中國通信學會：全球衛星通信產業發展前沿報告（2019）（26頁）.pdf

1、 全球衛星通信產業發展全球衛星通信產業發展 前沿報告前沿報告 （20201919年）年） 中國中國通信學會通信學會 2019年年12月月 版權聲明版權聲明 本本前沿報告前沿報告版權屬于版權屬于中國通信學會中國通信學會，并受法律保護，并受法律保護。轉轉 載、摘編或利用其它方式使用載、摘編或利用其它方式使用本本報告報告文字或者觀點的，應文字或者觀點的，應注注 明明“來源：來源：中國中國通信學會通信學會” 。違反上述聲明者，本。違反上述聲明者，本學會學會將追將追 究其相關法律責任。究其相關法律責任。 專家組和撰寫組名單專家組和撰寫組名單 顧問顧問( (以姓氏筆劃為序以姓氏筆劃為序) )： 姚發海 中

2、國衛通集團股份有限公司科技委主任 研究員 陸建華 清華大學信息科技技術學院院長 教授 中國科學院院士 汪春霆 中國電子科學研究院首席科學家 研究員 李廣俠 解放軍陸軍工程大學教授 專家組：專家組： 沈永言 中國衛通集團股份有限公司科技委副主任 撰寫組撰寫組( (按單位排名按單位排名) ) 單位 姓名 中國衛通集團股份有限公司科技委 沈永言 中國衛通集團股份有限公司創新中心 馬芳 目 錄 一、研究概述 . 1 二、全球發展態勢 . 3 2.1 GEO HTS 向大容量、小型化、星座化方向發展 . 3 2.2 NGSO HTS 開始大規模部署 . 5 2.3 軟件定義技術賦予通信衛星靈活性 . 6

3、 2.4 EHF、太赫茲、激光帶來更大帶寬容量 . 7 2.5 小衛星驅動衛星制造和發射業升級 . 8 2.6 衛星互聯網與 5G 融合取得實質進展 . 10 2.7 電調控平板天線助推移動應用 . 11 2.8 通導結合提供衛星綜合信息服務 . 11 2.9 中繼通信成為新的衛星通信業務類型 . 12 2.10 在軌服務延長通信衛星壽命 . 13 三、我國發展現狀 . 14 3.1 衛星通信綜合實力進入國際前列 . 14 3.2 低軌星座建設得到多方的積極參與 . 15 3.3 有效載荷技術取得實質性突破 . 15 3.4 衛星終端天線制造最具市場活力 . 16 四、技術預見 . 16 4.

4、1 衛星通信軌道方面 . 16 4.2 衛星通信業務方面 . 17 4.3 數字載荷方面 . 17 4.4 星地融合方面 . 17 4.5 太赫茲應用方面 . 17 4.6 頻率干擾和空間環境方面 . 18 4.7 平板天線方面 . 18 五、工程難題 . 18 5.1 頻率資源獲取方面 . 18 5.2 LEO 星座運行方面 . 18 5.3 LEO 星座結構方面 . 18 5.4 LEO 衛星制造方面 . 19 六、政策建議 . 19 1 一、一、 研究概述研究概述 近年來，在互聯網和航天技術的推動下，全球衛星通信產業出現 了 HTS、NGSO 星座、靈活性載荷、EHF 和激光通信、電調平

5、板天 線、中繼通信、在軌服務、量子保密通信等新的技術熱點，整個行業 進入衛星互聯網的新階段。GEO HTS 向大容量和小型化兩個方向演 進，少數運營商開始布局全球星座，以提高寬帶衛星通信的全球服務 能力。OneWeb、SpaceX 兩家公司在 LEO 星座領域同時啟動全球部 署，不斷擴充衛星容量。O3b 公司進一步擴大 MEO 星座規模和服務 能力。ViaSat 公司開始探索 MEO 和 GEO 之間的中繼通信和協同發 展。 基于數字載荷和軟件定義技術的靈活性衛星正在成為各大衛星運 營商的標配。衛星通信 Q/V 和激光傳輸已經進入實用階段，太赫茲 在衛星通信和天地一體化信息網絡中展現巨大的發展

6、潛力。LEO 星 座小衛星的蓬勃發展引發了衛星制造和發射業的行業變革和產業升 級。衛星互聯網和 5G 融合取得實質性新進展，應用主要集中在內容 投遞、寬帶接入、基站中繼、移動平臺通信等方面?？缙脚_、跨網絡 的電調控平板天線進入快速發展階段，但其成本還有待進一步突破。 衛星通信、衛星導航以及 ADS-B 和 AIS 的綜合應用越來越普遍。衛 星中繼通信成為繼固定通信、移動通信和廣播之后新的業務類型。衛 星通信在軌服務在救援、維修、碎片處理等方面展現出良好的商業前 景。 我國衛星通信事業在 HTS、 移動通信、 直播電視等方面取得了長 足進步，建立了相對完整的產業體系，但在制造和服務方面仍有很多

7、提升空間。低軌星座建設得到多方的積極參與，成為我國商業航天領 2 域的重要推動力量。有效載荷技術取得實質性突破，衛星激光通信和 量子保密通信在全球處于領先地位。 衛星終端天線制造產業最具市場 活力，很多產品成功進入國際市場。 未來，高中低軌衛星都將在天地一體信息網絡中發揮各自作用， NGSO 星座的大規模部署將促進衛星制造和發射服務業的升級。 衛星 互聯網業務的開展需要得到 MEC（移動邊緣計算） 、衛星組播和內容 緩存等技術的支持。 發展數字載荷和軟件定義技術是提高通信衛星效 費比，適應市場需求變化的必要條件。軟件定義有效載荷的普遍應用 也將對衛星互聯網的網絡安全提出新的挑戰。5G 通信中的

8、大規模多 輸入多輸出（MIMO）、非正交多址（NOMA）、新型多載波傳輸等 新空口技術、網絡功能虛擬化（NFV）和軟件定義網絡（SDN）將成 為 LEO 星座與 5G 融合、衛星互聯網標準化工作的重要內容。衛星 通信帶寬需求的持續增長必然要求開發 EHF、 太赫茲、 激光等頻率資 源。隨著 NGSO 星座的大規模部署，頻率沖突和干擾等矛盾將日益 突顯，碰撞風險隨之加大，這要求統籌規劃星地頻率資源、研究高效 的頻率復用技術，加強人工智能在頻率干擾檢測、軌道預測、碰撞避 免中的應用領域。 在全球大規模發展衛星互聯網的大背景下，頻率軌道將是我國 NGSO 發展面臨的最大瓶頸。LEO 衛星時刻處于高速

9、運動狀態，其 內生的頻率干擾、多普勒頻移等問題不可避免。LEO 星座建設要面 臨大規模關口站建設和星座系統復雜度之間的兩難選擇。LEO 星座 的部署和運營需要先進的衛星和地面終端成本控制和全球運營能力 來支持。我國衛星通信尚需加強技術、體制和機制創新。 3 二、二、 全球發展態勢全球發展態勢 2.1 GEO HTS 向大容量、小型化、星座化方向發展向大容量、小型化、星座化方向發展 為滿足寬帶接入、基站中繼、高清/超高清視頻等應用帶來的帶 寬增長需求，基于多點波束和頻分復用的 HTS（高通量衛星）應運而 生。 自 2004 年以來， 全球超過半數的衛星通信運營商合計部署了 150 多顆 HTS。

10、HTS 包括 GEO（高軌）專用或搭載、MEO（中軌） 、LEO （低軌）等形式。目前應用較多的是 GEO HTS，比較代表性的系統 如表 1 所示。 表 1 全球代表性的 GEO HTS 數據來源：中國空間技術研究員通信衛星事業部 在這些 GEO HTS 當中， 北美 Viasat 公司 Viasat-2 和 Hughes 公司 Jupiter-2 兩顆在軌 HTS 的容量分別達到 300Gbps 和 220Gbps， 在建的 Viasat-3 和 Jupiter-3 容量將分別達到 1Tbps 和 500Gbps，而傳統通信 衛星容量只有 1Gbps 左右。Viasat 公司打算 2021

11、 年初發射面向美洲 的首顆 Viasat-3，約 6 個月后發射用于覆蓋歐洲、中東和非洲的第二 顆，面向亞太的第三顆應會在 2022 年底前發射。此外，Eutelsat 的 “KONNECT VHTS”的容量也達 500Gbps，它與和 Hughes 公司的 Jupiter-3 都將在 2021 年發射。2019 年 8 月 8 日，Viasat 公司宣布其 Viasat-4 系列已處于初期研制階段，它廣泛利用 Viasat-3 衛星的研發 4 成果。容量的迅速增長使得大型 GEO HTS 單位 Gbps 制造成本降至 到百萬美元以下，從而接近地面寬帶網絡的服務能力。 在一些 GEO HTS

12、努力向更大容量邁進的同時，一些衛星運營商 將目光瞄向針對小國家的、容量在 100Gbps 以下、重量在幾百公斤 到 2000 公斤之間的小型 GEO HTS，其重量的減少源于可再編程 軟件定義有效載荷和電推進等技術的應用。 2019 年 6 月 17 日，曾在 SES 供職的 Tom Choi 等幾位官員組建 了土星（Saturn）衛星公司，專門從事小型 GEO 衛星的建造業務。 其客戶是那些既想擁有自己的衛星又嫌傳統衛星太大的國家， 這樣的 衛星號稱“國家星（Nationsat）”。 “國家星”實際包括兩類小型 GEO 衛星，即寬波束的 C/Ku 頻 段衛星和 85Gbps 的 HTS。擁有

13、 48 個 36MHz 轉發器的 C/Ku 頻段衛 星的價格約為 6500 萬美元，85Gbps 的 HTS Ka 頻段衛星約為 8500 萬美元，它們的成本相比較于傳統 GEO 衛星降低了 70-80%。在小容 量情況下， “國家星”成本同樣能夠達到每 Gbps 百萬美元的水平。 目前，土星衛星公司打算每年建造大概兩顆“國家星” ，并具備 把產能提高到年產 6 顆的能力。除了土星公司，波音、舊金山的阿斯 特拉尼斯、香港填空星（GapSat）和瑞典離區（Ovzon）等公司都在 建造各自的小型 GEO 衛星。 為了滿足海事、 航空等領域的全球寬帶通信需要， ViaSat、 Inmarsat 等衛

14、星運營商都開始建設各自的 GEO HTS 星座系統。Viasat-3 實際 是包含三顆衛星的星座系統，其目標市場主要是全球航空機載通信。 Inmarsat 的 GX 星座目前由四顆衛星 GX1-4 組成，到 2021 年將發射 GX5、GX6A 和 GX6B，含有動態波束的 GX7、GX8、GX9 將在 2023 5 年底發射，覆蓋北極地區的 GX10A 和 GX10B 將在 2022 年發射。 2.2 NGSO HTS 開始大規模部署開始大規模部署 GEO HTS 雖然容量大、結構簡單，但是傳輸延時長、覆蓋面有 限，無法滿足 5G 時代低延時、廣覆蓋等應用的需要，而 NGSO HTS 星座恰

15、好具有這樣的優勢。目前，全球新推出的 MEO 和 LEO 星座 計劃有20個左右， 其中代表性的有O3b、 OneWeb、 SpaceX的Starlink、 LeoSat、Telesat 等星座系統。 OneWeb LEO 星座初期有 720 顆衛星，總容量達 10Tbps，已獲 得美國 FCC 運營許可。2018 年，OneWeb 向 FCC 提出增加 1280 顆 MEO衛星， 并在后續修正案中進一步將MEO衛星的規模擴展到2560 顆。2019 年 2 月 28 號，OneWeb 成功發射首批 6 顆衛星，計劃 2020 年開始商用。OneWeb LEO 星座采用“天星地網”架構，將衛星

16、作為 連通用戶終端和關口站的通道， 通過全球分布的關口站提供互聯網接 入服務。 2018 年 3 月，FCC 批準了 SpaceX（Starlink）LEO 星座，該系統 有 4425 顆衛星。 2019 年5 月23 日， SpaceX 發射了首批 60 顆小衛星， 計劃 2020 年開始服務。2018 年 11 月，FCC 批準了 SpaceX 另外一個 有 7518 顆衛星的 LEO 星座計劃，兩項總共近 1.2 萬顆衛星。這些衛 星分別位于三個軌道： 340 公里上 7500 顆； 550 公里上 1600 顆； 1150 公里上 2800 顆。2019 年 10 月，SpaceX 向

17、 FCC 申請，要求在 1.2 萬 顆衛星基礎上，再部署 3 萬顆衛星。這些衛星將工作于 328580 公 里不等的軌道上。SpaceX LEO 星座采用“天星天網”架構，將衛星 作為網絡傳輸節點，通過星間鏈路建立高速寬帶通信網絡，只需要有 6 限的關口站，就可以提供全球性互聯網接入服務。 目前， 唯一在軌商用的 MEO HTS 是 O3b 系統。 該系統初期規模 是 20 顆衛星，工作于赤道軌道，目的為南北緯 40 度之間的 30 億人 口提供互聯網服務。 該系統于 2013 年開始建設， 目前在軌 16 顆。 2017 年 11 月，O3b 計劃新增 30 顆 MEO 衛星，其中，20 顆

18、運行于赤道軌 道（O3bN） ，另外 10 顆運行于傾斜軌道（O3bI） ，且 30 顆衛星中的 12 顆采用先進的全電進和波束形成技術，以進一步提高服務能力。 為了彌補 GEO HTS 服務能力的不足， ViaSat 公司于 2016 年提出 了一個由 24 顆衛星組成的 MEO HTS 星座計劃。該 MEO 星座采用 Ka 和 V 頻段，衛星分布于 3 個軌道面，每軌道面 8 顆（再加 1 顆備 份星），軌道高度 8200km，軌道面與赤道傾角為 87 度，可為美國本 土、夏威夷、阿拉斯加、波多黎各和美國維爾京群島的用戶提供寬帶 通信服務。 ViaSat 公司 MEO HTS 不僅帶有載荷

19、遙感，還可以對 GEO HTS 進行跟蹤和通信，以提供額外和備用的傳輸通道，從而實現兩者之間 的協同工作。 2018 年 11 月， ViaSat 將從之前的 24 顆 MEO 衛星減少到 20 顆。 目前，美國 FCC 尚未批準 ViaSat 公司的申請。此外，Viasat 正在評 估“在可用的情況下把 GEO 衛星同低時延的地面基礎設施乃至低時 延的LEO衛星結合起來， 以帶來一種高低軌 （GEO-LEO） 混合體驗” 。 2.3 軟件定義技術賦予通信衛星靈活性軟件定義技術賦予通信衛星靈活性 傳統通信衛星技術狀態在發射前兩三年就要凍結， 在入軌后的十 五年服役時間內無法更改， 這一固定模式

20、無法適應今天動態變化的信 7 息網絡服務市場環境。而軟件定義技術具有可重構的顯著優勢，基于 軟件定義技術的靈活性載荷可根據應用需求的變化，對衛星的覆蓋、 連接、帶寬、頻率、功率、路由等性能進行動態調整和功能重構，從 而降低通信衛星的建設和運營成本，延長在軌衛星的使用壽命。 目前， 全球三家固定通信衛星運營商均已向靈活有效載荷做出布 局。根據 Euroconsult 公司的統計，全球一半左右的 HTS 帶有靈活性 載荷，其中覆蓋靈活性占 35%，連接、帶寬和頻率各占 15%，功率 占 9%。 Intelsat 公司的 EPIC （史詩） HTS 是載荷靈活性的典型案例， 它基于數字信道化器，可在

21、不同波束之間建立直接連接，克服了一般 HTS 網絡星狀結構的雙跳缺陷。 這一功能也可有效地實現業務后向兼 容，確保原有用戶不用更換終端設備就能使用新的 HTS 網絡。 2019 年 5 月 10 日，號稱全球首顆真正意義上的軟件定義商用通 信衛星歐洲量子（Eutelsat Quantum）成功完成有效載荷艙與平 臺的對接。歐洲量子可根據應用需求調整衛星覆蓋、頻率和功率等載 荷特性，這主要通過陣列天線與星載信號處理器實現。 2019 年，已有三個廠家推出了軟件定義衛星，分別是空客的“一 星” （OneSat） 、波音的 702X 系列和泰雷茲的“靈感” （Inspire） 。 2.4 EHF、太

22、赫茲、激光帶來更大帶寬容量、太赫茲、激光帶來更大帶寬容量 頻率是通信的基礎和帶寬的源頭。頻段越高，頻率資源越豐富， 能夠提供的帶寬越大。經過多年的發展，衛星通信中的 L、S、C、 Ku頻段資源已幾乎被使用殆盡， Ka頻段正在被廣泛應用。 與此同時， 衛星通信的 C、Ka 頻段也要面對 5G 網絡的激烈爭奪。2018 年底， 由 Intelsat、SES、Eutelsat、Telesat 全球四大衛星通信運營商組成的 C 8 頻段聯盟同意讓出 200MHz 供 5G 網絡使用，這要求衛星通信行業必 須大力開發 EHF（Q/V/W） 、太赫茲、激光等更高頻段的頻率資源。 近年來，Eutelsat、

23、ViaSat、Inmarsat、OneWeb、O3b、Iridium 等 衛星運營商都在進行 EHF 頻段的研發。目前，Q、V 頻段已經開始進 入商用階段。2016 年 3 月，Eutelsat 率先在 Eutelsat 65 West A 衛星上 使用 Q 頻段。OneWeb、波音、三星等公司的星座系統都有 V 頻段的 使用計劃。2018 年 6 月 20 日，由芬蘭研制的納衛星首次從太空向地 球發送 W 頻段信號。EHF 頻段主要用于關口站與衛星之間的饋電鏈 路以及星際鏈路。 太赫茲頻率在 0.1-10THz 之間，兼有微波和光波的特性，具有頻 譜資源豐富、 抗干擾能力強等技術優勢， 其理

24、論傳輸速度可達1Tbps， 是 5G 的 50 倍，4G 的 1000 倍。2018 年 5 月，Tektronix/IEMN（一個 法國研究試驗室）在 252-325GHz 頻段實現了 100Gbps 無線傳輸（最 近 IEEE 802.15.3d 標準） 。 日本總務省規劃將在 2020 年東京奧運會上 采用太赫茲通信系統實現 100Gbit/s 高速無線局域網服務。由于太空 中沒有水分吸收問題，太赫茲特別適合用于衛星通信。 多年來， 美國、 歐洲、 日本開展了一系列衛星激光通信研究計劃， 目前開始進入實用階段。2019 年 2 月，歐洲空客公司與日本 SKY Perfect JSAT 公

25、司簽訂了 EDRS-D 節點設計準備合作協議，旨在共同 開展激光數據中繼衛星業務。另外，一些 LEO 星座系統計劃通過激 光鏈路，向用戶提供點到點的數據傳輸服務。 2.5 小衛星驅動衛星制造和發射業升級小衛星驅動衛星制造和發射業升級 衛星制造和發射是衛星通信產業的上游， 它直接決定著衛星通信 9 運營服務的成本。LEO 星座小衛星的蓬勃發展引發了衛星制造和發 射業的變革。以 SpaceX 為例，從 2019 年 5 月開始，平均每月要部署 近120顆衛星， 才能按照FCC的要求在2027年底之前完成發射任務。 這必然要求對傳統的衛星制造和發射進行升級換代， 縮短衛星研制和 發射周期，以降低研制

26、和發射成本。 在小衛星制造方面，OneWeb 等公司開始使用非航天級別的 COTS（商業現貨）組件，利用 3D 打印、模塊化設計、即插即用、 智能裝配、大數據、機器人、增強現實等現有成熟技術，采用與飛機 和汽車生產相似的流水線組裝方式，來批量生產小衛星，實現每天生 產3-5顆衛星的目標， 并將單顆小衛星的研制成本降到百萬美元以下。 最新發射的 SpaceX 小衛星采用扁平化設計，以易于量產、裝載、發 射；采用先進可靠的離子推進器，以進一步降低成本；配備光學追蹤 器，以主動探測、自動避開太空垃圾；使用到期時，可自行拆解，以 實現 100%環保。 多星發射和一級火箭回收利用可以大幅降低衛星的發射成

27、本， 對 于需要大規模、多頻次發射小衛星的 LEO 星座運營意義更大。2019 年 5 月 24 日，SpaceX 用此前飛過兩次的“獵鷹 9 號”5 型舊第一級 火箭，成功將 60 顆每個重 227 公斤的小衛星送入軌道。SpaceX 公司 表示，5 型火箭被設計成“在無需例行整修的情況下”能反復使用 10 次，若“做適當的例行維護”可用 100 次。除了現役“獵鷹 9 號”重 鷹火箭， SpaceX 已開始研制星艦飛船+超重鷹火箭的下一代衛星發射 系統，它能一次性部署數百顆小衛星。 10 2.6 衛星互聯網與衛星互聯網與 5G 融合取得實質進展融合取得實質進展 5G 應用的全球化和機載通信

28、等應用的商用化促使 ITU、3GPP、 SaT5G 和 CBA（C 波段聯盟）等國際標準化組織開始研究衛星互聯 網與 5G 的融合問題。 ITU 提出了中繼到站、小區回傳、動中通及混合多播場景的 4 種 星地融合應用場景，以及支持這些場景的關鍵因素，包括多播、智能 路由、動態緩存管理及自適應流、延時、一致的服務質量、NFV（網 絡功能虛擬化）/SDN（軟件定義網絡）兼容、商業模式靈活性等。 3GPP 定義了衛星互聯網與 5G 融合中的連續服務、泛在服務和 擴展服務三大類用例，提出了內容投遞、基站中繼、固定寬帶接入、 移動平臺接入四種應用， 研究了衛星網絡與地面網絡間的切換等問題。 2017 年

29、 6 月，由衛星行業生產廠家、運營商、高校等 16 個單位 聯合成立了 SaT5G 聯盟，該聯盟旨在通過一系列的研究、開發和實 驗等工作，在 30 個月內解決延遲和多普勒頻移等問題，為運營商創 建一種性價比高、 即插即用的衛星通信解決方案。 2019 年 6 月 19 日， SaT5G 宣布近期成功進行了一系列衛星 5G 演示，包括：1）基于衛 星和地面網絡以及 MEC（移動邊緣計算）的分層視頻傳輸；2）基于 衛星組播技術和 MEC 的視頻緩存和實況內容分發；3）基于 MEO 衛 星和地面無線混合 5G 網絡的下一代機載娛樂和連網方案；4）基于 衛星與地面混合回傳網絡和 MEC 的本地內容緩存

30、和訪問；5）基于 衛星網絡的 5G NR（新無線通信）視頻演示，其中的關鍵問題包括衛 星鏈路延遲和多普勒頻移；6）面向農村市場和大型集會事件擴展服 務的混合 5G 回傳演示。在以上 6 項服務中，面向飛機和農村市場的 11 5G 服務最具吸引力。 2019 年 5 月，Telesat、英國薩里大學與比利時 Newtec 公司合作 進行了 8K 流媒體傳輸、互聯網瀏覽和視頻聊天會話等應用測試，證 實了 LEO 衛星可為 5G 回傳提供有效的解決方案。此次測試表明， LEO 衛星可以成為擴展 5G 網絡覆蓋范圍的一個重要方式。 2.7 電調控平板天線助推移動應用電調控平板天線助推移動應用 機載、船

31、載、車載等平臺的衛星移動通信對終端尺寸和功耗、波 束切換等要求的不斷提高，以及中低軌衛星相對地面的高速運動，決 定了以小尺寸、低功耗為特點，能夠同時跟蹤多顆衛星、波束可以快 速指向的電調控平板天線 （ESA） 成為衛星互聯網中的一項關鍵技術。 目前，Kymeta、hiSky、SatCube 和 SatPro 等制造商已擁有可用 于寬帶衛星通信的 ESA。2019 年 1 月 25 日，OneWeb 公司宣稱，其 自籌資金項目開發了一種厚度不到八分之一英寸、成本僅 15 美元的 ESA模塊， 為衛星互聯網終端未來200到300美元的定價打下了基礎。 該天線可實現 50Mbps 的下行速率， 并有

32、望在 2020 年初實現商業化。 該產品初期工作于 Ku 頻段，可在成本幾乎不變的條件下調整到 Ka、 V 等頻段。 由于 ESA 零件數目很多， 降低成本較為困難， OneWeb 目前開發 的 ESA 并不適合航空類特殊市場。盡管如此，NSR 公司預測，衛星 天線市場 2020 年后開始從 MSA（機械調控天線）向 ESA 轉型。到 2026 年，平板天線的年銷售量將超過 210 萬塊。 2.8 通導結合提供衛星綜合信息服務通導結合提供衛星綜合信息服務 通信與導航具有相同的物理基礎和相似的應用場景， 很多情況需 12 要兩者結合應用。在通信衛星上搭載衛星導航增強載荷，通過向用戶 播發星歷誤差

33、、衛星鐘差、電離層延遲等多種修正信息，可以實現導 航定位精度和服務能力的有效提高。在 SBAS（星基增強系統）中， 基于 LEO 的 SBAS 具有覆蓋面廣、信號衰耗小、計算收斂速度快、 通信與導航信號可以融合設計等優點。Iridium 二代星搭載了美軍 iGPS（集成全球定位系統）有效載荷，可將 GPS 定位精度由原來的 米級提高到厘米級。 除了一般性的導航定位之外， 面向全球空中和海上交通監視和跟 蹤服務的 ADS-B（廣播式自動相關監視）和 AIS（自動識別系統）也 是衛星通信與導航結合的重要應用領域。 Iridium 和 Globalstar 二代星 上都帶有 ADS-B、AIS 等載

34、荷。Iridium 二代星攜帶的 Harris 公司 ADS-B 載荷可單星監視 3000 個目標，處理 1000 個以上目標，目標 用戶包括空管、搜救和軍方等。2019 年 6 月，基于 Iridium 二代星提 供 ADS-B 監視服務的 Aireon 成為 EASA（歐洲航空安全局）首次認 證的航空導航服務商。從此，Aireon 可以在丹麥、愛爾蘭、意大利和 英國等區域提供該服務。Orbcomm 二代星中也增加了 AIS 載荷，用 于海上資產的跟蹤與管理。有了星載 ADS-B 這樣的系統，類似馬航 MH370、法航 AF447 航班失蹤等事故發生的概率就會大大降低。 2.9 中繼通信成為

35、新的衛星通信業務類型中繼通信成為新的衛星通信業務類型 衛星數據中繼最初主要為遙感衛星、 飛船等飛行器提供全天候的 數據中繼和測控服務。代表性的衛星中繼系統有美國的 TDRSS、 LCRD 和歐洲的 ARTEMIS、EDRS 等，它們基本上屬于專用系統。 2018 年是全球衛星中繼通信商業化服務的元年。7 月，Inmarsat 13 和飛行硬件制造商Addvalue 與一家LEO 星座運營商簽署了一份合作 協議，利用 Inmarsat 的 GEO 衛星和全球網絡，對裝有 Addvalue 開發 的 IDRS（衛星間數據中繼系統）的 LEO 星座進行全球天候的衛星測 控、任務控制和故障查找等資產運

36、行和管理。10 月，Audacy 公司宣 布與用戶簽署了價值 1 億美元的商業服務協議， 服務范圍為地球觀測、 物聯網、 寬帶星座、 運載火箭和深空任務。 Audacy 目前擁有三顆 MEO 數據中繼衛星。未來，衛星中繼通信服務將會從一般性的數據傳輸擴 展到空間資產管理和不同軌道衛星間的路由迂回。 2.10 在軌服務延長通信衛星壽命在軌服務延長通信衛星壽命 衛星通信行業是個重資產、高風險的行業。燃料耗盡、故障和碎 片碰撞等因素都可能影響衛星的壽命， 直接影響衛星通信運營商的收 入。以 GEO 衛星為例，其壽命通常為 15 年，當燃料耗盡時，即便衛 星功能完好，也要做離軌操作，如果發生故障或遭遇

37、碎片碰撞，則不 得不提前終止服務。 2019年4月， 服役僅3年的造價4億美元的Intelsat 29e發生故障并最終解體， 直接影響Intelsat全年收入近5000萬美元。 值得慶幸的是， 經過數十年嘗試的基于空間機器人或無人飛船的在軌 服務有望改變這個局面。 勞拉公司的在軌服務項目RSGS 能夠在靜止軌道上為 20 到 30 顆衛星提供在軌維修服務。勞拉公司的無人飛船與需要維修的衛 星對接， 為其補充燃料， 同時修復或更換必要的組件。 空客公司的“太 空拖船”可以將報廢衛星推到距地面 200 公里左右的軌道， 隨后衛星 會逐漸下降，進入地球大氣中燃燒成灰燼。Northrop Grumma

38、n 公司 旗下的 Space Logistics 將在 2019 年發射一個飛船，對接到 Intelsat 一 14 枚壽命已經到期的衛星上，為其提供動力。日本 Astroscale 公司正在 開發一種交會并捕捉太空碎片與報廢衛星的系統， 英國薩里航天中心 等也在致力于碎片減緩和清除應用。此外，近年來，也出現了很多在 軌服務初創公司。 在軌服務已經進行了數十年的嘗試。NSR 預測，該市場的長期 商業機會將不斷增加。到 2028 年，在軌服務整體服務的累計收入將 達到 45 億美元，其中延長服務占 59%，搶救占 11%，離軌占 8%。 未來的在軌服務還包括從所有退役衛星等航天器上回收可用部件。

39、 三、三、 我國發展我國發展現狀現狀 3.1 衛星通信綜合實力進入國際前列衛星通信綜合實力進入國際前列 從 1968 年至今，經過 50 年的艱苦奮斗，我國已經建立了比較完 整的衛星通信技術和應用體系。近五年多來，航天五院完成了 17 顆 軍民商通信衛星的研制，國內軍民衛星保持 100%自主研制。商業通 信衛星整星出口已達 10 顆，并帶動國產 VSAT 設備走向國際市場。 東五平臺的開發使我國具備了研制 1001000Gbps 超大容量 HTS 的 能力。2015 年 9 月 20 日，我國新型運載火箭長征六號成功將 20 顆 微小衛星送入太空， 展示了“一箭多星”發射通信衛星的潛力。 目前

40、， 我國由中星、亞太、亞洲、天通系列構成在軌商用通信衛星已達 20 多顆， 信號覆蓋了全球 75%以上的國家和地區。 2008 年發射的中星 9 號直播電視用戶數已達 1.4 億戶。2016 年，“天通一號”衛星的發射 拉開我國衛星移動通信的序幕，面向全球覆蓋的天通 2、3 號已在建 設之中。2017 年，容量為 20Gbps 的中星 16 號 HTS 的發射標志著我 國進入寬帶衛星通信時代， 后續的中星 19、 26 和 27 號和亞太 6D HTS 15 的總容量超過 400Gbps。 這些衛星將實現對中國全境和“一帶一路” 等區域的覆蓋。 3.2 低軌星座建設得到多方的積極參與低軌星座建

41、設得到多方的積極參與 在軍民融合政策和商業航天、天地一體網絡大潮的推動下，我國 航天、電子、中科院、高校等眾多單位都在積極參與低軌星座系統的 建設。2014 年，北京信威公司和清華大學在聯合研制和發射的靈巧 衛星上進行了智能天線、處理與交換、天地組網等技術試驗。2018 年， 航天科技和航天科工集團分別發射了一顆低軌高通量實驗星 鴻雁 1 號和虹云 1 號。鴻雁星座系統屬于窄寬帶融合系統，具有移動 通信、導航增強、ADS-B、AIS 等綜合功能。虹云星座是寬帶系統， 具備通信、導航和遙感一體化服務功能。2018 年 4 月 23 日，電科集 團發布了天地一體化信息網絡重大專項中的首個成果“地面

42、信 息港”，其中融合了網絡、遙感、地理信息、導航定位等功能。除了 以上央企， 一些民營企業也紛紛提出各自的衛星互聯網和物聯網星座 計劃，有的已經開始提供商業服務。 3.3 有效載荷技術取得實質性突破有效載荷技術取得實質性突破 經過多年的技術攻關和試驗驗證，我國在靈活載荷、Q/V 頻段載 荷、激光通信載荷產品功能等方面獲得實質性突破，完成了單機研制 和整星系統集成驗證。有效載荷技術的先進水平集中體現于亞太 6C 衛星，它是我國目前研制的民商用通信衛星中轉發器路數最多、切換 程度最靈活、有效載荷功率最高、重量最大的通信衛星，有效載荷的 單機數量達到 700 余臺。Q/V 頻段載荷將應用于亞太 6D HTS 和印尼 PSN 項目。 2017 年 1 月 23 日， 借助中星 16 上搭載的激光通信終端， 16 哈工大空間光通信中心