基于高通量卫星的产业应用和变革

+李凯

（西安星展测控科技股份有限公司网络运营事业部总经理）

从卫星动中通设备生产商的角度出发，探讨高通量卫星将带来的产业应用和变革。

高通量卫星时代的到来

2017年8月16日，中星16号卫星成功发射，该星定位于东经110.5度，是我国首个应用Ka频段多波束通信的宽带卫星，总通信容量达到20Gbps，超过发射之前我国所有通信卫星容量的总和，该星投入运营后，标志着我国正式进入自主可控的高通量卫星时代。

三年后（2020年7月9日），我国自主研制的亚太六号通信卫星也顺利升空入轨，定位东经134.5度，采用Ku/Ka频段进行传输，总通信容量达到50Gbps。此外，中国航天科技集团公布，2023年前后将再发射两颗超大容量同步轨道高通量卫星，在轨高通量卫星系统容量不小于500G。高通量卫星的陆续部署，将为我国高通量卫星通信应用的拓展提供可靠的空间基础。

高通量卫星相比传统通信卫星，具有大容量、高速率的显著优势。传统赋形波束卫星的单星容量约为3～5Gbps，而高通量卫星单星容量可达20～50GPS。在相同口径和功放条件下，传统赋形波束卫星下小站的带宽约为1-10Mbps，高通量卫星下小站最大带宽可提升到5-50Mbps。

中星16号高通量卫星正式投入使用以来，已在多个领域开展了较为广泛的应用，包括地面移动通信基站回传、Wi-Fi热点覆盖、船载通信、应急通信、远程教育等，有效提升了我国的宽带覆盖率，为各类产业信息化建设带来了较大助益。

例如，今年7月7日，中星16号卫星首次为民航客舱提供了空间高速网络通信，在万米高空的飞机客舱内实现了在线直播、空地实时视频通话，带宽达到50Mbps，为航司和乘客带来更高速顺畅的机上网络冲浪体验。这是一次重大突破，该系统是国内首例获得FAA STC和CAAC VSTC适航认证的国产机上高速卫星互联系统。该次首航由中国卫通集团股份有限公司和飞天联合（北京）系统技术有限公司主导，西安星展测控科技股份有限公司提供支持。

在应急方面，今年在山东和云南均发生了较为严重的泥石流灾害。灾情发生后，灾区地面基站受损无法使用、通信中断，中国卫通配合云南移动应急通信指挥中心，及时协调包含中星16号在内的卫星资源，配合开通卫星链路，架设起通信“生命线”，为抢救灾区生命和财产起到非常大的作用。

除了空中、陆地，高通量卫星通信系统在海上也有广泛应用场景，其中较为典型的是海上风电场远程监控。近年来，海上风电得到国家政策支持，装机规模不断提升，发展势头一片大好。海上风电场多数远离陆地，没有地面网络的覆盖，设备数据传输、人员通信通常只能依赖卫星通信。原来使用传统通信卫星，只能实现简单的话音、邮件办公。但现在通过高通量卫星的应用，已经实现了多路的高清视频回传、航线规划、风机数据实时及连续性回传，为风电场的安全和运营带来了很大的便利。

以中星16号Ka卫星为代表的高通量卫星的应用还未满三年，就已经给各行各业带来了不小的变化，随着产业链各方进一步挖掘市场需求，以及新卫星的入列，相信我国高通量卫星通信市场将愈发蓬勃发展。

高通量卫星带来的市场契机

未来，高通量卫星会带来哪些市场契机？可以从两方面来阐述。第一是市场空间，第二产业变革。

1、高通量卫星未来市场空间

目前，各类内贸商船、工程类船舶、集装箱船，仅国内就有4500艘，在日韩线、东南亚以及全球其他航线上则超过6000艘。中国的近海渔船更高达20万艘。海上是地面网络覆盖的盲区，这些都是未来高通量卫星最大的用户群体。在空中，我国的民航飞机有3800架，通航固定翼飞机以及直升机分别超过1800架和900架，这些也都是未来高通量卫星非常有效的用户。同时，高通量卫星在我国的生态环保、森林防火、应急通信等领域也有广泛的应用场景，在更好地保护国家和人民生命财产安全、提高各行业生产效率、提升经济发展水平等方面能发挥重大作用。

根据QYResearch 公司的全球与中国VSAT通信市场现状及未来发展趋势的报告，2019～2025年，全球VSAT市场总值将从85.9亿元、设备总需求31.9万套提升到市场总值147.9亿元、设备总需求量55万套。而随着高通量卫星在中国的逐步投入运营，中国的VSAT市场总值预估将在2025年占比10%，达到年销售额近15亿元，设备需求数量将超过5万套。未来的市场容量相当可观。（参见图1）

图1 高通量下VSAT市场总值（数据来源：QYResearch）

图2 船舶油耗真实数据

2、高通量卫星的应用将激发产业变革

地球上原本信号缺失的地方，将因为网络的接入产生巨大的效益。可以看两个例子。

全球有数十万艘商船航行在各片海域，船东公司面临的第一大成本就是能耗问题。燃油能耗涉及很多因素，例如船舶主机参数、航线设计，以及气象等客观因素的影响，都会使油耗产生巨大的变化。

图2展示了一组大型船舶油耗的真实数据。航行770-780海里，总油耗会在55-65吨之间变化，也就是说，航程相差仅10海里，燃油消耗的差异竟然高达10吨。按照目前国际油价一吨3000美元左右计算，燃油成本差异达到了3万美元。如果按照船舶全年的工作情况，一条船舶的航行时长为240-260天，靠港或锚地等待时长约105-125天，每天的燃油消耗量在40-50吨之间，单日的航行油耗就达到12万到15万，也就是说每天都会产生3万美元左右的燃油差异，如果按照每年250天的中间值，那么一条船的燃油浮动差异一年是750万美元！假如通过某种技术手段能够对此精准控制，使燃油总消耗量节省750万美元中的40%，那么一艘船一年节省的燃油费是150万美元。取3000艘中国的远洋货船来计算，一年燃油节省空间可达45亿美元！（参见图3）

为什么没有人想到去解决这个问题呢？因为在高通量时代来临前，窄带卫星通信很难完成连续性的大量的数据回传，涉及如气象、主机参数、每个设备的压力值等等。因此尽管陆地上已经有许多科研机构做相关方面的研发，制定了精准的燃油节省方案，然而如果没有大量数据的及时回传，再好的方案也难以实现。现在，有了高通量卫星，卫星通信带宽能力显著增强、流量成本持续下降，上述技术势必会融合在一起，为船舶行业节省成本、带来巨大的效益。

再来看另外一个例子。森林火灾是困扰全球政府的难题，为什么？因为火灾的发生往往都在偏远地区，加之森林面积大，人迹罕至，要做到“早发现”非常困难。目前，森林火灾防治主要依靠飞机巡逻、人工巡逻，以及在定点区域安装监控设备，但都有各种各样的弊端。比如人工巡逻只能在有限的区域内，大部分林区因为地形险要、路途遥远，人力难以涉及，且发现火情后沟通难度大；飞机巡逻的成本很高，而且飞行速度快，靠机上人员肉眼搜寻，难以有效发现初始火情；而定点监控因为设备电力续航问题、通信处理方式难度大等，控制效果也比较有限。

图3 计算船舶燃油节省情况

应用高通量卫星之后，可以通过搭载在飞机上的卫星通信终端，结合人工手持终端等多种方式建立实时立体监控网，将采集到的高清连续性视频等实时数据回传地面中心。一旦发现火患，中心系统的软件会运用智能算法根据回传的数据计算判定火情，并及时推送相关责任人知悉，从而在第一时间应急处置。（参见图4）

图4 基于高通量卫星通信系统的森林火灾防控体系

近五年来，我国火灾次数和受灾森林面积的数据曲线呈现反复性，森林火灾的防护工作不容乐观。相信未来通过高通量卫星的应用，通过空地联动的立体防火网络，可以使原本较为缓慢的火情下降趋势在3-5年内加速下降，降低因火灾造成的损失数亿元，且能大幅降低人员伤亡的风险。

因此可以说，高通量卫星不仅能够激活一部分用户，提升通信的能效，而且潜在地能够激活产业融合，通过大数据的应用，撬动一个几十亿乃至数千亿元的市场空间。

星展测控在高通量卫星应用中的实践与展望

图5 实际案例中，机载高通量卫星通信系统传回火灾现场实时视频

目前，我国的高通量卫星应用已具备一定规模，在海、陆、空各场景均已有实际应用。结合星展测控这几年在该领域的实践，以下谈谈对持续推动应用市场发展的计划与看法。

海上，星展测控服务于各类渔船商船，船载高通量终端已经装备了数千艘船。随着中星16号和亚太6D卫星应用的不断扩展，预计未来三年内将会有超过5000～8000艘货船、渔船接入高通量卫星系统，享受到更快、更高效、更便宜的网络服务。

在陆地，星展测控在应急通信车辆、高铁通信等方面已开展实际应用。

在通用航空方面，国内大部分通航飞机加装了卫星通信系统，未来高通量系统应用场景在该领域的增长也值得期待。针对此类业务，星展测控准备了0.43米口径的Ku直升机机载动中通，以及等效0.45米口径的Ku/ka的机载动中通。相关产品在宁波公安系统、北大荒航空护林巡防业务中都有了成熟的应用。

同时我们也在积极研发适合中大型无人机搭载的小型机载动中通天线，将在远洋捕捞、森林防火、自然环境保护区巡逻等领域发挥重大作用。

在备受关注的“5G+低轨卫星通信”方面，近日，星展测控与航天科工空间工程发展有限公司、浙江舟山市岱山县政府、中国联通研究院等单位，成功联合开展了低轨宽带通信技术试验卫星+5G海上融合组网试验。星展测控参与研制的0.6米Ka船载动中通天线为试验的顺利开展提供了有力助力，实现了在海上没有地面移动网络信号覆盖的情况下，可以便捷的进行文件传输、信息发送、浏览网页和视频点播。

在未来五年内，高轨高通量卫星无疑是卫星通信主要的发展趋势之一，但中低轨互联网卫星星座也正在迅猛发展。我们与鑫诺卫星、亚太星通等卫星运营商，一同为终端用户设计了各种应用场景的卫星互联网服务。我们也将一起参与相关研发，为卫星通信事业贡献自己的力量。