衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)分析研究

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)分析研究1.衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)概述1.1.人造衛(wèi)星概述人造衛(wèi)星（ArtificialSatellite）是指，環(huán)繞地球在空間軌道上運行的無人航天器。人造衛(wèi)星基本按照天體力學(xué)規(guī)律繞地球運動，但因在不同的軌道上受非球形地球引力場、大氣阻力、太陽引力、月球引力和光壓的影響，實際運動情況非常復(fù)雜。人造衛(wèi)星是發(fā)射數(shù)量最多、用途最廣、發(fā)展最快的航天器。人造衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量約占航天器發(fā)射總數(shù)的90%以上。按照衛(wèi)星軌道高度的不同，衛(wèi)星可以分為低軌衛(wèi)星（LEO）、中軌衛(wèi)星（MEO）和高軌地球同步通信衛(wèi)星（GEO）。LEO衛(wèi)星軌道高度500km~2000km，MEO衛(wèi)星軌道高度2000km~36000km，GEO衛(wèi)星軌道高度為36000km。1.2.衛(wèi)星通信技術(shù)概述衛(wèi)星通信技術(shù)（Satellitecommunicationtechnology）是一種利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波而進行的兩個或多個終端之間的通信技術(shù)。自20世紀(jì)90年代以來，電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展推動了衛(wèi)星移動通信的進步。衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣、通信容量大、傳輸質(zhì)量好、組網(wǎng)方便迅速、便于實現(xiàn)全球無縫鏈接等眾多優(yōu)點，被認為是建立全球移動通信必不可少的一種重要手段。1.3.衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)基本構(gòu)成衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，是基于衛(wèi)星通信系統(tǒng)，以IP為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，以互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為服務(wù)對象，能夠成為互聯(lián)網(wǎng)的一個組成部分，并能夠獨立運行的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？梢酝ㄋ椎乩斫鉃榈孛婊颈话崛肟罩械男l(wèi)星平臺，每顆衛(wèi)星都是天上的移動基站，可以為全球范圍內(nèi)用戶提供全覆蓋、高帶寬、靈活便捷的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)主要由空間段、用戶段、地面段、公用及專用網(wǎng)絡(luò)四部分等組成。在若干個軌道平面上布置多顆衛(wèi)星，由通信鏈路將多個軌道平面上的衛(wèi)星聯(lián)結(jié)起來。整個星座如同結(jié)構(gòu)上連成一體的大型平臺，在地球表面形成蜂窩狀服務(wù)區(qū)域，服務(wù)區(qū)域內(nèi)用戶至少被一顆衛(wèi)星覆蓋，用戶可以隨時接入系統(tǒng)。低軌衛(wèi)星通信可以在用戶段直接與地面終端連接，也可以通過地面關(guān)口站與地面公共網(wǎng)絡(luò)連接。2.早期衛(wèi)星移動通信受技術(shù)制約未能發(fā)揚光大2.1.低軌衛(wèi)星適合移動通信，早期由于技術(shù)原因應(yīng)用受限2.1.1.低軌衛(wèi)星特點適合移動通信地球同步軌道衛(wèi)星（GEO）在通信、電視轉(zhuǎn)播等方面的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，其缺點也很明顯，如體積大、重量大，距離地球遙遠，通信延遲長，頻譜利用率低，終端發(fā)射功率大，不易小型化等。相對GEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)有諸多優(yōu)勢，對用戶而言，通信時延縮短，數(shù)據(jù)傳輸率提高，終端重量、體積、發(fā)射功率與普通陸地移動通信終端接近，還可以與陸地通信系統(tǒng)兼容，真正做到全球無縫接入。因此，隨著衛(wèi)星制造技術(shù)的進步和市場需求的逐漸旺盛，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)被認為是最有應(yīng)用前景的衛(wèi)星移動通信技術(shù)之一。2.1.2.受制于技術(shù)原因，早期低軌衛(wèi)星在通信領(lǐng)域應(yīng)用有限低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)也存在固有的缺點，如需要衛(wèi)星數(shù)量較多，由此帶來地面控制、維護系統(tǒng)比較復(fù)雜，對通信系統(tǒng)而言，影響較大的問題是波束切換和星間切換。上世紀(jì)60年代，人們就嘗試利用低軌衛(wèi)星進行通信，軌道高度在幾百公里左右，但是由于低軌衛(wèi)星相對地面某一點不是固定的，因此地球站必須有復(fù)雜的跟蹤系統(tǒng)，同時由于低軌衛(wèi)星覆蓋面積相對較小，因此必須由多顆衛(wèi)星組成網(wǎng)絡(luò)才能實現(xiàn)全球覆蓋，并且為了保持持續(xù)通信，一條通信鏈路需要在多顆衛(wèi)星之間切換，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。因此，從1963年開始，人類利用地球同步軌道衛(wèi)星進行衛(wèi)星通信，與低軌衛(wèi)星相比數(shù)量少，并且易于控制，1964年美國發(fā)射的SYNCOM3型衛(wèi)星標(biāo)志著地球同步軌道通信衛(wèi)星時代的到來。上世紀(jì)90年代，盡管航天技術(shù)有了長足進步，但低軌衛(wèi)星通信技術(shù)問題仍沒有得到完全解決。以銥星系統(tǒng)為例，其最小切換時間間隔10.3秒。實現(xiàn)切換需要一系列信令操作過程，頻繁的切換加重了系統(tǒng)的信令負荷。銥星系統(tǒng)在運行初期的切換成功率只有85%，后來經(jīng)過改進達到92~98%，與陸地移動通信系統(tǒng)的切換掉話率不高于5×〖10〗^(-4)的指標(biāo)相比相差甚遠。2.2.銥星系統(tǒng)2.2.1.系統(tǒng)方案銥星系統(tǒng)是美國摩托羅拉公司提出的一種利用低軌道衛(wèi)星群實現(xiàn)全球衛(wèi)星移動通信的方案。銥星系統(tǒng)的原始設(shè)計是由77顆小型衛(wèi)星，均勻有序地分布于離地面785km上空的7個軌道平面上，通過微波鏈路形成全球連接網(wǎng)絡(luò)。因為其與銥原子的外層電子分布狀況有一定的類似，故取名為銥星系統(tǒng)，后期為減少投資規(guī)模，簡化結(jié)構(gòu)以及增強與其他LEO系統(tǒng)的競爭能力，摩托羅拉公司將其衛(wèi)星數(shù)降低到66顆，軌道平面降至6個圓形極地軌道，每條極地軌道上的衛(wèi)星仍為11顆，軌道高度改為765KM，衛(wèi)星直徑為1.2m，高度為2.3m，重量為386.2kg，壽命為5~8年。2.2.2.技術(shù)缺陷和成本過高導(dǎo)致破產(chǎn)銥星系統(tǒng)耗資約50億美元，1990年6月首次公布，1990年12月向美國FCC提出許可證申請，在1992年9月得到FCC的許可證。當(dāng)時銥星系統(tǒng)是設(shè)計方案中最為完整、具體，進展也很快，是十分有前景的方案，但系統(tǒng)仍存在不足，一是技術(shù)方面，受當(dāng)時設(shè)備性能制約，系統(tǒng)切換掉話率高達15％，嚴重影響通話質(zhì)量，并且數(shù)據(jù)傳輸速率僅有2.4kb/s；二是成本方面，與GSM等系統(tǒng)終端相比，暴露出業(yè)務(wù)收費高、有地區(qū)差異、手機價格高等問題，導(dǎo)致1998年底才投入運行，之后公司于2000年左右就宣告破產(chǎn)。2.2.3.新銥星公司銥星公司破產(chǎn)后，被新的銥星公司（IridiumSatelliteLLC）以2500萬美元收購，并于2001年3月28日由新的銥星公司重新提供服務(wù)。他們在市場定位、經(jīng)營策略、增加業(yè)務(wù)種類、增多用戶層面、降低手機價格、增加終端種類以及推行與主要電信供應(yīng)商合作的發(fā)展戰(zhàn)略等諸多方面進行了重大的調(diào)整，并付之實施，取得了卓有成效的業(yè)績,并且發(fā)射了補充衛(wèi)星。2006年在軌衛(wèi)星數(shù)達到78顆，為20多個國家提供緊急救援、機要通信等服務(wù)力。2.2.4.銥星二代系統(tǒng)新銥星公司于2007年提出銥星二代（IridiumNext）計劃，銥星二代保持了與第一代同樣的星座構(gòu)型，該計劃同樣由66顆衛(wèi)星組成，系統(tǒng)性能進一步提升，并拓展了一些新業(yè)務(wù)。新銥星公司委托SpaceX為其發(fā)射75顆衛(wèi)星，包括66顆軌道衛(wèi)星，以及9顆軌道備用星，發(fā)射合同總價值4.92億美元，目前已經(jīng)發(fā)射完成。IridiumNext移動用戶的最高數(shù)據(jù)速率可達128kbps，數(shù)據(jù)用戶可達1.5Mbps，Ka頻段固定站不低于8Mbps，IridiumNext主要瞄準(zhǔn)IP寬帶網(wǎng)絡(luò)化和載荷能力的可擴展、可升級，這些能力使得它能夠適應(yīng)未來空間信息應(yīng)用的復(fù)雜需求，但對于當(dāng)前日益增多的移動互聯(lián)網(wǎng)需求，尤其是5G通訊時代的來臨，銥星二代系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸能力仍顯不足。2.3.全球星系統(tǒng)2.3.1.系統(tǒng)初期建設(shè)全球星（Globalstar）系統(tǒng)是美國LQSS（LoralQualcommSatelliteService）公司于1991年6月向美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）提出的低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。根據(jù)計劃，全球星系統(tǒng)計劃在1997年底發(fā)射12～16顆衛(wèi)星，并于1998年發(fā)射其他的衛(wèi)星。全球星（Globalstar）系統(tǒng)采用低成本、高可靠的系統(tǒng)設(shè)計，一個關(guān)口站只需要35萬美元。手持機的價格只相當(dāng)于目前廣泛使用的蜂窩手機的價格，故其服務(wù)對象更適合為邊遠地區(qū)蜂窩電話用戶、漫游用戶、外國旅行者，以及希望低成本擴充通信的國家和政府通信網(wǎng)和專用網(wǎng)。按目前全球星（Globalstar）系統(tǒng)合作伙伴的分布情況來看，它可以為33個國家提供服務(wù)。2.3.2.系統(tǒng)升級換代為了適應(yīng)移動終端對數(shù)據(jù)傳輸量不斷提高的需求，全球星系統(tǒng)于2010年開始建設(shè)Globalstar2系統(tǒng)，并隨著2013年2月6日最后6顆星的成功發(fā)射，從而完成了由24顆衛(wèi)星組成的低軌移動衛(wèi)星通信星座的部署。Globalstar-2衛(wèi)星質(zhì)量為700kg，采用2片3聯(lián)太陽能帆板，初始功率為2.2kW，末級功率為1.7kW。衛(wèi)星軌道高度為1414km，軌道傾角52°。衛(wèi)星采用簡單、高效、可靠性強的“彎管式”轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)計，提供的服務(wù)包括一鍵通與廣播、先進的短報文能力（MSS）、移動視頻、GEO定位、多頻段與多模手機、GPS集成數(shù)據(jù)等。Globalstar-2衛(wèi)星系統(tǒng)推出了基于衛(wèi)星的WiFi服務(wù)，也叫Sat-Fi。Sat-Fi路由器與衛(wèi)星相連形成熱點，用戶直接通過智能手機安裝APP連接后就能上網(wǎng)，可以實現(xiàn)話音、郵件、短消息等業(yè)務(wù)，一臺Sat-Fi設(shè)備最多允許8名用戶同時接入，可提供最大發(fā)射功率為100mW，有效覆蓋范圍為約30.5m。3.國外公司加緊布局衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)3.1.技術(shù)進步使得基于低軌衛(wèi)星通信技術(shù)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實銥星系統(tǒng)、全球星系統(tǒng)建成初期，面臨與地面移動通信的有力競爭，在通話費用、終端成本、數(shù)據(jù)傳輸速率等方面都不占優(yōu)勢，因此難以大規(guī)模普及，多應(yīng)用于緊急救援、海事通信、軍用通信等特殊領(lǐng)域。隨著航天科技和電子信息技術(shù)的進步，降低了衛(wèi)星研制、量產(chǎn)和發(fā)射的成本，而衛(wèi)星通信資費的降低和數(shù)據(jù)傳輸速率的提升又帶來了大量的互聯(lián)網(wǎng)接入和大數(shù)據(jù)需求，如此廣闊的市場需求，為低軌衛(wèi)星通信的再次崛起提供了基礎(chǔ)。在網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性方面，隨著衛(wèi)星測控、星間通信等技術(shù)的進步，困擾早期銥星系統(tǒng)的掉線率高等技術(shù)問題已經(jīng)逐步得到解決，使得以低軌通信衛(wèi)星為基礎(chǔ)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)全球覆蓋，成為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的天基通信基站。在網(wǎng)絡(luò)帶寬方面，受制于電子信息技術(shù)的局限，早期的銥星網(wǎng)絡(luò)只能支持語音及短信功能，無法滿足用戶常用的網(wǎng)頁瀏覽、視頻傳輸?shù)葘拵?yīng)用場景，但是隨著電子信息技術(shù)的進步，衛(wèi)星的通信能力不斷提升，目前已經(jīng)有多種支持互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的高通量衛(wèi)星投入使用，使得通過衛(wèi)星搭建覆蓋全球、滿足用戶寬帶通信需求的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實。3.2.搶占近30億“未連接市場”，多家公司積極布局衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)據(jù)Statista公司的測算，截至2023年7月，全球互聯(lián)網(wǎng)普及率為64.5%，仍有約28億人口尚未連接互聯(lián)網(wǎng)。從世界各區(qū)域來看，歐洲、北美、南美的互聯(lián)網(wǎng)普及率超過了80%，遠超世界平均水平，但是在南亞、非洲互聯(lián)網(wǎng)普及率不到50%，低于世界平均水平。這些地區(qū)是“一帶一路”經(jīng)濟帶的重要地區(qū)，但由于地理狀況、基礎(chǔ)設(shè)施水平等因素限制，互聯(lián)網(wǎng)普及率仍處于較低水平。3.3.OneWeb系統(tǒng)3.3.1.基本情況OneWeb的前身是WorldVuSatellites公司，創(chuàng)始人是格雷格·懷勒（GregoryThaneWyler），于2012年在英國倫敦創(chuàng)立了這家企業(yè)，初步目標(biāo)是建設(shè)由數(shù)百顆衛(wèi)星組網(wǎng)的低時延低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座，目標(biāo)是“讓地球上所有人在任何地方都能無縫上網(wǎng)”。2014年，OneWeb推出第一代低軌星座設(shè)計方案，包含648顆在軌衛(wèi)星與234顆備份衛(wèi)星，總數(shù)達882顆。這些衛(wèi)星將被均勻放置在不同的極地軌道面上，距離地面1200km左右。衛(wèi)星高速運動，不同衛(wèi)星交替出現(xiàn)在上空，保障某區(qū)域的信號覆蓋。后期公司考慮增加衛(wèi)星數(shù)量，計劃數(shù)量達到近2000顆。投入運行后，OneWeb星座不僅能覆蓋美國，亦能覆蓋全球還沒有連接互聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)村邊遠地區(qū)。OneWeb的目標(biāo)是，到2027年建立健全的、覆蓋全球的低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)，為每個移動終端提供約50Mbps速率的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。2016年1月，OneWeb公司、歐洲空客防務(wù)及航天公司合資成立OneWeb衛(wèi)星公司，開啟衛(wèi)星生產(chǎn)工作。2017年6月25日，OneWeb拿到了美國低軌道衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運營執(zhí)照，獲準(zhǔn)在美服務(wù)落地。2019年2月，OneWeb首批6顆互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星成功升空。2020年3月，OneWeb宣布破產(chǎn)，后期得益于英國政府、印度巴蒂企業(yè)、休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和軟銀集團的投資，該公司于2021年底從破產(chǎn)中復(fù)蘇。截止2022年12月，OneWeb在軌運行衛(wèi)星數(shù)量超過了450顆。OneWeb業(yè)務(wù)將主要以B2B為主，不會直接向家庭出售服務(wù)。該公司將尋求與電信運營商、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商，以及任何其他向企業(yè)或家庭銷售互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的組織合作。3.3.2.與Eutelsat合并，對抗Starlink財聯(lián)社報道，2023年9月29日，法國衛(wèi)星公司Eutelsat與英國OneWeb宣布，兩家公司已經(jīng)完成了合并，成為了歐洲最大的衛(wèi)星公司，以更好地與馬斯克的星鏈項目(Starlink)展開競爭。兩家公司聯(lián)合聲明稱，已經(jīng)完成了全部股份的合并，合并之后的公司名為EutelsatGroup。新公司的總部和上市地點仍將設(shè)在巴黎。Eutelsat表示，新公司的收入預(yù)計能夠在中長期內(nèi)以兩位數(shù)的復(fù)合年均增長率增長，在2027年達到約20億歐元。而資本支出預(yù)計在2024年至2030年間每年約為7.25億至8.75億歐元。新公司的定位是成為太空通信領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，希望將Eutelsat的高通量地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)與OneWeb的低軌道地球衛(wèi)星(LEO)的優(yōu)勢結(jié)合起來，為客戶提供低延遲和無處不在的高密度網(wǎng)絡(luò)。EutelsatGroup首席執(zhí)行官EvaBerneke表示:“EutelsatGroup是全球衛(wèi)星通信領(lǐng)域唯一能夠提供無處不在的連接服務(wù)的GEO-LEO運營商，實現(xiàn)全球互聯(lián)互通是一項重要而激動人心的挑戰(zhàn)。我們可以滿足更廣泛的客戶需求，隨著我們繼續(xù)創(chuàng)新，開發(fā)未來幾代衛(wèi)星技術(shù)，我們可以為客戶和股東創(chuàng)造巨大價值?！?.4.Starlink系統(tǒng)3.4.1.規(guī)模宏大的星鏈（Starlink）系統(tǒng)2015年，SpaceX公司計劃將約1.2萬顆通信衛(wèi)星發(fā)射到軌道，并從2020年開始工作，這一項目被命名為“星鏈”（Starlink）系統(tǒng)。美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）于2018年3月批準(zhǔn)SpaceX部署4425顆第一代“星鏈”衛(wèi)星，2018年11月，F(xiàn)CC批準(zhǔn)剩余的7518顆衛(wèi)星發(fā)射計劃。2020年5月，SpaceX向FCC提交了第二代“星鏈”衛(wèi)星部署計劃申請，希望額外部署3萬顆衛(wèi)星，F(xiàn)CC在2022年12月決定，批準(zhǔn)部署其中約7500顆衛(wèi)星，其余暫緩決定，以回應(yīng)“有關(guān)軌道碎片和太空安全的擔(dān)憂”?！靶擎湣币淮l(wèi)星，第一階段4425顆衛(wèi)星發(fā)射計劃分為兩步，首先向1150km軌道高度發(fā)射1600顆衛(wèi)星，然后再發(fā)射2825顆衛(wèi)星并將它們分別安置在1110km、1130km、1275km和1325km這四個軌道高度上。4425顆衛(wèi)星會在83個軌道平面上運行，能提供類似光纖的網(wǎng)絡(luò)速度，且覆蓋面積大大提升。此外，整套系統(tǒng)具有很大的彈性，可以針對特定的地區(qū)，動態(tài)地集中信號到需要的地方，從而提供高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。SpaceX原計劃于2025年最終完成“星鏈”一代衛(wèi)星的部署，為地球上的用戶提供至少1Gbps的寬帶服務(wù)和最高可達23Gbps的超高速寬帶網(wǎng)絡(luò)，這一計劃預(yù)計成本超過100億美元。這些衛(wèi)星均采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品化設(shè)計，且用同一款火箭獵鷹9號發(fā)射。3.4.2.星鏈衛(wèi)星不斷改進，以適應(yīng)不同階段需求從2018年以來，星鏈發(fā)射了多種類型衛(wèi)星，以滿足不同階段、不同功能的需求，并且從發(fā)展趨勢來看，星鏈衛(wèi)星功能不斷完善，性能逐步增加。SpaceX公司最早于2018年2月發(fā)射了Microsat試驗星，主要用來驗證系統(tǒng)方案及器件選型，后期又推出了星鏈V0.9、V1.0、V1.5等多種型號衛(wèi)星。目前，SpaceX公司正在研制星鏈V2.0衛(wèi)星，未來用于衛(wèi)星與地面手機用戶的直連。3.4.3.衛(wèi)星發(fā)射超數(shù)量突破4800顆據(jù)騰訊網(wǎng)報道，2023年7月15日，搭載第5組第15批（G5-15）54顆星鏈V1.5衛(wèi)星的獵鷹九號運載火箭發(fā)射升空，將衛(wèi)星送入近地軌道。星鏈V1.5衛(wèi)星采用平板式設(shè)計，配備單個太陽翼，采用氪離子霍爾效應(yīng)電推系統(tǒng)，設(shè)計壽命超過5年，單星發(fā)射質(zhì)量約300千克。該星用戶鏈路使用Ku波段，單星通信容量約17～20Gbps，即每秒傳輸2.1～2.5GB數(shù)據(jù)量。本次發(fā)射是2023年“星鏈”星座第25次組批發(fā)射。至此，“星鏈”衛(wèi)星升空總數(shù)達到4822顆，其中2023年升空1156顆。3.4.4.星鏈已經(jīng)在多國投入運營目前星鏈用戶需要使用地面接收天線接收星鏈衛(wèi)星信號，例如安裝在屋頂?shù)任恢茫瑫r也可以在汽車、船舶等移動平臺上安裝。根據(jù)星鏈官網(wǎng)的數(shù)據(jù)，星鏈地面用戶通信可以實現(xiàn)220Mbps的下載速度、25Mbps的上傳速度，通信延遲為25-50毫秒。目前，Starlink接收器硬件的購買價格為599美元，上網(wǎng)服務(wù)費為每月110美元。據(jù)新浪網(wǎng)報道，2022年5月，SpaceX公司向美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）提交的一份文件顯示，該公司基于衛(wèi)星的高速互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)“星鏈”在全球擁有超過40萬用戶。SpaceX表示，2022年初用戶數(shù)量為14.5萬，2022年3月用戶數(shù)量為25萬，呈現(xiàn)快速增漲趨勢。星鏈的用戶包括個人消費者和企業(yè)用戶，并且星鏈的覆蓋范圍已經(jīng)顯著擴大，已在32個國家提供服務(wù)，并計劃在2023年將服務(wù)擴展到亞洲、非洲和中東地區(qū)。3.4.5.由星鏈拓展到星盾，開始進入國家安全領(lǐng)域2022年12月，SpaceX公司在其官網(wǎng)上首次發(fā)布了星盾（Starshield）項目。星盾利用SpaceX的星鏈技術(shù)和發(fā)射能力來支持國家安全工作。星鏈?zhǔn)菫橄M和商業(yè)用途設(shè)計的，但Starshield是為政府用途設(shè)計的，最初主要關(guān)注三個領(lǐng)域：（1）地球觀測領(lǐng)域，星盾發(fā)射搭載多種傳感器載荷的遙感衛(wèi)星，并將處理后的數(shù)據(jù)直接提供給用戶；（2）通信領(lǐng)域，星盾通過星盾用戶設(shè)備為政府用戶提供有保證的全球通信；（3）托管有效負載，星盾開發(fā)衛(wèi)星數(shù)據(jù)總線以支持最苛刻的客戶有效載荷任務(wù)。在安全性方面，星鏈已經(jīng)提供了有效的端到端用戶數(shù)據(jù)加密。星盾使用額外的高等級加密技術(shù)，能夠托管分類有效載荷并安全地處理數(shù)據(jù)，滿足最苛刻的政府要求?；ゲ僮餍苑矫?，星鏈的衛(wèi)星間激光通信終端，是當(dāng)今唯一在軌道上大規(guī)模運行的通信激光器，可以集成到合作伙伴衛(wèi)星上，以便能夠整合到星盾網(wǎng)絡(luò)中。可擴展性方面，星盾可擴展的低地球軌道架構(gòu)提供了多種在軌資源的連接及拓展功能，而SpaceX經(jīng)過驗證的火箭發(fā)射能力能夠為后續(xù)航天器的發(fā)射提供有效手段。據(jù)CNBC報道，2023年9月，美國太空軍（U.S.SpaceForce）授予SpaceX一份價值7000萬美元的合同，其中包括提供商業(yè)合同中未包含的“獨特條款和條件”的星鏈互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，該產(chǎn)品線的服務(wù)是星盾（Starshield）項目的一部分，是已知的第1例星盾服務(wù)合同。3.4.6.星鏈的手機直連功能已經(jīng)提上日程1）當(dāng)前星鏈系統(tǒng)尚不具備直連手機功能當(dāng)前，星鏈通信系統(tǒng)在地面端，需要使用接收天線接收/發(fā)射信息，地面衛(wèi)星天線是相控陣天線，在衛(wèi)星經(jīng)過鏈接范圍時會自動對準(zhǔn)衛(wèi)星，因此并不需要轉(zhuǎn)動天線即可將波束對準(zhǔn)衛(wèi)星與之建立聯(lián)系，由于是低軌衛(wèi)星，這些衛(wèi)星消失在“視野”中之前建立的鏈接并不長久，不過會有下一顆衛(wèi)星“接任”。星鏈的地面天線后還有一個接入的網(wǎng)關(guān)，該設(shè)備類似一臺無線路由器，可以通過有線或者無線的方式接入其他設(shè)備，比如手機、筆記本電腦或者臺式機等，也可以是一需要上網(wǎng)的任何設(shè)備。受衛(wèi)星通信頻率、天線尺寸等因素限制，當(dāng)前星鏈系統(tǒng)只能支持體積較大的地面接收終端設(shè)備，無法支持手機與衛(wèi)星直連。2）聯(lián)合T-Mobile準(zhǔn)備推出星鏈2.0版本，未來將支持手機直連據(jù)騰訊網(wǎng)報道，2023年10月，星鏈官網(wǎng)全新推出星鏈直連手機業(yè)務(wù)（StarlinkDirecttoCell）。未來普通消費級手機可以直接連接星鏈衛(wèi)星，使用其相關(guān)服務(wù)。該業(yè)務(wù)適用于現(xiàn)有的LTE手機，無需更改硬件、固件或特殊應(yīng)用程序，即可通過星鏈衛(wèi)星發(fā)送文本、語音和數(shù)據(jù)。此計劃是SpaceX公司與電信運營商T-Mobile聯(lián)合推出，預(yù)計2024年實現(xiàn)短信發(fā)送，2025年實現(xiàn)語音通話和上網(wǎng)（Data），同年分階段實現(xiàn)IOT（物聯(lián)網(wǎng)）。在本方案中T-Mobile公司提供了地面頻譜資源，SpaceX公司則通過攜帶巨大天線的星鏈V2.0衛(wèi)星實現(xiàn)與地面普通手機的互聯(lián)。馬斯克透露，星鏈V2.0衛(wèi)星的體積將明顯大于此前版本的星鏈衛(wèi)星，其長度將達到7米。將使用星艦（Starship）進行該型衛(wèi)星的發(fā)射，但他同時表示如果星艦無法按時交付，將由獵鷹9火箭發(fā)射星鏈V2.0衛(wèi)星，但需要對衛(wèi)星外形進行修改，以適應(yīng)其整流罩。星鏈V2.0衛(wèi)星的通信載荷在原先Ku、Ka天線和星間激光鏈路的基礎(chǔ)上，將增加一個面積達到25平方米的中頻PCS頻譜（mid-bandPCSspectrum）天線，以實現(xiàn)與地面手機的直接通信。每個中頻PCS頻譜天線將在地面形成一個通信單元格，通信帶寬為2-4Mbits，單元格中的手機將可以通過直連衛(wèi)星實現(xiàn)通信。未來，衛(wèi)星與手機的直連服務(wù)將可以覆蓋任何客戶可以看到天空的地方，這意味著即使離開地面基站覆蓋范圍，也可以收發(fā)短信并最終實現(xiàn)手機通話2023年8月11日，太空探索技術(shù)公司再次發(fā)射22顆星鏈V2Mini衛(wèi)星，星鏈V2Mini版的通信能力是星鏈V1.5版的4倍。和星鏈V1.5版相比，星鏈V2Mini版增加了更多強大的相控陣天線，并為網(wǎng)關(guān)站的回程鏈路增加了E波段。星鏈V2Mini版的單星重量達到了800公斤左右，幾乎是星鏈V1.5版的三倍。星鏈V2Mini版的尺寸也更大，寬度超過4.1米。星鏈V2Mini版的太陽翼向兩側(cè)展開，太陽翼展開之后整星寬度約30米；星鏈V2Mini版衛(wèi)星的總面積達到了116平方米，是星鏈V1.5表面積的4倍多。而星鏈V2版的總表面積將在星鏈V2Mini版基礎(chǔ)上再翻一倍。3.4.7.星鏈依托SWARM微小衛(wèi)星進入物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域2021年8月，SpaceX收購了專注于微型衛(wèi)星的Swarm公司。SpaceX不僅將獲得Swarm的技術(shù)，還獲得了FCC的衛(wèi)星和地面站許可證。Swarm公司的目標(biāo)是生產(chǎn)價格低廉的微型衛(wèi)星。該公司開發(fā)了它所描述的"太空中最小的商業(yè)運營衛(wèi)星"，每個衛(wèi)星的尺寸為11x11x2.8厘米。每顆衛(wèi)星僅重400克，它們可以批量放入發(fā)射部署器中，比傳統(tǒng)的設(shè)計更容易釋放，成本也僅僅是傳統(tǒng)小型衛(wèi)星發(fā)射入軌的很小一部分。與Starlink不同的是，Swarm的目標(biāo)不是為游戲、媒體流和瀏覽提供高速通信服務(wù)，相反，該網(wǎng)絡(luò)旨在用于物聯(lián)網(wǎng)（IoT），有可能應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、海事、能源和其他領(lǐng)域的數(shù)據(jù)流量需求較小的設(shè)備。例如，分布在農(nóng)場周圍的遠程傳感器可以傳回關(guān)于當(dāng)?shù)亟涤旰屯寥罓顩r的更新信息；部署在海上的傳感器可能有助于形成天氣預(yù)報。盡管目前已經(jīng)存在使用衛(wèi)星連接的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，但Swarm旨在大大降低其價格。例如，一個單獨的SwarmTile是119美元；每個設(shè)備的月服務(wù)費僅5美元。4.衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進入戰(zhàn)略機遇期4.1.世界各國軌道頻譜資源競爭激烈軌道和頻譜是通信衛(wèi)星能夠正常運行的先決條件，單顆低軌衛(wèi)星覆蓋范圍小，必須增加數(shù)量以實現(xiàn)全球覆蓋，因此，面對有限的軌道、頻譜資源，Oneweb、SpaceX、亞馬遜等行業(yè)巨頭，以及Google、Facebook等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)均加入了低軌通信衛(wèi)星競爭陣營，紛紛推出自己的低軌通信衛(wèi)星建造計劃，甚至SpaceX的Starlink計劃衛(wèi)星數(shù)量達到驚人的42000顆，未免有“跑馬圈地”的意味，目前，國外已經(jīng)公布的低軌通信衛(wèi)星方案中，衛(wèi)星總數(shù)量約為31467顆，衛(wèi)星軌道高度主要集中在500~1500km之間，頻段主要集中在Ka、Ku和V頻段，在軌道高度十分范圍有限、頻段高度集中的情況下，衛(wèi)星軌道和頻譜的競爭將愈加激烈。由于軌道和頻譜在國際電信聯(lián)盟的有效占有時間有限，不如期發(fā)射衛(wèi)星會導(dǎo)致原有軌道和頻譜失效，因此，預(yù)計下一階段各家公司將搶先發(fā)射衛(wèi)星，以實際占有軌道和頻譜，軌道和頻譜的爭奪將愈演愈烈。4.2.邊際成本低，適合基礎(chǔ)設(shè)施薄弱地區(qū)實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋傳統(tǒng)的地面蜂窩移動通信（CellularMobileCommunication）是采用蜂窩無線組網(wǎng)方式，在終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通過無線通道連接，進而實現(xiàn)用戶在活動中可相互通信。其主要特征是終端的移動性，并具有越區(qū)切換和跨本地網(wǎng)自動漫游功能。單個蜂窩通信基站覆蓋面積小，在密集城區(qū)的4G基站，覆蓋半徑一般只有幾百米，因此為了實現(xiàn)廣泛覆蓋，需要建設(shè)多個通信基站。大量的基站聯(lián)合起來，再加上其他的一些傳輸，控制節(jié)點，就組成了一張蜂窩移動通信網(wǎng)。根據(jù)工信部的數(shù)據(jù)，截止2022年底，全國移動通信基站總數(shù)達1083萬個，全年凈增87萬個。其中5G基站為231.2萬個，全年新建5G基站88.7萬個，占移動基站總數(shù)的21.3%。我國4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時期，移動通信固定資產(chǎn)投入超萬億元人民幣。由于地面通信基站需要電源、光纖網(wǎng)絡(luò)等設(shè)施的配套，因此在一些偏遠山區(qū)、沙漠、海島等區(qū)域建設(shè)地面通信基站需要更多的資金投入，并且由于這些區(qū)域用戶數(shù)量較少，投入產(chǎn)出比亦較低，因此，利用地面通信基站難以實現(xiàn)通信服務(wù)的無死角全覆蓋。相比之下，衛(wèi)星具有更大的覆蓋范圍，例如一顆“星鏈”衛(wèi)星在550km軌道上可以覆蓋地面506km的半徑范圍，相當(dāng)于約64萬平方公里土地面積，比地面通信基站的覆蓋范圍大數(shù)個數(shù)量級，并且，利用星間通信等措施，可以實現(xiàn)多顆衛(wèi)星之間的通信，從而在太空中構(gòu)成一個衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)全球覆蓋。再結(jié)合地面站，就可以實現(xiàn)太空網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)的融合，從而實現(xiàn)多維度的網(wǎng)絡(luò)通信，做到真正意義上的全球無死角覆蓋。從邊際成本上來看，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)由于其覆蓋面積廣，在拓展新區(qū)域用戶時，不需要建設(shè)大量地面基站及相應(yīng)配套設(shè)施，尤其對于基礎(chǔ)設(shè)施比較薄弱的地區(qū)，或者地廣人稀，分布面積大，但用戶數(shù)量少的戈壁、海島等地區(qū)，使用衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)不需要大量地面基礎(chǔ)設(shè)施投入，因此比地面基站具有更大的邊際成本優(yōu)勢。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在應(yīng)用初期將主要彌補地面通信的盲區(qū)，如海洋、高山、荒漠等區(qū)域，后期隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星數(shù)量以及通信帶寬的不斷拓展，有望逐步向農(nóng)村等地廣人稀的區(qū)域拓展用戶。我國“一帶一路”經(jīng)濟走廊主要分布于亞洲、非洲、歐洲等地區(qū)，根據(jù)Statista公司的測算，南亞、東非、西非、中非等地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)普及率不及50%，低于世界平均水平，北非、東南亞、西亞、中亞等地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)普及率大約為70%左右，雖然高于世界平均水平，但是距離歐美等發(fā)達地區(qū)90%以上互聯(lián)網(wǎng)普及率仍有較大差距，未來互聯(lián)網(wǎng)需求空間廣闊?；ヂ?lián)網(wǎng)覆蓋率低的區(qū)域通常也是通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)較為落后或地廣人稀的地區(qū)，如果使用傳統(tǒng)通信手段覆蓋欠發(fā)達地區(qū)或者無人區(qū)，需要建設(shè)大量的通信網(wǎng)絡(luò)、電力網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施，投資較大，如果使用衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)進行覆蓋，則會省去大量地面光纜、電力系統(tǒng)等配套基礎(chǔ)設(shè)施投入，成本更具優(yōu)勢。4.3.中國力量加入衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)競爭陣營4.3.1.我國現(xiàn)有衛(wèi)星通信以廣播通信為主，衛(wèi)星移動通信客戶逐步增漲我國目前的衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有衛(wèi)星廣播通信、衛(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星移動通信三種類型。在衛(wèi)星廣播通信領(lǐng)域，我國衛(wèi)星廣播通信建設(shè)時間早、客戶數(shù)量多，是目前衛(wèi)星通信服務(wù)的主要模式，我國發(fā)射了中星、亞太系列等多顆廣播通信衛(wèi)星，通信業(yè)務(wù)實現(xiàn)了亞洲、歐洲、非洲、太平洋等區(qū)域覆蓋。在衛(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，我國高通量寬帶衛(wèi)星發(fā)展剛剛起步，整體技術(shù)水平、系統(tǒng)容量和服務(wù)能力與國外先進衛(wèi)星系統(tǒng)尚有差距。2017年發(fā)射的首顆高通量Ka寬帶衛(wèi)星“中星16號”，容量達到20Gbps，主要面向遠程教育、醫(yī)療、機載和船舶通信、應(yīng)急通信等領(lǐng)域的互聯(lián)網(wǎng)接入，不能面向個人移動用戶。在衛(wèi)星移動通信領(lǐng)域，2016年我國發(fā)射的天通一號衛(wèi)星是我國自主建設(shè)的首個移動通信衛(wèi)星星座，支持最低1.2Kbps電路域話音、最高分組域384Kbps的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，標(biāo)志著我國衛(wèi)星移動通信進入了新紀(jì)元。中國衛(wèi)通是我國衛(wèi)星廣播通信的主要運營商，公司擁有亞太系列、中星系列等多顆通信衛(wèi)星，形成了衛(wèi)星運營服務(wù)、行業(yè)系統(tǒng)集成、綜合信息服務(wù)三大主業(yè)協(xié)同發(fā)展格局，在國內(nèi)衛(wèi)星通信方面發(fā)揮了重要作用。4.3.2.天通一號衛(wèi)星實現(xiàn)衛(wèi)星移動通信天通一號衛(wèi)星系統(tǒng)由航天五院研制，2016年8月6日，天通一號01星成功發(fā)射，實現(xiàn)了我國移動通信衛(wèi)星零的突破，是我國S頻段大容量地球同步軌道移動通信衛(wèi)星的首發(fā)星。2020年11月12日、2021年1月20日，天通一號02、03星相繼發(fā)射升空。天通一號是我國首個移動通信衛(wèi)星星座，填補了國家商用衛(wèi)星移動通信服務(wù)空白，該系統(tǒng)是我國空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶終端組成，空間段目前由3顆地球同步軌道移動通信衛(wèi)星組成。組網(wǎng)運行后，天通一號實現(xiàn)亞太地區(qū)全覆蓋，提升了國家應(yīng)急通信保障能力，也擴展了我國國土及周邊海域各類手持和小型移動終端語音與數(shù)據(jù)通信覆蓋面，能夠滿足更多用戶多樣化通信需求，提供全天候、全天時、穩(wěn)定可靠的話音、短消息和數(shù)據(jù)等移動通信服務(wù)。在面向社會提供服務(wù)方面，中國電信運營的手機號段1740用戶，在衛(wèi)星服務(wù)區(qū)內(nèi)使用天通衛(wèi)星手機或終端就能進行語音、短信、數(shù)據(jù)通信及位置服務(wù)。早期的天通手機，如2018年大唐公司出品的天通手機，為了增強天線接收靈敏度，需要外置天線，體積、重量相比大眾智能手機更大、更重，便攜性不佳，更類似于專業(yè)領(lǐng)域的衛(wèi)星電話，難以進入大眾消費領(lǐng)域。2023年8月，華為公司發(fā)布的Mate60Pro手機，通過技術(shù)改進，成功將衛(wèi)星通信器件小型化，成為全球首款支持衛(wèi)星通話的大眾智能手機，從而使得衛(wèi)星通話手機進入大眾電信消費領(lǐng)域。從天通衛(wèi)星工作頻段來看，天通衛(wèi)星工作在S頻段，接收頻率為2170-2200MHz，發(fā)射頻率為1980-2010MHz。相比之下，日常使用的地面移動通信TDD-LTEBand38、39、40三個頻段頻率分別為2570-2620MHz、1880-1920MHz、2300-2400MHz，從頻段上來看，天通衛(wèi)星的S頻段與地面移動通信網(wǎng)絡(luò)頻段接近，從而為手機直連衛(wèi)星提供了技術(shù)基礎(chǔ)，未來隨著天通衛(wèi)星通信器件的普及，衛(wèi)星通信功能有望在更多的大眾智能手機上得到應(yīng)用。4.4.衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提上日程我國疆域遼闊，自然地形復(fù)雜。在面對偏遠山區(qū)的自然村落時，與地面基站相比，“從天上”解決成本更低，并且能夠同時解決海上通信問題。2016年12月的《十三五國家信息化規(guī)劃》中明確提及“通過移動蜂窩、光纖、低軌衛(wèi)星等多種方式，完善邊遠地區(qū)及貧困地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋?！?020年4月，國家發(fā)改委將“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”列入“新基礎(chǔ)設(shè)施”名單，與5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、新能源充電樁并行。2021年4月28日，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，組建中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團有限公司，列入國務(wù)院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會履行出資人職責(zé)的企業(yè)名單。據(jù)新華社報道，2023年7月9日，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丙運載火箭，成功將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進入預(yù)定軌道，從而標(biāo)志著我國在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域邁出了重要一步。2023年10月8日，工信部信息通信管理局發(fā)布《關(guān)于創(chuàng)新信息通信行業(yè)管理優(yōu)化營商環(huán)境的意見（征求意見稿）》，提出“分步驟、分階段推進衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)準(zhǔn)入制度改革，不斷拓寬民營企業(yè)參與電信業(yè)務(wù)經(jīng)營的渠道和范圍?！痹诿耖g投資方面，據(jù)《華爾街日報》報道，2018年底中國已有約80家太空技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)投入這一領(lǐng)域，太空已成中國商界的“新邊疆”。以銀河航天為代表的民間資本低軌衛(wèi)星公司，2018年連續(xù)完成A輪三次融資，投資方包括順為資本、晨興資本、IDG資本、高榕資本、源碼資本、君聯(lián)資本等。按照銀河航天徐鳴的估算，如果要讓全球每一個角落都能聯(lián)網(wǎng)，投入低軌道通信衛(wèi)星的成本，有機會降到基站建設(shè)成本的1%。4.4.1.“鴻雁”星座1）方案組成“鴻雁”全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)由中國航天科技集團公司提出，該系統(tǒng)將由300顆低軌道小衛(wèi)星及全球數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理中心組成，具有全天候、全時段及在復(fù)雜地形條件下的實時雙向通信能力，可為用戶提供全球?qū)崟r數(shù)據(jù)通信和綜合信息服務(wù)。“鴻雁”星座首期投資約200億元，是我國首個國家級的、投資規(guī)模最大的、具有里程碑意義的商業(yè)航天項目，將實現(xiàn)“溝通連接萬物、全球永不失聯(lián)”。項目創(chuàng)新運營高效的商業(yè)模式，聚集全社會資源，打造覆蓋芯片、終端、系統(tǒng)集成、運營服務(wù)及人才培養(yǎng)等環(huán)節(jié)的完整產(chǎn)業(yè)鏈條，創(chuàng)新衛(wèi)星及運載火箭規(guī)?；兄颇Ｊ胶土鞒?，培育新經(jīng)濟增長點，將帶動上下游超千億元產(chǎn)值規(guī)模。2）首發(fā)星成功入軌據(jù)新華網(wǎng)報道，2018年12月29日，長征二號丁運載火箭成功將“鴻雁”星座首顆試驗星送入預(yù)定軌道。首發(fā)星是“鴻雁”星座的試驗星，由深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司制造，采用了該公司研制的CAST5高性價比微小衛(wèi)星平臺，該星具有L/Ka頻段的通信載荷、導(dǎo)航增強載荷、航空監(jiān)視載荷，可實現(xiàn)“鴻雁”星座關(guān)鍵技術(shù)在軌試驗，同時研制了地面系統(tǒng)與終端，衛(wèi)星入軌后可陸續(xù)開展衛(wèi)星移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、熱點信息廣播、導(dǎo)航增強、航空監(jiān)視等功能的試驗驗證，為后續(xù)的“鴻雁”星座的全面建設(shè)及運營提供有力支撐。“鴻雁”星座還有一個重要應(yīng)用就是提供航空數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可支持飛機前艙的安全通信業(yè)務(wù)，為航空器追蹤及應(yīng)急處理提供可靠的通信保障，同時支持后艙寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。中國航天科技集團目前已與中國民航局簽訂合作協(xié)議，共同開展“鴻雁”星座系統(tǒng)空管應(yīng)用研究及機載寬帶通信服務(wù)合作。4.4.2.“虹云”星座1）方案組成“虹云”星座是中國航天科工大力推動商業(yè)航天發(fā)展的“五云一車”（飛云、快云、行云、虹云、騰云和飛行列車）項目之一，旨在構(gòu)建覆蓋全球的低軌寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)，計劃發(fā)射156顆衛(wèi)星，它們在距離地面1000km的軌道上組網(wǎng)運行，以天基互聯(lián)網(wǎng)接入能力為基礎(chǔ)，融合低軌導(dǎo)航增強、多樣化遙感，實現(xiàn)通、導(dǎo)、遙的信息一體化，構(gòu)建一個星載寬帶全球移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無差別的全球覆蓋。2）首顆技術(shù)驗證衛(wèi)星“武漢”號順利發(fā)射據(jù)新浪網(wǎng)報道，2018年12月22日，“虹云”工程首星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，進入預(yù)定軌道，標(biāo)志著中國打造天基互聯(lián)網(wǎng)也邁出了實質(zhì)性的第一步。該星由中國航天科工在武漢的國家航天產(chǎn)業(yè)基地生產(chǎn)，該基地將成為具備衛(wèi)星批產(chǎn)能力的智能化衛(wèi)星生產(chǎn)線，以支撐2022年左右整個星座衛(wèi)星的批量生產(chǎn)，為“虹云”工程后續(xù)星座組網(wǎng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)?！昂缭啤惫こ淌仔鞘状螌⒑撩撞ㄏ嗫仃嚰夹g(shù)應(yīng)用于低軌寬帶通信衛(wèi)星，能夠利用動態(tài)波束實現(xiàn)更加靈活的業(yè)務(wù)模式。除通信主載荷外，虹云工程首星還承載了光譜測溫儀和3S（AIS/ADSB/DCS）載荷，將實現(xiàn)高層大氣溫度探測和船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）信息、飛機廣播式自動相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）信息和傳感器數(shù)據(jù)信息采集（DCS），實現(xiàn)通、導(dǎo)、遙的信息一體化，可廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、環(huán)境、海事、空管等領(lǐng)域。5.降低衛(wèi)星制造成本是大規(guī)模部署衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的前提5.1.早期衛(wèi)星成本高昂，限制衛(wèi)星星座大規(guī)模建設(shè)低軌衛(wèi)星的研發(fā)、制造、發(fā)射等成本高昂，已成為制約業(yè)內(nèi)公司可持續(xù)發(fā)展的重要因素。1997-1999三年間，銥星（Iridium）、全球星（Globalstar）和軌道通信（Orbcomm）等衛(wèi)星移動通訊公司密集發(fā)射衛(wèi)星完善產(chǎn)業(yè)布局，但三家公司在隨后幾年里因成本管控不當(dāng)先后申請破產(chǎn)保護。銥星公司66顆衛(wèi)星組成的通信系統(tǒng)總成本共計50億美元，持續(xù)的高成本運營不堪重負，最終由于無法償還貸款而宣告破產(chǎn)，同期競爭對手全球星、軌道通信衛(wèi)星也面臨破產(chǎn)威脅。2007年，銥星公司啟動了銥星2代（IridiumNEXT）星座用來替換原有銥星，銥星2代仍然是66在軌衛(wèi)星，總造價約30億美元，僅為一代的60%，卻有著更好的數(shù)據(jù)速率和語音質(zhì)量，也兼容老一代的通信終端和業(yè)務(wù)。星鏈計劃衛(wèi)星數(shù)量龐大，因此衛(wèi)星造價對于星鏈計劃能夠順利實施至關(guān)重要，SpaceX也采取多種手段降低衛(wèi)星制造成本。按照摩根士丹利分析師的估算，早期星鏈衛(wèi)星制造成本約為100萬美元/顆，發(fā)射成本5000萬美元/次，獵鷹9運載能力達到60顆/次。根SpaceX公司COO格溫·肖特維爾曾透露稱：在復(fù)用一級火箭和整流罩的樂觀狀態(tài)下，單顆Starlink衛(wèi)星制造成本有望低于50萬美元，單次發(fā)射成本降至1500萬美元。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，完全部署4.2萬顆Starlink衛(wèi)星，需投入衛(wèi)星制造成本210億美元，發(fā)射成本105億美元。5.2.通過批量化生產(chǎn)降低衛(wèi)星成本星鏈發(fā)射前，圍繞地球運行的在軌衛(wèi)星共約有1400余顆，估計還有2600多顆衛(wèi)星已經(jīng)不再工作，只是漂浮在太空之中，加上這部分已經(jīng)退役的衛(wèi)星，人類已發(fā)射的衛(wèi)星總數(shù)約為4000多顆。相比之下，星鏈計劃發(fā)射的通信衛(wèi)星數(shù)量將超過人類已發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)。由于以往衛(wèi)星批次數(shù)量少，因此難以大規(guī)模批量制造，隨著低軌衛(wèi)星星座中衛(wèi)星數(shù)量的大幅增加，為批次建造衛(wèi)星提供了前提，從而能夠通過批量化制造來降低單星成本。早期，OneWeb引入了汽車制造的概念，將衛(wèi)星各系統(tǒng)模組化，在生產(chǎn)線大量使用自動化設(shè)備。在此模式下，OneWeb的“衛(wèi)星工廠”每周能生產(chǎn)16顆衛(wèi)星，年產(chǎn)量達到648顆衛(wèi)星。批量化生產(chǎn)可以降低衛(wèi)星的生產(chǎn)成本，2015年時設(shè)定的目標(biāo)是使每顆通信衛(wèi)星的造價降低至50萬美元。在國內(nèi)，小型衛(wèi)星的制造商同樣采取“流水線”式的制造模式來降低衛(wèi)星成本。據(jù)澎湃網(wǎng)報道，2021年11月26日，“G60星鏈”產(chǎn)業(yè)基地啟航儀式在上海舉行。該項目由松江區(qū)、聯(lián)和投資、臨港集團三方共同打造，將建設(shè)長三角首個衛(wèi)星制造的“燈塔工廠”?！癎60星鏈”產(chǎn)業(yè)基地一期項目占地面積120畝，建筑面積20萬平方米，將建設(shè)數(shù)字化衛(wèi)星制造工廠、衛(wèi)星在軌測運控中心、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)運營中心。其中，衛(wèi)星工廠的設(shè)計產(chǎn)能將達到300顆/年，單星成本將下降35%。預(yù)計于2023年投入使用。項目規(guī)劃分三期建設(shè)，“十四五”期間完成“152”工程：即建成1個全球低軌衛(wèi)星通信星座，建成面積超500畝的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)集群，形成規(guī)模超200億的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用生態(tài)。2021年1月，中國航天科工集團有限公司二院空間工程公司，完成了我國首條批產(chǎn)衛(wèi)星智能生產(chǎn)線的研制、生產(chǎn)及安裝工作，正式轉(zhuǎn)入現(xiàn)場試運行階段。衛(wèi)星從原材料出庫到整星檢驗合格入庫，需經(jīng)歷艙板級部裝、衛(wèi)星總裝、整星電性能測試、通信載荷測試、機械精度測試、太陽翼安裝與性能測試、質(zhì)量特性測試、振動試驗、真空熱試驗、檢漏試驗等十余道工序。如果關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)全部由機器來替代，生產(chǎn)效率能夠提高40%以上。從單件小批量手工生產(chǎn)到高度自動化生產(chǎn)，在保證衛(wèi)星裝配測試過程滿足技術(shù)要求的同時優(yōu)化了工藝流程，該產(chǎn)線有望達到年產(chǎn)240顆以上小衛(wèi)星的設(shè)計產(chǎn)能目標(biāo)。據(jù)中國空間技術(shù)研究院官網(wǎng)報道，2022年初，天津航天產(chǎn)業(yè)基地全面建成，該基地采用柔性制造模式，年產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)量可達200顆以上，并已啟動試生產(chǎn)工作。該中心是一座高水準(zhǔn)、現(xiàn)代化的“星星工廠”，按照“脈動式”節(jié)拍化生產(chǎn)，由中國空間技術(shù)研究院通信與導(dǎo)航衛(wèi)星總體部負責(zé)抓總建設(shè)。項目于2019年啟動建設(shè)，主要目的是適應(yīng)國內(nèi)衛(wèi)星星座建設(shè)項目蓬勃發(fā)展的需求。5.3.抗輻照加固器件成本較高，制約衛(wèi)星成本5.3.1.太空環(huán)境對電子器件的影響運行在太空中的航天器由于沒有地球大氣層的保護，將會受到更多空間粒子的輻照，如重粒子、質(zhì)子、α粒子、中子等，航天器中的電子設(shè)備受輻照影響容易出現(xiàn)性能下降甚至失效的情況。太空輻射環(huán)境對電子設(shè)備的效應(yīng)主要分為兩類，一類是輻射總劑量TID(TotalIonizingDose)，另一類是單粒子效應(yīng)SEE(Single-EventEffect)。單粒子效應(yīng)指單個高能粒子撞擊引起的電子器件狀態(tài)的瞬時擾動，或是永久性的損傷。單粒子效應(yīng)又可以分為單粒子翻轉(zhuǎn)SEU(SingleEventUpset)和單粒子閉鎖SEL(Single-EvcntLatchup)兩類。5.3.2.抗輻照加固技術(shù)綜述抗輻照加固技術(shù)可分為兩大類：工藝加固（RadiationHardenByProcess,RHBP）和設(shè)計加固（RadiationHardenByDesign,RHBD）。工藝加固是通過構(gòu)建特殊的工藝線來實現(xiàn)抗輻照加固。在半導(dǎo)體襯底材料方面，通常的作法是將半導(dǎo)體硅襯底替換為硅絕緣體襯底（絕緣體上硅，SOI）或藍寶石襯底（藍寶石上硅，SOS）?？馆椪占庸桃r底的優(yōu)點是，如果有一個器件被高能粒子擊中，加固襯底能夠有效地減少雜散電流向其鄰近器件擴散。在封裝材料方面，一般采用陶瓷封裝替代塑料封裝等。工藝加固存在以下兩個問題：一是目前生產(chǎn)工藝線廠商少、工藝線產(chǎn)量小，進而成本很高，不具備廣泛的適用性；二是因為專用工藝線具有抗輻照能力，工藝線流程更加復(fù)雜，導(dǎo)致電路在性能上不及通用工藝線。設(shè)計加固對器件工藝沒有特殊要求，主要通過優(yōu)化電路和系統(tǒng)設(shè)計進行加固來提高集成電路可靠性。因而，設(shè)計加固是目前國內(nèi)外集成電路進行抗輻照加固的主流技術(shù)。常見的電路加固方法有增加保護性有源結(jié)構(gòu)，增大敏感節(jié)點對間距等。在系統(tǒng)設(shè)計方面，常采用的方法有糾錯檢錯方法、多冗余技術(shù)等。5.3.3.抗輻照工藝加固案例1）微芯科技耐輻射單片機MicrochipTechnologyInc.（美國微芯科技公司）于2019年面向航空航天業(yè)，推出了基于Arm?內(nèi)核的單片機——SAMV71Q21RT耐輻射單片機和SAMRH71抗輻照單片機，將商用現(xiàn)貨（COTS）技術(shù)的低成本和大型生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)勢與宇航級器件可調(diào)節(jié)的防輻射性能相結(jié)合。基于汽車級SAMV71單片機打造的SAMV71Q21RT耐輻射單片機和SAMRH71抗輻照單片機，采用了廣泛使用的Arm?Cortex?-M7片上系統(tǒng)（SoC），有助于提升空間系統(tǒng)的集成度，在降低成本的同時提升性能。兩款器件均可使用SAMV71的完整軟件開發(fā)工具鏈，從而顯著縮短開發(fā)時間、降低成本。初步開發(fā)工作在COTS器件上完成后，所有在這個階段開發(fā)的軟件都可以被移植到采用高可靠性塑封和宇航級陶瓷封裝的耐輻射或抗輻照單片機上。SAMV71Q21RT耐輻射單片機可重用全套COTS掩模組，具有一定的引腳兼容性，從而可立即實現(xiàn)COTS器件到合規(guī)宇航級器件的移植。SAMV71Q21RT的耐輻射性能是低軌地球衛(wèi)星星座、太空機器人等太空應(yīng)用領(lǐng)域的良好選擇，SAMRH71的抗輻照性能則更適合陀螺儀、星體跟蹤器等更為重要的子系統(tǒng)。SAMV71Q21RT耐輻射器件可耐受累計達30Krad（Si）的總電離輻射劑量（TID），同時具有閉鎖抗擾能力，且不會被重離子破壞。2）意法半導(dǎo)體耐輻射系列芯片與發(fā)射到地球靜止軌道的高軌道衛(wèi)星相比，低軌道衛(wèi)星受到的大氣保護更多，受輻射程度更低。此外，低軌道衛(wèi)星設(shè)計壽命較短。雖然低軌道衛(wèi)星對電子元件的性能和質(zhì)量保證要求與傳統(tǒng)衛(wèi)星相近，但抗輻照能力要求較低。從歷史上看，航天用元器件一直被安裝在密封的陶瓷封裝內(nèi)，以通過嚴格的QML或ESCC認證和生產(chǎn)流程測試，導(dǎo)致這些通常小批量生產(chǎn)的元器件成本相對較高。意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)面向新一代小型低軌道(LEO)衛(wèi)星的設(shè)計和量產(chǎn)，開發(fā)了系列抗輻照加固功率、模擬和邏輯芯片，這些芯片采用低成本塑料封裝，為衛(wèi)星電子電路提供重要功能應(yīng)用。意法半導(dǎo)體2022年3月發(fā)布了該系列的首批九款產(chǎn)品，可用于整個衛(wèi)星系統(tǒng)，例如，發(fā)電配電、星載計算機、衛(wèi)星遙感跟蹤器、收發(fā)器等衛(wèi)星系統(tǒng)。意法半導(dǎo)體今后幾個月繼續(xù)發(fā)布新品擴大該系列，增加更多功能，以進一步擴大設(shè)計師的選擇范圍。意法半導(dǎo)體的新型LEO抗輻照加固塑料封裝元器件可以直接用于航天器，在產(chǎn)品認證和制程方面進行了產(chǎn)品優(yōu)化，具有規(guī)模經(jīng)濟效益。新產(chǎn)品不需要用戶進行額外的認證或篩選測試，因此消除了巨大成本和風(fēng)險。3）國內(nèi)抗輻照芯片在國內(nèi)，北京微電子技術(shù)研究所和中科院微電子所都開發(fā)了抗輻照芯片產(chǎn)品。北京微電子技術(shù)研究所隸屬于中國航天科技集團公司第九研究院，是國家重點軍用電子元器件研制單位。以領(lǐng)先的抗輻照加固集成電路設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)，面向全球提供高端宇航電子元器件產(chǎn)品、高性能抗輻照IP及ASIC設(shè)計服務(wù)、高可靠陶瓷封裝設(shè)計及封裝服務(wù)、高性能集成電路測試和可靠性驗證等服務(wù)。抗輻照FPGA、抗輻照AD/DA、抗輻照SRAM、抗輻照總線和65nm抗輻照加固IP等多款產(chǎn)品和技術(shù)已經(jīng)為全球多家宇航公司提供了產(chǎn)品與技術(shù)服務(wù)。中科院微電子所在抗輻照SOI技術(shù)與應(yīng)用方面開展了長期研究。SOI技術(shù)與體硅技術(shù)相比，具有如下特點：全介質(zhì)隔離：器件寄生電容小、速度快、靜態(tài)功耗低；抗單粒子能力強；抗電離總劑量能力面臨挑戰(zhàn)；抗ESD能力面臨更大挑戰(zhàn)。微電子所針對SOI中的埋氧層為電路的抗總劑量輻照能力的問題，開發(fā)了變摻雜的斜角分層溝道注入技術(shù)，使SRAM抗總劑量能力提升至大于300krad(Si)。在工藝方面，開發(fā)了0.18μm和0.35μm抗輻照SOICMOS關(guān)鍵工藝模塊，通過各工藝步驟的協(xié)同優(yōu)化，貫通了抗輻照SOI完整工藝流程?？膳渲肧OI技術(shù)。傳統(tǒng)SOI器件受到隔離氧化物電荷俘獲和寄生雙極放大等效應(yīng)影響，其抗總劑量、單粒子和瞬時劑量率水平難以進一步提高，無法滿足深空探測等型號任務(wù)更加嚴苛的芯片抗輻射能力需求。2022年，中科院微電子所基于自主開發(fā)的可配置SOI（CSOI）成套工藝，成功研制出無抗輻射短板的SRAM存儲器芯片，實現(xiàn)抗總劑量9Mrad(Si)、單粒子閂鎖免疫、單粒子翻轉(zhuǎn)閾值99.8MeV*cm2/mg等核心抗輻射指標(biāo)，其綜合抗輻射能力高于國內(nèi)外工業(yè)和學(xué)術(shù)界SRAM存儲器水平，已在相關(guān)型號中開展應(yīng)用和搭載驗證。5.3.4.抗輻照設(shè)計加固方法對于宇航電子器件，還可以采用各類糾錯檢錯方法進行“軟加固”，以提高器件的可靠性。編碼糾錯檢錯方法（ErrorDetectionAndCorrection，EDAC）是一種用于檢測和糾正數(shù)據(jù)傳輸中錯誤的編碼技術(shù)，在數(shù)據(jù)存儲或傳輸過程中，由于各種原因（如噪聲、干擾等），數(shù)據(jù)可能會發(fā)生錯誤，導(dǎo)致傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不完整或者不準(zhǔn)確，為了避免這種情況發(fā)生，通常會使用EDAC技術(shù)來對數(shù)據(jù)進行編碼和檢測。EDAC技術(shù)通過在數(shù)據(jù)中添加冗余位來是實現(xiàn)錯誤檢測和糾正。例如，向存儲器中寫入數(shù)據(jù)時，EDAC模塊會自動計算寫入數(shù)據(jù)的EDAC結(jié)果，然后寫入到相應(yīng)EDAC儲存單元中，在讀取存儲器數(shù)據(jù)時，EDAC模塊將該EDAC儲存單元的用戶數(shù)據(jù)讀出，進行相同的EDAC計算得到存儲數(shù)據(jù)的EDAC結(jié)果，并與寫入時產(chǎn)生的EDAC結(jié)果進行對比，從而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)是否存在錯誤。常見的EDAC編碼方式有海明碼、BCH碼、RS碼等。EDAC技術(shù)廣泛應(yīng)用于存儲器、通信、計算機網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，尤其是汽車ECU、雷達、通信設(shè)備等領(lǐng)域，電磁環(huán)境復(fù)雜，為了保證其存儲器中數(shù)據(jù)和程序代碼的完整性和可靠性，EDAC技術(shù)被廣泛應(yīng)用，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。但是EDAC技術(shù)也會增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t和復(fù)雜度，在實際使用中需要進行權(quán)衡和選擇。5.4.采用商用貨架器件并結(jié)合系統(tǒng)冗余技術(shù)有望降低衛(wèi)星成本5.4.1.采用商用貨架器件（COTS）降低裝備成本商業(yè)貨架器件(Commercial-off-the-shelf，COTS)，是指在市場上銷售的產(chǎn)品，并在制造商的產(chǎn)品目錄中以確定的價格出現(xiàn)，而且可直接從制造商或通過制造商的銷售網(wǎng)供應(yīng)給任何公司或個人使用。COTS器件有標(biāo)準(zhǔn)的件號和描述其機械、電氣和環(huán)境性質(zhì)與極限的技術(shù)規(guī)范。COTS產(chǎn)品可分成消費品/工業(yè)用、軍用和航天用等類。自上世紀(jì)70年代以來，由于計算機、電信設(shè)備和電子消費品的興起，集成電路以及電子器件的銷售量大幅增漲。在同一時期，集成電路在軍用設(shè)備中的應(yīng)用保持平穩(wěn)，使得軍用電子器件在電子器件行業(yè)中的占比進一步降低，無法影響電子器件行業(yè)的發(fā)展。摩托羅拉、英特爾和飛利浦等公司關(guān)閉了它們的軍用電子元件生產(chǎn)線，顯著減少了密封封裝的軍用規(guī)范部件的供應(yīng)量，特別是最新的和技術(shù)上最先進的集成電路緊缺。以航天領(lǐng)域為例，空間飛行器普遍使用專用的抗輻照加固處理器，雖然經(jīng)過多年研發(fā)，但通常比商用處理器性能仍落后一至兩代，且差距越來越大。截止到2021年，美國最先進的計算單機模塊是BAE系統(tǒng)公司開發(fā)的RAD5545模塊，其核心采用了先進的45nm抗輻照加固SOI工藝，但是總體性能遠遠落后于商用處理器。在軍工、航天等領(lǐng)域?qū)Ｓ眯酒浜蟮木置?，迫使防?wù)工業(yè)考慮采用商業(yè)技術(shù)的電子部件。美國國防部于1994年制訂政策，鼓勵采用最好的商業(yè)部件，以便在軍用設(shè)備中早日使用經(jīng)濟上負擔(dān)得起的前沿電子技術(shù)產(chǎn)品。商用貨架器件在采購價格、性能、資源等方面更具有優(yōu)勢。近年來，由于商業(yè)需求在航天領(lǐng)域的不斷發(fā)展，商業(yè)載荷需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增加。傳統(tǒng)的以科技載荷為需求的3~5年的載荷研制周期不能滿足商業(yè)航天的業(yè)務(wù)需求，而且航天級器件一般因為供貨周期長，價格昂貴而且性能往往落后于地面上的同級別器件的原因，所以采用高性能商業(yè)級現(xiàn)貨器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)航天級器件作為商業(yè)航天公司在成本控制領(lǐng)域發(fā)展的一個方向。5.4.2.采用系統(tǒng)冗余設(shè)計提高系統(tǒng)可靠性采用工藝加固的芯片可以提高其抗輻照能力，但是成本高昂。采用設(shè)計加固可以一定程度提高器件可靠性，但對于提高系統(tǒng)硬件可靠性能力有限。商用貨架器件價格低廉，但是抗輻照、環(huán)境適應(yīng)性不及抗輻照器件，可靠性較低。為此，可以使用商用器件降低直接成本，再采用系統(tǒng)冗余技術(shù)，通過增加器件數(shù)量并采用一些系統(tǒng)容錯設(shè)計方法，從而提高系統(tǒng)可靠性。常用的系統(tǒng)冗余設(shè)計方法主要有雙機冷備份、雙機熱備份、三模冗余重組、兩熱一冷冗余設(shè)計等。1）雙機冷備份結(jié)構(gòu)雙機冷備份結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，正常狀態(tài)下采用的主節(jié)點上電，備份節(jié)點不上電。雙機冷備份結(jié)構(gòu)在仲裁切換模塊正常，沒有發(fā)生故障時，主節(jié)點正常工作進行運算處理，計算單元內(nèi)的備節(jié)點不會發(fā)生故障；當(dāng)主節(jié)點發(fā)生故障時，激活備份節(jié)點，對主節(jié)點進行替換；當(dāng)備份節(jié)點也發(fā)生故障時，系統(tǒng)失效。2）雙機熱備份結(jié)構(gòu)雙機熱備份重構(gòu)設(shè)計原理，采用的雙機熱備份，熱備份與冷備份不同在于正常情況下，計算單元內(nèi)的備節(jié)點也有可能發(fā)生故障。雙機熱備份在仲裁切換模塊正常，主節(jié)點正常工作時，計算單元工作正常；當(dāng)備份節(jié)點也發(fā)生故障時，系統(tǒng)失效。3）三模冗余重組結(jié)構(gòu)三模冗余重組結(jié)構(gòu)設(shè)計一般應(yīng)用在大容量可重構(gòu)FPGA上，采用的三模表決的仲裁策略，正常狀態(tài)下3個節(jié)點均正常工作，系統(tǒng)正常輸出；當(dāng)其中1個節(jié)點發(fā)生故障，另2個節(jié)點正常工作時，仲裁切換節(jié)點屏蔽故障節(jié)點的影響，系統(tǒng)通過內(nèi)嵌的故障診斷、識別，然后進行故障清理等手段讓故障節(jié)點恢復(fù)正常，在不影響計算單元工作的情況下，將其接入系統(tǒng)，恢復(fù)到三模表決的工作狀態(tài)；當(dāng)出現(xiàn)2個節(jié)點及以上節(jié)點發(fā)生故障時，系統(tǒng)失效。當(dāng)仲裁切換節(jié)點出現(xiàn)故障時，由于無法進行仲裁或者仲裁出錯，系統(tǒng)失效。4）兩熱一冷冗余結(jié)構(gòu)兩熱一冷冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，采用１個雙節(jié)點熱備份加一個節(jié)點冷備份的架構(gòu)，正常狀態(tài)下兩個熱節(jié)點均正常工作，系統(tǒng)正常輸出；當(dāng)其中１個熱節(jié)點發(fā)生故障，仲裁切換節(jié)點激活冷節(jié)點，與正常節(jié)點重新構(gòu)成雙節(jié)點熱備?？紤]仲裁切換節(jié)點出現(xiàn)故障的時間，其工作狀態(tài)分為：首先仲裁切換節(jié)點出現(xiàn)故障，當(dāng)其中１個熱節(jié)點發(fā)生故障，系統(tǒng)只能以單節(jié)點狀態(tài)工作；其中１個熱節(jié)點首先發(fā)生故障，之后仲裁切換節(jié)點出現(xiàn)故障，系統(tǒng)以雙節(jié)點熱備份狀態(tài)工作。5）不同類型器件的容錯技術(shù)總結(jié)利用上述航天器的星載器件冗余涉及方法，可以對不同類型COTS器件開展容錯設(shè)計，以提高系統(tǒng)可靠性。根據(jù)常用的COTS器件類型，容錯技術(shù)大致可以分為存儲器容錯技術(shù)、SRAM型FPGA容錯技術(shù)和DSP、CPU容錯技術(shù)。5.4.3.航天領(lǐng)域商用器件應(yīng)用案例隨著商業(yè)衛(wèi)星領(lǐng)域的飛速發(fā)展，在前期COTS器件容錯技術(shù)試驗的基礎(chǔ)上，COTS器件得到了更為廣泛的應(yīng)用。因為商業(yè)衛(wèi)星一般發(fā)射數(shù)量較多，且以小衛(wèi)星為主，因此商業(yè)衛(wèi)星公司對衛(wèi)星成本問題更加敏感，紛紛采用COTS器件降低成本。低軌衛(wèi)星受到的輻照相對高軌衛(wèi)星較少，因此更加有利于COTS器件在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)中的廣泛使用。從上世紀(jì)90年代起，美國開始大力推進COTS器件在空間工程中的應(yīng)用，美國國家航天局（NASA）提出新千年研究計劃，將商用器件的衛(wèi)星應(yīng)用作為一個重點課題，此外還推出一系列研究計劃，對市面上多種商業(yè)器件進行抗輻照驗證研究工作，同時美國也發(fā)射了多顆衛(wèi)星對COTS器件的技術(shù)研究進行了較多的試驗驗證工作，如ARGOS衛(wèi)星、TACSAT-2衛(wèi)星、以及CFESat衛(wèi)星等。美國CFESat衛(wèi)星是2007年發(fā)射的低軌試驗衛(wèi)星(軌道高度為560km)。通過此衛(wèi)星，基于SRAM型FPGA的可重構(gòu)計算機能夠運行于低軌衛(wèi)星得到了驗證。FPGA采用XilinxXQVR1000，通過外延層工藝增強SEL，SEL的LET為125MeV/mg/cm2，TID約為100KRad(Si)，因此FPGA主要受單粒子效應(yīng)的影響，其容錯技術(shù)同時采用了硬件三模冗余技術(shù)和校驗碼技術(shù)。在國內(nèi)，根據(jù)《基于COTS的高性價比微小衛(wèi)星研制管理模式研究》的介紹，在2015年和2016年，深圳航天東方紅海特衛(wèi)星公司分別發(fā)射開拓一號和脈沖星試驗衛(wèi)星，對基于COTS器件的微小衛(wèi)星技術(shù)進行了探索和實驗，形成了一套關(guān)于COTS器件應(yīng)用的產(chǎn)品保障方法，這兩顆衛(wèi)星均采用大量的COTS器件，比如工業(yè)級PC104計算機、電池、太陽陣列以及多個星上單機產(chǎn)品，而且這兩顆衛(wèi)星成功發(fā)射后穩(wěn)定運行，成功對COTS器件進行了空間試驗驗證。6.未來我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望超千億6.1.全球航天產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展據(jù)Euroconsult公司的報告顯示，2022年，各國政府航天領(lǐng)域預(yù)算呈加速增長趨勢，達到1030億美元，比2021年增長9%，創(chuàng)下政府航天投資的歷史新高。盡管疫情對公共財政產(chǎn)生了影響，但其影響并未對2020-2021年政府太空預(yù)算產(chǎn)生負面影響。在各國政府航天預(yù)算中，民用設(shè)施預(yù)算總額為550億美元（占總支出的54%），而2022年航天領(lǐng)域國防支出增加到480億美元（占總支出的46%）。民用航天項目支出主要受太空探索、空間通信等項目推動，另一方面，各國對國防相關(guān)航天計劃的投資創(chuàng)下了新高，原因是地緣政治緊張局勢日益加劇，需要發(fā)展新的航天能力。民用航天項目和國防項目開支的差距繼續(xù)減少，根據(jù)Euroconsult的預(yù)測，由于各國國防航天項目預(yù)算持續(xù)增長，預(yù)計到2031年國防航天項目開支有望與民用航天項目開支持平。在航天領(lǐng)域投資方面，2022年，美國仍然高居全球首位，美國政府在太空方面的投資占世界總額的60%，為620億美元。中國航天領(lǐng)域投資約為119億美元，仍居第二位。日本、法國、俄羅斯航天領(lǐng)域投資分別為49億、42億、34億美元，位居第三至第五位。Euroconsult在其《SpaceEconomyReport2022》報告中指出，航天領(lǐng)域按照上游航天器制造和下游應(yīng)用領(lǐng)域的不同，出現(xiàn)顯著差異。在上游制造領(lǐng)域，衛(wèi)星通信和對地觀測需求不斷增長，并且由于通信衛(wèi)星和遙感衛(wèi)星壽命相對較短，因此衛(wèi)星更新速度要求更高，這兩類衛(wèi)星市場份額占上游制造市場總量的59%。衛(wèi)星導(dǎo)航市場是一個政府控制的市場，衛(wèi)星數(shù)量較少（全球約120個導(dǎo)航衛(wèi)星），但價格昂貴，具有更長的壽命，因此導(dǎo)航衛(wèi)星的制造市場明顯低于通信衛(wèi)星和遙感衛(wèi)星，僅占上游制造領(lǐng)域的4%左右。在下游應(yīng)用領(lǐng)域，衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)是第一大應(yīng)用市場，由于導(dǎo)航衛(wèi)星通過廣播式時間編碼傳輸，即使在衛(wèi)星數(shù)量很少的情況下，仍然可以服務(wù)廣大用戶，因此衛(wèi)星導(dǎo)航市場約占衛(wèi)星下游應(yīng)用市場的60%。衛(wèi)星通信占據(jù)下游應(yīng)用市場的38%，并且由于衛(wèi)星移動通信需求的不斷增長，未來衛(wèi)星通信市場規(guī)模有望進一步增加。衛(wèi)星遙感市場所占的份額較小，主要原因是目前遙感市場以BtoB為主，缺乏廣泛的BtoC市場，因此下游市場空間只有2%左右。根據(jù)UCS衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計，從衛(wèi)星種類來看，小型衛(wèi)星數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。自2019年5月以來，SpaceX公司的“星鏈”系統(tǒng)發(fā)射多枚小型低軌通信衛(wèi)星，截止2022年8月，“星鏈”系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)射3009顆小型通信衛(wèi)星，在軌運行2750顆。在“星鏈”帶動下，2021年共發(fā)射1624顆小型衛(wèi)星，遠超過中大型衛(wèi)星數(shù)量。根據(jù)《中國航天科技活動藍皮書（2021年）》介紹，2021年，全球年度發(fā)射成功率92.5%。其中，美國開展51次航天發(fā)射，發(fā)射載荷總質(zhì)量403.34噸，超過其他各國發(fā)射航天器質(zhì)量總和；中國航天共執(zhí)行55次發(fā)射任務(wù)，發(fā)射次數(shù)居世界首位，發(fā)射航天器數(shù)量115個，總質(zhì)量再創(chuàng)新高，達到191.19噸，同比增長85.5%。iiMediaResearch（艾媒咨詢）數(shù)據(jù)顯示，在政策和資本等多方加持下，2015-2021年中國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)保持著22.3%的年均復(fù)合增長率。2020年中國商業(yè)航天市場規(guī)模已經(jīng)突破1萬億元；預(yù)計未來3年，產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)以超20%的增長率進行擴張，預(yù)計2022年將突破1.5萬億元，2024年有望達到2.3萬億元。6.2.“6G=5G+衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)”，衛(wèi)星助力開啟移動通信新時代從上世紀(jì)90年代開始，隨著移動衛(wèi)星通信的發(fā)展，關(guān)于衛(wèi)星與地面移動通信相互融合的討論與嘗試就從未停止。近年來快速發(fā)展的通信衛(wèi)星采用基于統(tǒng)一的IP交換技術(shù)，實現(xiàn)與地面互聯(lián)網(wǎng)的融合互通。在市場策略上，通信衛(wèi)星星座摒棄了銥星系統(tǒng)建設(shè)運營初期獨立建網(wǎng)、與地面移動通信相競爭的策略，轉(zhuǎn)而與電信運營商開展合作，但當(dāng)前的銥星二代等低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸方面遠遠落后于地面移動網(wǎng)絡(luò)，無法滿足用戶日新月異的數(shù)據(jù)傳輸需求。隨著5G時代的即將到來，國際通信組織以及業(yè)內(nèi)人士已經(jīng)開始對6G時代進行展望，當(dāng)前得到的共識是，5G/6G時代將是衛(wèi)星通信與地面通信網(wǎng)絡(luò)相融合從而真正實現(xiàn)全球通信，包括3GPP、ITU在內(nèi)的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織成立了專門工作組，我國科技部也開始著手開展衛(wèi)星通信與5G/6G相融合的問題，衛(wèi)星移動通信的時代即將開啟。6.2.1.“6G=5G+衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)”概念已經(jīng)提出2017年11月，英國電信集團（BT）首席網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師NeilMcRae對6G通信進行了展望，他認為5G將是基于異構(gòu)多層的高速因特網(wǎng)，早期是“基本5G”（將在2020年左右進入商用），中期是“云計算+5G”，末期是“邊緣計算+5G”；6G將是“5G+衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)（通信、遙測、導(dǎo)航）”，有望在2025年得到商用，利用“無線光纖”等技術(shù)實現(xiàn)超快寬帶，并在5G的基礎(chǔ)上集成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)全球覆蓋，可以為6G用戶提供網(wǎng)絡(luò)定位標(biāo)識、多媒體與互聯(lián)網(wǎng)接入、天氣信息等服務(wù)。2018年11月，國際電信聯(lián)盟（ITU）正式成立Network2030研究組（ITU-TFGonNetwork2030），該機構(gòu)旨在探索面向2030年及以后的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，包括保持向后兼容的網(wǎng)絡(luò)新概念、新構(gòu)架、新協(xié)議、新解決方案，以及支持現(xiàn)有的和新的應(yīng)用。Network2030研究組主席，華為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗室首席科學(xué)家RichardLi就2030年以后的新互聯(lián)網(wǎng)愿景進行了介紹，其中利用衛(wèi)星實現(xiàn)空天一體化、全球覆蓋是其中重要一項，并對Starlink、OneWeb等低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)進行了介紹，說明衛(wèi)星通信在未來通信、互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的重要性已經(jīng)得到普遍認同。6.2.2.我國已著手對與5G/6G融合的衛(wèi)星通信技術(shù)開展研究2018年11月，科技部發(fā)布《國家重點研發(fā)計劃“寬帶通信和新型網(wǎng)絡(luò)”重點專項2019年度項目申報指南建議》征求意見，提出的“專項總體目標(biāo)”之一是“開展新型網(wǎng)絡(luò)與高效傳輸全技術(shù)鏈研發(fā)，使我國成為B5G/6G無線移動通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)的全球引領(lǐng)者，在未來無線移動通信方面取得一批突破性成果”，其中“與5G/6G融合的衛(wèi)星通信技術(shù)研究與原理驗證”是重點項目之一，提及的衛(wèi)星類型主要是GEO和LEO，GEO主要用于電視信號等廣播類信號傳輸，LEO則應(yīng)該主要是用于衛(wèi)星移動通信，說明我國已經(jīng)認識到衛(wèi)星通信在5G/6G時代的重要性，并著手開始研究，以引領(lǐng)國際通信未來發(fā)展。6.2.3.低軌衛(wèi)星通信與5G融合是近期發(fā)展趨勢隨著5G技術(shù)的日益成熟，包括國際電信聯(lián)盟（ITU，InternationalTelecommunicationUnion）在內(nèi)的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織成立了專門工作組著手研究衛(wèi)星與5G的融合標(biāo)準(zhǔn)化問題，業(yè)內(nèi)的部分企業(yè)與研究組織也投入到星地一體化的研究工作當(dāng)中。1）ITU的衛(wèi)星與地面5G融合方案針對衛(wèi)星與地面5G融合的問題，ITU提出了星地5G融合的4種應(yīng)用場景，包括中繼到站、小區(qū)回傳、動中通及混合多播場景，并提出支持這些場景必須考慮的關(guān)鍵因素，包括多播支持、智能路由支持、動態(tài)緩存管理及自適應(yīng)流支持、延時、一致的服務(wù)質(zhì)量、NFV（NetworkFunctionVirtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）/SDN（SoftwareDefinedNetwork，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）兼容、商業(yè)模式的靈活性等。2）3GPP的衛(wèi)星與地面5G融合方案第三代伙伴關(guān)系項目（3rdGenerationPartnershipProject，3GPP）在2017年底發(fā)布的技術(shù)報告中指出，3GPP工作組SA