的（de）预测

　　另一（yī）方面，政府补贴可能会扭转低（dī）轨星座的成（chéng）本劣势。美国联邦通信（xìn）委员（yuán）会成（chéng）立了总额（é）204亿美（měi）元的“农村（cūn）数字（zì）机遇基（jī）金”，将在2020—2030年资助美国农村地区的宽带建设，有（yǒu）可能（néng）将时延低（dī）于（yú）100 ms的低轨（guǐ）卫（wèi）星宽带纳（nà）入补贴范围，而将（jiāng）GEO-HTS排除在外。政（zhèng）府补贴有可能（néng）扭转（zhuǎn）低轨星座的成本劣势。例如，计划发射Jupiter-3的（de）休（xiū）斯公司和ViaSat-3的（de）卫讯公司，曾（céng）经一致认为GEO-HTS比低（dī）轨星座（zuò）更具（jù）竞争优势，但也承认政府（fǔ）补贴将使低轨星座同样有利可图。为了（le）争取（qǔ）政府补（bǔ）贴，休斯公司已经向OneWeb注资5 000万美元，卫讯公司则申请建设一个（gè）288颗卫星的低轨星座。

　　3.3 低（dī）轨（guǐ）星座（zuò）军事应用前（qián）景

　　在民用领域（yù），低轨星（xīng）座只是地面网络的补（bǔ）充；在军事领域，低轨星座凭借其优良的（de）全球覆盖特性、低传输时（shí）延、高抗毁性、支持小孔径接收天线（xiàn）等优势，具（jù）有广阔的应用前景。美国一直将商业（yè）通信卫星作为（wéi）其军用（yòng）卫星（xīng）能力的重要补充：截止2018年底，美国国防信息系统局管辖的商业卫星通信服务采购总额高（gāo）达45亿美元（yuán）；2019年美国（guó）军队采购的商业卫星容量为40 Gbps，相当于其军用卫星（xīng）容量的70%。

　　由于与（yǔ）军（jun1）事需求高度匹配，StarLink等新兴商业低轨（guǐ）星座已经引起美国军方的高度重视。美国空军研究实验室2017年启动了“商业天基互（hù）联网军用实验”项目（mù），旨在利用新（xīn）兴商业低轨（guǐ）星座（zuò）为空军构（gòu）建全（quán）球覆盖的高可用性、高弹性、大带宽（kuān）、低（dī）时延的通（tōng）信基础设施（shī），并于2019年3月向SpaceX公司授（shòu）予价值（zhí）2800万美元的（de）合同，开（kāi）展StarLink星座军（jun1）用（yòng）演示验证。此外，美（měi）国国防高级研究计划（huá）局2018年发起了“黑杰克（kè）”项目，旨在利（lì）用商业低轨（guǐ）星座（zuò）的技术（shù）积累和（hé）成果，发（fā）展搭载导弹探（tàn）测、导（dǎo）航授（shòu）时、军事通信等多种任务载（zǎi）荷的军（jun1）用低轨（guǐ）星座；军用星座将部署在商业低轨星座附近，并与其建立（lì）星间链路以（yǐ）利用其全球宽带传输能力（lì）。因此，StarLink等低轨星（xīng）座有（yǒu）可能成为美国（guó）的关（guān）键军事基础设（shè）施，来自军事应（yīng）用的收入（rù）将为其（qí）提供重要支撑。

　　结 语

　　受益于（yú）火箭重复利用、一箭（jiàn）多星发射、规模化卫星制造（zào）、高通量（liàng）卫星（xīng）等技术（shù）的巨大进步，低（dī）轨卫星（xīng）通（tōng）信星座迎来了（le）新一轮发展浪潮。虽（suī）然低轨卫星的制造发射成本已经显著（zhe）降低，但是在城镇地区卫星宽带（dài）户均建设费用仍然高于光（guāng）纤到户，仅在农村地区才有（yǒu）可能比光纤便宜。与地面蜂窝（wō）网络相比，卫星（xīng）宽带的（de）频谱效率较低（dī）、波束面积极大，导致其容量密度极低，无（wú）法（fǎ）满足城镇地区的容量需（xū）求。地（dì）面蜂窝网络不断拓展，目前全球93%人（rén）口已被3G以上（shàng）网络（luò）覆盖，因此全球卫星宽带市场容量上限约4亿（yì）用户（hù）。在有限的（de）卫星宽（kuān）带市（shì）场内，低轨星（xīng）座面临GEO-HTS的竞争，二者在单位容量成本（běn）、地（dì）面终端配置、传输时（shí）延、落地监管等方面各（gè）有（yǒu）优劣。在消（xiāo）费（fèi）者（zhě）宽带（dài）市（shì）场（chǎng），缺乏低成本平（píng）板天线（xiàn）使（shǐ）得低轨星座（zuò）处于劣势，但低时延优势使得低轨星座有可能获（huò）取美（měi）国政府的宽带补贴（tiē），将有可能扭（niǔ）转其（qí）成本劣势（shì）。在军事应用市场，StarLink等低轨星座（zuò）凭借其全球覆盖、传输时（shí）延低、抗毁（huǐ）性强等优势，有可能成为（wéi）美国军事领域（yù）的关（guān）键基础设施，具备广（guǎng）阔的（de）发展空间。

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