美国OneWeb空间互联网星座的发展分析

● 文 |.中国空间技术研究院 .北京空间科技信息研究所 李倬 周一鸣

一网公司（OneWeb）是一家创办于2012年的美国初创公司，创始人格雷格·维勒（Greg Wyler）提出了OneWeb计划构想，致力于打造由数百颗至数千颗卫星组成的星座，提供高速网络接入服务。短短数年间，OneWeb计划受到了产业内外大型企业与资本的关注与追捧，系统建设稳步推进，目前已成为全球融资额度最高（已超过17亿美元）、工程进度最快、也是最早获得美国频率管理机构——联邦通信委员会（FCC）市场准入许可的星座项目，计划于2018年下半年发射星座的首批10颗卫星。一网公司在系统发展、研制生产模式、发射方式等方面都具有特色，值得我们关注研究。

一、系统发展情况

系统空间段方面，一网公司致力于将单星研制成本压至60万美元，尽可能采用成熟技术和简单的通信体制，以推动批量化生产。一方面，整个系统将采用透明转发工作方式，星上无需实现路由、交换等复杂处理功能，同时不设星间链路，减少载荷设备的质量、空间与功率等资源消耗，降低技术实现难度。在这种理念影响下，卫星设计质量150kg，仅为“下一代铱星”（Iridium NEXT）的1/6。另一方面，星座旨在面向终端用户提供高速宽带通信服务，单星需具备多波束覆盖能力，以支持频率复用，使单星容量达到10Gbit/s的目标，其性能要求又远远超出传统百公斤量级小卫星的能力水平。按此规划研制的“一网”卫星将成为性价比最高的低轨通信卫星[1]。“一网”卫星设想图如图1所示。

图1 “一网”卫星设想图

系统地面段方面，由于“一网”卫星不配备星间链路，所以根据业务需求合理部署全球关口站是系统提供连续服务的关键。根据目前公布的计划，“一网”第一代星座将在全球配建部署55～75个卫星关口站，每个关口站配置10副以上的天线，每副天线的口径超过3.4m。关口站将由美国休斯网络系统公司研制，借助其在地面段的成熟经验，实现卫星与地面网络的高效互联。但值得一提的是，由于大洋区域的关口站部署困难，即使从目前“一网”系统的规划布局来看，其在该区域分布也极为稀疏，如何实现连续覆盖、避免过顶卫星闲置，是其必须考虑和解决的技术问题。“一网”系统地面站全球部署规划情况如图2所示。

图2 “一网”系统地面站全球部署规划情况

终端方面，一网公司将用户终端芯片视为整个系统中最难实现的部分，目前的主要策略是与芯片巨头高通无线技术公司（Qualcomm）一起开发专用的14nm低成本芯片，降低功耗的同时，保持高速数据传输和波束快速准确切换的能力，实现用户终端性能、功耗、体积、质量及可靠性的优化和提升。其用户段根据应用领域和场景的不同，提供固定、舰载、车载和机载等多种类型终端，终端天线尺寸为45cm～1m，既有机械式双抛物面天线，也有相控阵天线。用户通过“一网”系统终端连接的热点接入互联网。

二、研制生产模式

在卫星生产制造方面，由于一网星座规模达到千颗量级，交付周期也比普通地球同步轨道卫星（GEO）更严苛，以传统制造商的现有AIT设施、延续现有的研制模式，根本无法满足这种需求。在此之前，泰雷兹-阿莱尼亚航天公司保持着每周生产1颗“下一代铱星”卫星的记录，而一网公司则提出1天至少3颗卫星的出厂速度，将达到卫星产业界前所未有的交付水平。为了应对大规模星座交付和部署的压力，一网公司开辟了极具创新特点的自动化生产线模式，其与空客防务与航天公司合作，积极利用后者在飞机制造领域“未来工厂”理念，推进卫星研制流程创新。

根据官方最新披露的信息，该生产线将包括载荷、星载电子设备、推进系统以及太阳能电池板等四条独立装配、独立测试的并行模块组装线，部件完成组装测试之后，进入整星总装生产线（FAL），按序进行集成，再对整星测试后出厂。1条生产线共包括30个组装或测试工位，每个工位分配2名工人，可实现最快1天1星的出厂能力[2]。

整个生产线将分利用智能装配工具、大数据控制、机器人、增强现实工具以及自动测试系统等数字化手段，加速AIT流程。此外，该生产线具备的自动化技术、测试设备和数据采集能力，能够为工厂性能和程序改进提供分析方法，同时还能够对生产过程中出现的异常情况进行接近实时的检测并进行修正，确保可靠性。

在OneWeb星座建设的需求牵引下，其供应商也纷纷投资建立全新的生产线，或对现有设施进行改造，以满足紧凑的进度和庞大的生产量。其星敏感器供应商法国Sodern公司主要负责为900颗卫星提供1800副星敏感器，该公司正在开发一条新的生产线，未来用于OneWeb星座上的星敏感器，将是传统设备质量和体积的1/10，而价格则只有1/100到1/50的水平。其太阳能电池板供应商美国SolAero公司为了保证满足卫星生产要求，也正在实施一个1000万美元的项目，扩展其新墨西哥洲的工厂，投资标准化、自动化设备，以提升产量、降低成本并提高质量。在某种意义上，新兴星座的发展与行业的新变革之间存在着相互促进、相互影响的密切关系。

三、发射方式

2017年3月8日，一网公司与蓝色起源公司共同宣布，双方签署新格伦（New Glenn）可重复使用火箭发射合同，一网公司也成为蓝色起源公司New Glenn可重复使用火箭的第二家客户。New Glenn可重复使用火箭概念图如图3所示。

图3 New Glenn可重复使用火箭概念图

蓝色起源公司创始人杰夫·贝佐斯（Jeff Bezos）表示，一网公司预定了5次火箭发射。可重复式两级火箭能够载有13t有效载荷发射至转移轨道，或45t有效载荷至低地球轨道。预计首次发射时间在2020年左右。一网公司表示，目前尚未确定一枚New Glenn火箭要发多少颗卫星，取决于该火箭是用于发射一代星座还是二代星座。按照之前信息，一网星座一代卫星的质量约为150kg，但二代星座的质量尚未确定。按照目前的计划，一网公司已经与阿里安公司签署了21发联盟号火箭发射，以及5次联盟号火箭和3枚阿里安－6火箭的补充发射订单。一网公司还与维珍银河公司的发射者一号火箭（LauncherOne）签署了39发火箭订单。一网公司与空客防务与航天公司成立的合资公司预计将研制900颗卫星[3]。

四、未来发展分析

当前，一网公司采取“率先突破B2B卫星通信业务，然后开拓发展中国家市场”的发展策略。尽管一网公司的最终目标是建成全球无缝覆盖的宽带卫星互联网接入系统，但在星座建设初期将率先对发达国家的地面网络尚未覆盖地区的中小型企业开展B2B卫星通信业务，待地面用户终端设备的生产规模、营业额、现金流、成本控制等各方面达到一定程度后，再全面开拓发展中国家和边远地区的卫星宽带互联网接入服务[4]。

在抢占发达国家B2B 业务的同时，一网公司还将积极开拓航空和其他卫星宽带市场，并借助其合作伙伴获得重点国家（如印度、中国）的运营执照或落地许可，为将来开展更大规模、更深度的卫星互联网宽带接入业务打好基础[5]。

根据以往低轨卫星星座的经验教训，用户终端设计和成本问题是星座成败的关键。OneWeb 星座的远期目标市场是中国和印度等发展中国家，因此用户终端价格低廉、使用方便、容易维护是进入这一市场的关键因素。