国外通信卫星领域最新发展态势分析

李博（北京空间科技信息研究所）

2017年，世界主要航天国家稳步推进现役军用通信卫星升级补充，同时以在轨弹性、防护能力牵引下一代体系化变革；高通量卫星系统性能不断增强、应用深度拓展，并逐步显现出载荷灵活性的新特征和新需求；新兴低轨通信星座在资本支持下从概念构想迅速转向实质建设，驱动全球卫星产业链格局和发展模式的整体趋势性演变；欧美卫星制造商积极引入虚拟现实、3D打印等智能制造工具与技术，推动卫星研制效率、载荷性能大幅提升。

1 以美军为代表推进现役系统升级、补充，在轨弹性、防护能力牵引下一代体系化变革

2017年，美军继续推进现役宽带通信卫星星座建设，同时先后发布多份招标合同，邀请产业界共同深化论证其下一代军用通信能力的发展途径，其防护分级理念逐步明晰，引发欧洲各国的共鸣。

WGS系统再发高性能新星，多国共建、利患共担模式初具雏形

2017年，美军成功发射宽带全球卫星通信系统－9（WGS－9）卫星，相比WGS系列的其他卫星，WGS－9星上载荷的核心宽带数字信道化器采用新一代集成电路技术，大幅提升了处理性能，其可用带宽增长了45%，容量则提升了2倍以上，将在一定程度上弥补美军近年来不断拉大的容量需求缺口。

WGS－9 卫星的一大亮点在于其采用了国际盟友合作的机制。2012年，美国联合加拿大、丹麦、卢森堡、荷兰与新西兰五国军方高官在华盛顿签署谅解备忘录，正式确定由五国出资6.197亿美元，用于研制、发射、部署和在寿命周期内运维WGS－9卫星，并由此获得前9颗卫星的接入和使用权，但整个系统（从平台到载荷以及任务资源的调度）的运管权归美国军方所有。这种新型的军用系统联合发展模式，体现出美军近年来不断加大与国际盟友之间粘度、提升体系弹性的发展策略。此前，美军已经在WGS－6卫星上开始了这种尝试，不过当时只是澳大利亚单个盟国通过注资扩大了星座的所有权结构。此次，五个盟国的加入，使得WGS系统的属性再次发生较大调整，形成了以美国为主的七国共有、共用体制，从而实现利益共享、风险共担，不但有力地补充了星座的效能，还可大幅提升敌对方发动针对性攻击和威胁时所面临的国际经济、政治制裁成本，从而实现高度的在轨弹性能力。此外，这种合作方式也可以帮助美军降低系统的整体投入，以更低的成本来构建所需的宽带通信保障能力。

战略、战术分离理念凸显，谋划构建分级防护卫星通信体系

2017年，美军着眼下一代军用通信卫星体系的建设，发布多轮招标合同开展深化研究，其构建防护战略与防护战术分层式的体系构想也日趋明确。在防护战略通信系统方面，将基于现役“先进极高频”（AEHF）系统，发展专用的防护战略通信卫星，为南北纬65°（S)～65°(N)的用户提供正常环境26Mbit/s和核环境0.4Mbit/s的传输速率；对极地65°以上区域的用户，则分别提供1Mbit/s和0.1Mbit/s的数据服务能力。在部署初期，该系统将通过星间微波链路与AEHF系统互联组成混合星座，提供连续和增强服务。系统计划于2029年一季度正式启动交付，支持2030年以远的战略通信需求。

在防护战术通信系统方面，继续以“防护战术波形”（PTW）为核心构建抗干扰卫星通信能力，主要由WGS卫星、租用的商业卫星，以及新型专用防护战术卫星（PTS）三类系统组成。其中，防护战术卫星包括2种实现方式，一种是专用卫星星座，由3颗地球静止轨道（GEO）卫星和3颗“冻土”（Tundra）轨道卫星组成，具备星上信号处理能力；另一种则通过在商业卫星上搭载有效载荷实现，具体包括5种备选方案，分别实现区域性EHF频段覆盖、区域性Ka频段覆盖、点波束EHF频段覆盖、点波束Ka频段覆盖，以及自跟踪型Ka频段覆盖等。

受美国影响，英国、法国、意大利等欧洲主要航天国家均明确提出在下一代卫星系统中增加体系弹性需求，抗核加固、GEO定位、干扰调零、网络攻击对抗等多种先进军用级技术将在下一代卫星上出现，在物理、链路和网络等各层面着力提升核心军用系统的防护性能。

2 高通量卫星系统性能持续提升、应用深度不断拓展，载荷灵活性需求与特征日益显现

2017年，高通量卫星在全球发射的GEO通信卫星中占比继续增大，在提升服务性价比的同时，也将行业竞争推向新高点；以机载联网等为代表的新兴应用逐步成为高通量系统重要的市场切入点；载荷灵活性则成为制造商和运营商重点关注的新技术趋向。

卫讯－2刷新全球单星容量记录，高通量卫星系统深度布局机载应用

近年来，在各大运营商的共同努力下，新型高通量卫星系统的部署越发密集，通信卫星传输速率飞速增长。2017年6月，卫讯公司（VIASAT）成功发射了其第二代高通量卫星卫讯－2（ViaSat－2），该卫星最大容量可达300Gbit/s，成为迄今为止单星容量最大的卫星系统。该公司正在发展新一代超高通量GEO卫星星座ViaSat－3，将由3颗超过1Tbit/s的卫星组成，前2颗已于2017年9月通过了关键设计评审（CDR），预计2020年前后发射，旨在提供全球高速宽带接入服务。

在积极发展高通量卫星系统的同时，运营商也不断向机载宽带等新兴业务领域拓展。以卫讯公司为代表，其在商业航空市场提供Exede®服务，可为乘客提供12Mbit/s的网络接入服务，在通用航空市场打造Yonder®品牌网络服务。2017年，卫讯公司推出了新一代空中网络设备（Gen－2），兼容该公司所有的Ka频段卫星，可以为航空公司提供质量更优、速度更快的机载网络服务。业界目前对该市场的发展前景普遍看好，根据欧洲咨询公司（Euroconsult）2017年发布的市场预测，到2026年将有25000架客机和35000架公务/私人飞机具备联网功能，总需求容量将超过330Gbit/s，卫星运营商总体收入可达13亿美元，而机载联网服务商收入可达65亿美元。

灵活载荷能力需求日益增大，军民融合应用服务前景巨大

高通量卫星系统容量不断增加，加剧了本就激烈的市场竞争，为了提高转发器使用率、提升投资回报率，运营商对卫星灵活服务能力需求迫切。2017年发射的多颗高通量卫星均采用灵活有效载荷技术，支持在轨波束覆盖、容量分配、网络拓扑等多个层级的灵活性。如国际通信卫星公司（INTELSAT）的“史诗”（Epic）系列卫星采用的数字透明转发器（DTP），可在整个寿命周期内根据用户需求的变化调整波束间铰链方式，除支持“小站-关口站”的星型拓扑应用之外，也支持波束下的“环回”工作方式，实现网状通信。此外，欧洲航天局（ESA)目前正在联合产业界研制软件定义的“量子”（Quantum）卫星，将利用相控阵天线、星载可再编程信号处理器、多端口放大器网络等，支持波束形状、位置实时可控及跳波束，同时实现转发器中心频率、带宽和功率的灵活调节。

值得一提的是，卫星的灵活性特征具备很强的军事应用潜力，军事作战对卫星性能的要求与传统商业系统不同，如支持战场地理区域的灵活机动、部队的动态组网、面对干扰威胁的主动规避（如“量子”卫星的陷波功能）等，都需要载荷具备一定的波束机动、处理交换以及频率调节能力。可预见的是，未来灵活高通量卫星的军民两用特征将更加突显，上述系统也都将军方用户作为重要的开拓方向。

3 新兴低轨宽带卫星星座迈入实质建设阶段，推动全球卫星研制与应用服务模式悄然变革

2017年，以“一网”（OneWeb）计划为代表，国外新兴低轨宽带通信卫星星座项目加快融资、系统建设、市场准入协调、服务预售合作等各项任务，引发传统卫星制造商、运营商着眼新市场需求开展战略调整与布局，牵动全球通信卫星产业态势悄然演变。

新兴低轨宽带卫星星座建设稳步推进，两强竞争格局初步形成

2017年，“一网”计划在日本软银集团（Softbank）12亿美元投资的推动下，多项工作取得实质性进展。6月，美国联邦通信委员会（FCC）通过投票正式批准了该星座在美国开展宽带互联网业务的经营申请，使其成为第1家获得FCC准入许可的低轨项目，对其提早开拓营销渠道、布局推广应用大有益处。在系统建设方面，其与空客防务与航天公司（ADS）在美国佛罗里达州合资建设的卫星工厂已于3月动工，在法国图卢兹的卫星工厂已开始首批10颗卫星的研制工作，将完成端到端的验证、测试和集成工作后交付发射部署；10月，一网公司（ONEWEB）与沙特政府签署谅解备忘录，计划于2020年开始为该国农村与偏远地区人口提供廉价、高速宽带互联网接入服务。

虽然整体进度滞后于一网公司，太空探索技术公司（SpaceX）星座计划2017年也取得一定进展。3月，SpaceX公司公布了由7518颗V频段卫星组成的新星座计划；10月，SpaceX公司已经开始利用在西雅图搭建的测试系统，测试其星座计划的通信链路以及遥测、跟踪与控制（TT&C）系统。总体而言，以美国的两大新兴卫星星座系统为核心的产业竞争格局逐步明显，吸引了产业链各个环节的重要宇航企业加入其中，极大地带动和影响了全球低轨宽带通信领域的整体发展。

制造商聚焦小卫星批量化生产，运营商开拓高中低轨联合模式

在低轨通信卫星星座快速发展的冲击下，通信卫星市场需求开始向小型化、规模化、批量化转型，各大制造商已普遍着眼优化升级固有的研制流程，以适应市场的新变化。ADS公司与一网公司合资的卫星工厂就开辟了极具创新特点的自动化生产线模式。从2017年公布的情况看，该工厂将充分利用协作机器人、智能装配工具、自动光学检测系统、大数据控制系统、自动精准耦合系统、自动导轨传送、自动加热分配系统、增强现实工具以及自动测试系统等数字化手段，加速整个总装、集成与测试（AIT）流程，以达到1天至少3颗卫星的交付目标。

运营商方面，2017年5月，亚洲最大的通信卫星运营商日本完美天空日星公司（Sky Perfect JSAT）宣布向欧洲新兴通信卫星星座计划“低轨卫星”（LEOSat）战略投资，并参与其后续宽带服务的推销。至此，全球最大的5家固定通信卫星运营商中已有4家跳出传统GEO卫星运营的范畴，向中低轨卫星星座领域做出战略布局。

理性来看，高中低轨系统的联合，可以发挥各自在数据服务领域优势，形成规模效益，共享用户和分销渠道，降低研发和运营成本，避免过度竞争引发的资源浪费，从而将引导全球卫星通信行业整体向集约式路径发展和繁荣。

4 商业GEO卫星订单下滑驱动白热化竞争，研制技术创新成为全球卫星制造市场竞争破题之要

2017年，全球商业GEO通信卫星制造市场订单情况进一步恶化，参与主体则继续增加，竞争态势异常胶着；面对增长压力，欧美制造商纷纷引入新研制理念，以提升效率，降低成本，提高核心竞争力。

GEO通信卫星市场收入下滑，卫星制造市场竞争格局趋向多元化

2017年6月，美国卫星产业协会（SIA）发布《卫星产业状况报告》指出，自2010年以来，全球GEO通信卫星订单处于整体下滑态势，与之相称的是，2016年全球卫星制造业收入同比大幅下滑了21亿美元，收入水平回退至2012年，其中通信卫星制造业收入同比骤降56%，是行业发生剧烈波动的最大动因。与此同时，全球最大的GEO通信卫星制造商劳拉空间系统公司（SSL）宣布，由于缺乏卫星订单，不得不裁员10%。整体来看，受低轨卫星星座快速发展以及全球卫星在轨容量过于饱和状态等影响，GEO通信卫星制造市场的体量将在一定程度上缩减，但与此同时，参与主体却不断增加，特别是欧洲新兴制造商的不断崛起，已开始挑战既有的市场格局。

2017年，历经10余年后，欧洲通过设立专项计划，自主研发的“小型地球静止轨道”（SmallGEO）平台首发星任务成功，使得主承包商德国不莱梅轨道高技术公司（OHB）具备了小型GEO卫星市场订单的竞争能力，该市场整体规模虽然不大，但门槛相对较低，已成为具备一定研制实力的航天国家进军GEO领域的突破口。目前的参与者不仅包括美国、欧洲、俄罗斯、印度、日本等主要航天国家和地区，以色列、阿根廷等新兴国家也已相继研制成功相应系统，竞争态势愈发激烈。

积极引入新星智能制造技术，稳步提升卫星研制交付能力

2017年，国外成功发射的73颗通信卫星中，有45颗（包括40颗“下一代铱星”卫星）由泰雷兹-阿莱尼亚航天公司（TAS）承制，这些卫星上都采用了3D打印部件，如希腊卫星－3（HellasSat－3）上就采用了3D打印的天线喇叭和天线支撑机构。

波音公司（Boeing）2017年新获机内自检（Built-In Test）专利技术，该技术可以使数字有效载荷自动回传指定信号并自行测试，节约之前的人工操作时间，减少测试时间，从而缩短交付周期。此外，该公司积极将全电推进系统和3D打印技术融入空间业务领域，使其成为标准设计流程的一部分，在2017年发射的欧洲卫星公司－15（SES－15）卫星上即得到了应用。同时，波音公司继续加大数字有效载荷技术的投入，大幅减小载荷的硬件规模，简化制造流程，据其估算，采用高度数字化/灵活化的有效载荷可以缩短50%～60%的卫星研制时间。

洛马公司（LM）方面，已将3D打印技术应用于美国空军的先进极高频－6（AEHF－6）卫星研制过程，使用激光粉末床熔化技术制造了一个远程接口部件，可将该部件的制造周期从6个月减少到1个半月，将部件与卫星的组装时间从12h减少到3h，并且提高部件的生产质量和部件的一致性。此外，洛马公司还在其卫星生产线中利用虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术工具，在产品进入生产线之前利用3D成像发现并纠正工程失误，以节省后期用于纠正这些失误的时间和资金成本，目前保守估计每年节省成本约1000万美元。