“星链”“一网”星座研发运行架构分析

马忠成 李心蕊 章罗娜 饶建兵 高利春

（1航天科工空间工程发展有限公司，2北京电子工程总体研究所）

2020年注定是世界卫星互联网发展史上具有里程碑意义的一年，在新冠肺炎冲击全球经济的严峻形势下，卫星互联网产业发展依然获得了业界较高的关注。1月7日，美国太空探索技术公司（SpaceX）成功发射第3批“星链”（Starlink）卫星，成为当今拥有最大在轨商业星座的公司。3月27日，一网公司（ONEWEB）正式向纽约南区美国破产法院提出破产保护。4月20日，我国正式将卫星互联网纳入新基建范畴。7月3日，英国政府联合世界第三大移动通信运营商——印度巴蒂电信集团（Bharti Airtel），出资10亿美元成功竞拍收购一网公司，并为其全面业务重启提供资金。卫星互联网工程建设投入大，技术体系复杂，如何更为高效、更低成本地开展工程建设运行工作，值得深入研究。

1 Starlink星座研发运行架构分析

星座部署进展

SpaceX公司在2015年提出Starlink卫星互联网星座，旨在开发低成本、高性能的通信卫星及用户所需要的地面终端，实现新的天基互联网通信，在全球范围内提供互联网接入服务，为无法使用25Mbit/s带宽的超过3400万美国人及全球其他农村地区提供宽带连接。

2018年2月，SpaceX公司发射首批2颗试验卫星，为Starlink星座建设提供技术验证。2019年5月至2020年8月，SpaceX公司先后11次利用猎鹰-9运载火箭，分批次完成653颗星座卫星发射，其中第一批60颗为组网试验卫星，后续593颗为业务组网卫星。2020年6月，SpaceX公司开放星座私人测试，全美70万人进行了注册。据Ars TECHNICA报道，星座用户测试下载速度11～60Mbit/s，上传速度5～18Mbit/s，延时31～94ms不等。

运行架构分析

（1）运营总体情况

SpaceX公司自设立之初，为降低产品成本，即开展全产业链条布局。成立18年以来，公司逐步发展成为集卫星、火箭、地面站制造，火箭发射和回收，卫星运营和服务于一身的商业航天产业链完整的产业巨头。Starlink星座建设过程中，SpaceX公司已实现关键产品自主生产，70%以上硬件均由内部制造。SpaceX公司打造的“火箭研制+卫星研制+发射服务”垂直整合商业模式，在业内具有明显的成本和速度优势。

（2）研发机构设置

SpaceX公司拥有自己的研发部门，技术人员主要有两个来源。一是美国国家航空航天局（NASA）为了扶持SpaceX公司，直接派驻了技术骨干，包括一批航天业内的顶尖高手；二是SpaceX公司从NASA及行业内军火巨头企业挖来了业内的技术精英。在SpaceX公司研发队伍中，成熟型人才占比较高，高精尖技术人才的引入保障了其技术研发的成功率和对外融资的实力，对公司的快速发展起到了强大的助推作用。

（3）技术基础和来源

SpaceX公司在技术上并不追求先进，而是创造性地大量采用低成本、高可靠的成熟技术，在此基础上进行颠覆式创新，包括重复使用运载、整流罩回收，以及“一箭60星”发射等。SpaceX公司主要的专利来自于NASA及其下属各航天中心和喷气推进实验室；个别项目由SpaceX公司提出需求，NASA完成技术攻关，SpaceX公司购买其技术成果和专利。同时，NASA经常为SpaceX公司提供研发设备和试验场地，用自己的技术和设备优势帮助SpaceX公司更好地研发，节约成本。

（4）管控模式

SpaceX公司采取扁平化管理及开放式工作理念，构建了自上而下，自星座至卫星、火箭，终端至单机再至芯片投产的无障碍沟通渠道，大幅提高了决策效率、研发效率。产品研制过程，通过全流程风险传递确保目标一致；通过全流程信息共享、沟通，确保各环节信息对称，精益控制产品成本；通过全产业链布局，实现关键产品自主生产，确保整体建设、运营成本可控。

资金风险分析

SpaceX公司积极为Starlink星座建设募集资金，不仅从金融渠道寻求支持，同时全力拓展美国政府支持渠道。

马斯克正在寻求获得美国面向农村的宽带业务补贴资格。该计划由美国联邦通信委员会（FCC）倡导提出，第一阶段提供160亿美元补贴资金，用于支持中标企业。SpaceX公司重点业务十分依赖美国政府的政策和补贴，此次竞标获得支持的可能性较大。

星箭发射成本分析

SpaceX公司自主研制Starlink星座卫星、猎鹰-9火箭，完成星座部署。至首批4409颗卫星部署完成，具备全球服务能力。

Star1ink星座建设成本明显低于传统水平，卫星建造成本为传统卫星的1/30，卫星发射成本为传统发射的1/5。第一阶段星箭部署成本总计47.7亿美元，容量88Tbit/s（单颗卫星容量20Gbit/s），建设成本合5.4万美元/（Gbit/s）。

小结

SpaceX公司快速成长建立在美国航天产业多年的工程积累和经验数据基础上，在政府资金和政策的扶持下，在NASA技术和人才基础的支持下，更高层次实现“快”“好”“省”的平衡，实行扁平化、纵向一体化的产品管理，直接控制产业链核心环节，绝大部分部组件自主完成设计、研制，摆脱了传统配套体系技术更新慢、产品成本高、供货周期长的制约，极具竞争力。主导建设的Starlink星座研发运行模式优势明显：有效避免庞大的供应链；有效地避免了不必要的系统间设计余量；有效地避免了叠加的外包订单厂商等高成本环节；产品成本显著低于传统航天企业。

Starlink星座组网成本预测表

猎鹰―9火箭回收发射成本测算 万美元

2 OneWeb星座研发运行架构分析

星座部署进展

一网公司于2014年成立，其创始人是格雷格·惠勒。公司旨在打造人类历史上规模最大的低轨宽带通信星座系统，率先突破B2B卫星通信业务，再开拓发展中国家市场，最终建成全球无缝覆盖的宽带卫星互联网接入系统。

2019年2月，一网公司使用联盟ST-B运载火箭，以“一箭6星”的方式将技术验证星送入预定轨道。2020年2月至今，一网公司利用联盟-2.1b运载火箭，分两批将68颗组网卫星送入预定轨道。

运行架构分析

一网公司设立初期的原则就是“将传统成熟的市场供应链和配套体系为己所用”，积极与产业链上下游公司建立合作伙伴关系，完成低轨星座建设过程所涉及的每个核心市场布局。但是，在卫星批量生产制造方面，一网公司并没有找到合适的合作伙伴。2014年，全球对于卫星规模化制造处于概念阶段，业内无成功先例。无奈之下，一网公司只能躬身入局，与空中客车公司（Airbus）成立合资公司，实现卫星设计及批量化制造。

总体设计方面，一网公司与空中客车公司合资成立一网卫星公司（OneWeb Satellite），完成系统总体方案，卫星方案设计、迭代，关键技术攻关。公司员工三百多人，主要来自于空中客车公司。卫星制造方面，一网卫星公司同时负责卫星制造及生产。运载火箭方面，法国阿里安空间公司（Arianespace）、英国维珍银河公司（Virgin Galatic）为一网公司提供发射服务。单机配套方面，空中客车公司主要负责为一网卫星公司提供部分单机配套及条件保障设施。地面系统方面，休斯公司（Hughes）负责OneWeb地面信关站、终端以及基带设备研制。卫星运营、服务提供与融资方面，一网公司主要负责卫星运营、服务提供、融资等商业行为。

资金风险分析

截至2020年3月，一网公司共赢得约34亿美元融资，其中债务融资占比53%，打通了卫星研发、制造、运营、应用全产业链条，为整个星座的实施、用户的寻找提供了保障，但是高息债务融资带来的高昂财务成本也给未来发展埋下了巨大的隐患。

2017－2018年，一网公司收入几乎为零，投入巨大，由于融资得当，至2018年底，公司现金流处于健康状态。2019年，公司进入大规模制造和发射期后，现金流趋于紧张。2020年，一网公司计划继续融资，以推进星座建设，其主要合作方软银集团（SoftBank）也承诺了投资意向。但是，新冠疫情的爆发导致软银股价腰斩，损失近500亿美元，无法继续支持一网公司良性发展。无奈之下，一网公司走向破产。

星箭发射成本分析

一网公司自主完成星座卫星研制，购买联盟-2.1b火箭完成星座部署。至首批720颗卫星部署完成，具备全球服务能力。

OneWeb星座建设成本略低于传统水平，卫星建造成本为传统卫星的1/10，卫星发射成本与传统发射相当。第一阶段星箭部署成本总计19.4亿美元，容量5760Gbit/s（单颗卫星容量8Gbit/s），建设成本合33.7万美元/（Gbit/s）。

OneWeb星座组网成本预测表

小结

与SpaceX公司商业发展路径不同，一网公司以融资、融智等新颖的商业发展模式快速推进星座建设，引领了商业航天的热潮，也进一步激发了星座建设商的积极性，但是其发展也存在明显的弊端：政府支持少，公开报道中仅卢旺达政府、英国航天局给予了少量支持；过于依赖外部力量，聚合了众多无生存压力的公司，无法形成全产业链闭环；星座至单机至芯片迭代链条冗长，中间环节过多，沟通和管理成本过高；生存、成本压力无法有效向下传导，对于产业链各端不具备控制能力和议价能力；无法有效控制技术创新速度、产品交付周期，造成建设速度无法掌控，逐步丧失星座建设主动权、控制权。

3 总结与建议

SpaceX公司、一网公司是目前全球卫星互联网建设速度最快的两家企业。建设过程中，两家公司通过社会化融资降低建设、运营风险，掌握了核心系统技术及大系统协调控制，掌握了批量化卫星制造技术，构建了智能化、规模化、自动化的批生产卫星制造工厂，对国内卫星互联网建设具有重要借鉴意义。在建设成本、运行风险管控方面，SpaceX公司更占优势，Starlink星座即将完成区域组网，占据行业先发优势。