卫星通信在航空公司机上互联业务的商业应用及分析

文 | 许音

东方航空产业投资有限公司

随着航空客运量的增加，民航通信网络亟需扩充通信容量以满足机上乘客日益增长的通信需求。欧美等发达国家的机上互联业务起步于2006 年，美国联邦航空局（FAA）、欧洲航空安全局（EASA）开放机上WiFi 供乘客使用。2008 年，美国航空率先安装基于空地通信（ATG）技术的机上网络；2012 年，美国西南航空公司部署基于Ku 卫星的机上网络；2014 年，捷蓝航空采用Ka 卫星技术提供机上网络服务。欧洲机上互联主要采用宽体机卫星方案，部分窄体机采用ATG+卫星混合组网的方案。2014 年 12 月，工信部原则上同意中国电信与东航进行国际远程航线机上通信服务的商业测试。2017年9 月，中国民航局放宽了机上使用电子设备PED的限制[1]，为旅客使用自有设备接入机上互联网创造了便利条件。2020 年4 月卫星互联网纳入国家“新基建”，机上互联作为卫星互联网的重要组成部分，获得了快速发展契机，商业价值逐步显现。

一、机上互联的技术路径

目前在用的卫星通信系统包括第四代海事卫星航空业务（SBB）、基于甚小口径天线系统（VSAT）技术的Ku 或Ka 频段卫星，均属于高轨道卫星。近年来，以星链（Starlink）为代表的低轨道卫星快速发展，以其成本低、发射周期短、数量多的特点，正在快速占据低轨轨道资源，未来将成为卫星通信领域的重要一极。

1．海事卫星

海事卫星航空设备具备为航空公司运行中心（AOC）及航空信息管理提供语音通信、数据传输、传真业务（包括视频）等客户化能力，可以为驾驶舱应急通信、运行控制通信、飞机维修通信、医疗救助通信等方面提供服务。海事卫星通信受国际公约保护，因而成为飞机前舱通信的首选。在国内，海事卫星航空通信由民航数据公司和交通信息中心联合提供服务。第五代海事卫星全球快递GX（Global Xpress）业务可以提供基于Ka 频段全球覆盖的高通量高速卫星互联网接入服务[2]。

2．Ku/Ka 卫星

Ku 和Ka 卫星是当前主流的机上互联方案，相比Ku 卫星，Ka 卫星具有带宽高、频率资源丰富、单位使用成本低等特点，两者均可以通过多点波束及频率复用实现高通量。目前国内自主建设的高通量卫星有中星16 号（Ka）、中星26 号（Ka）和亚太6D（Ka+Ku），覆盖东部沿海地区和亚太地区。通过松下航电等提供的组网服务可覆盖全球主要航线。

3．低轨卫星

低轨卫星相较于中高轨卫星，通信时延低、传输速率高，但是低轨卫星移动速度快，需要基于动态的网络信息保持稳定的连接，现有基于高轨卫星设计的卫星通信方案不再适用，机载设备终端也需要相应更换。低轨卫星的代表是太空探索技术公司（SpaceX）推出的Starlink 系统，将为航司提供“高速、低延迟、全球联网的飞行互联网”。可以预见，低轨卫星未来将在机上互联产业中占据重要地位。

4．手机直连卫星

传统卫星电话方案需要使用专用卫星电话天线，通过卫星链接到地面信关站，再接入地面公共网络实现通信功能。该模式下通常采用C/Ku/Ka 等卫星专用频段，通常应用在专用领域，典型的包括天通一号、铱星、全球星（GlobalStar）等。手机直连卫星是2022 年出现的新技术，目前技术路线尚未统一，除苹果和高通有专有解决方案外，SpaceX、领克公司（Lynk Global）和AST 空间移动公司（AST SpaceMobile）等卫星供应商及电信运营商也在推出各自的直连模式。尽管目前手机直连卫星还处于起步阶段，主要商业功能为接发短信，但技术正在快速迭代，未来可能对传统卫星方案形成替代。

二、 技术路径对比分析

1．商业成熟度：Ku（高通量）＞Ka（高通量）

Ku 是现阶段装机量最多的方案，Ku 卫星的全球布局较为充分，商业化运营历程更长，在此基础上已形成较为成熟的商业模式。

Ka 频段目前主要供应商为卫讯公司（Viasat），已在国内窄体机上实现商用。目前 Ka 频段的卫星资源少于Ku 频段，但随着中星26 号的成功发射，Ka网络对中国全境及周边的覆盖得到进一步完善。

机上互联网技术成熟度见表1。

2．运营成本：Ka 或Ku（高通量）＜Ku

Ku 频段下，网络流量价格在1.20 元/MB。2020 年下半年商用的亚太6D Ku 高通量卫星，将国内航线流量价格降低至约0.4 元/MB，国际航线成本降低至约1.0 元/MB。作为容量更大的Ka 频段，成本与Ku 高通量和ATG 方案较为接近，均为约0.4/MB。低轨卫星是目前行业看好的技术方案，根据中国电信的估计，其成本有望实现0.2 元/MB以下，亦有卫星运营商表示低轨卫星相较于传统同步卫星成本有望节约4/5，但目前低轨卫星尚未在航司实现商用。

三、 技术路径趋势分析

1．低轨卫星占据主流地位

低轨卫星渗透率不断提高。2022 年以来，越来越多基于低轨卫星的互联方案开始推出。夏威夷航空宣布和Starlink 合作为乘客免费提供机上互联服务。根据Space Capital 预测[3]，2023 年卫星通信行业理论容量可达97Tbit/s，其中低轨卫星占比83%，中轨卫星11%，高轨卫星6%。到2026年，理论容量将突破218Tbit/s，其中低轨卫星占比91%，中轨卫星5%，高轨卫星4%。低轨卫星将占据绝对主流地位。伴随着低轨卫星的爆发式增长，轨道资源被迅速消耗，预计到2029 年，地球近地轨道资源将接近饱和。

2．Ka 卫星取代Ku 卫星

这一趋势主要是由Ku 频段资源趋于枯竭所致，新的通信需求将转向Ka 频段。Ka 卫星容量可达Ku 卫星容量的100 倍以上，单位使用成本大幅降低，对机上互联商业运营具有重要意义。目前各主要供应商多采用Ka 频段为主推方案。

3．手机直连卫星可能超预期发展

手机直连卫星目前在救援领域已有实际应用案例，展示了该项技术在特殊场景下的应用潜力。监管机构正在制定相应的政策框架以推动该项技术大规模发展。2023 年3 月16 日，美国联邦通信委员会（FCC）通过了关于手机直连卫星的SCS 规则提案[4]，为了使手机直连卫星有机会大规模交付，更多的频谱波段在全球范围内走向全面的单一网络，监管机构现在就需要制定框架来支持其发展。一个可供参考的案例是：手机收发短信始于1998 年，到2010 年4G 通信技术商用，经历了12 年时间。手机直连卫星仅需解决手机和卫星的连接问题，技术难度远低于从2G 升级至4G 通信技术，研发周期也会相应缩短。政策支持加上技术迭代可能推动手机直连卫星超预期发展。

综上所述，卫星通信在未来仍将是主流的机上互联技术，低轨卫星的出现增加了资源供给，卫星互联的成本有望进一步降低。高轨（高通量）卫星短期内发展速度慢于低轨卫星，但其地位不可能被完全替代。低轨卫星、高轨（高通量）卫星在技术上存在一定的互补关系，在未来相当长的时期内将会共存。手机直连卫星在 C 端构成上述三者的替代，虽然目前尚处于初级阶段，但潜力巨大。

四、全球机上互联机队概况

1．机队整体布局

根据Valour Consultancy[5]的数据，截至2022年第2 季度，全球具有机上互联功能的机队规模攀升至9835 架，其中窄体机占据了半壁江山。按技术方案分类，Ku 频段卫星最为主流，共4780 架；Ka 频段卫星增长最快，共2806 架；ATG 方案保持稳定，共1473 架；L 频段卫星呈逐年下降趋势，共462 架。

2．国际航司分布

全球行业排名靠前的互联机队前5 名均为美国航司。截至2022 年第2 季度，美国航空的互联机队规模已达1422 架，全球排名第一。达美和美联航分列二、三位，机队规模分别为1197架和1133架。美国以外拥有规模化互联机队的航司分别为阿联酋航空（248 架，排名第六），英航（220 架，排名第八），汉莎（211 架，排名第九）和全日空（196架，排名第十）。

3．国内航司分布

目前除国航和川航在窄体机有小规模改装的尝试外，其余航司均以宽体机的布局为主。在用和待交付的机队规模为269 架，其中东航、南航、国航三大航拥有203 架，占比75%；东航拥有115 架，超过了南航和国航的总和，是互联机队的绝对主力。除三大航外，海航、川航等也拥有少量互联机队，值得注意的是，川航在互联机队发展上采取了差异化方案，使用Ka 方案配置了15 架A320，使其成为国内规模最大的窄体机互联机队。

4．主要供应商

美国在机上互联领域起步较早，目前行业内主流的供应商多为美国企业（表2）。Intelsat 是全球机上互联最大的设备供应商，截至2022 年第2 季度全球装机量达3040 架。松下航电位列第二，全球市场份额22%，国内市场份额排名第一，为除南航15 架A350 外的所有宽体机提供服务。Ka 频段卫星方案供应商Viasat 排名第三，目前全球装机量近1900 架，但其尚有1055 架尚未交付的订单，主要客户为美国西南航空。2023 年3 月，Viasat 宣布其将为达美提供超1000 架的机上互联设备，市场份额或将超过Intelsat。

国内有中电科航电、中国卫通等在细分领域拥有一定技术优势的供应商（表3）。但总体而言，国内供应商在技术水平、服务能力、装机数量上与美国供应商存在相当大的差距。

表2 国际主要供应商

表3 国内主要供应商

五、机上互联商业应用拓展

1．前舱应用

前舱应用主要包括安全数据传输（飞行数据、舱内视频数据、飞机位置和姿态数据、飞机健康监控数据等）、气象服务、事故调查等，涉及空管通信业务和航空公司通信业务，在无线电频率分配和机载设备方面有着较高的安全等级，无法由前文所述主要应用在后舱的技术及配套航电设备所取代。但随着技术的发展，飞机飞行时产生的海量数据需要更高的带宽支持以实现航班的精细化运行、安全飞行和智能机务。目前以汉莎为代表推出的数字化飞机，是机上互联在飞机前后舱一体化应用方面的新技术。其核心原理是通过后舱的高速互联通道支持前舱的数字分析、处理和传输，做到空地快速通信及联合决策。表4 为数字化飞机和传统前舱卫星通信4 分钟方案成本比较。

表4 数字化飞机和传统前舱卫星通信4 分钟方案成本比较

以前舱的4 分钟应急通话为例（表4），2022年6 月1 日，民航局飞标司推动在《“十四五”民用航空安全生产专项规划实施方案》中，将基于高通量 Ka/Ku 卫星的前后舱协同应用试点列入飞标司的重点工作，用于 4 分钟应急和监控能力提升等。

2．后舱应用

后舱应用按不同的商业模式可分为流量收入、机上广告收入、增值内容收入和交叉销售收入四类，具体如下：

（1）流量收入

直接由乘客或第三方向航司支付的机上互联费用，一般以流量或上网时长计费，主要推广形式包括规定时间内免费试用后以付费形式继续使用。短期来看，流量收入依然是全球航司机上互联最主要的收入来源，为航空公司提供了辅助收入的新选择。

（2）机上广告收入

不少海外航司已开始免费提供空中上网服务。美国航空在装载了Viasat 机型上测试免费WiFi，乘客只需看一条广告视频即可免费使用30 分钟WiFi。随着海外航司在机上互联商业模式创新方面的不断探索，未来将演化出更多元化的收费模式，如将成本转嫁或部分转嫁至在线旅游（OTA）、银行、商旅出行上下游或其他与航司有潜在广告业务合作需求的第三方。

（3）增值内容收入

通过提供现场直播内容、点播视频和机载娱乐系统绑定服务（W-IFEC）等获得的收入。捷蓝航空于2015 年与亚马逊达成协议加入其Prime 会员项目，为Prime 会员免费提供即时视频服务，会员乘客可利用个人设备连接捷蓝航空的机上WiFi观看。通过该服务，Prime 会员可观看亚马逊的原版节目、流电视和电影，而非会员乘客可租购亚马逊即时视频店铺中的节目。

（4）交叉销售收入

除上文中提到的商业模式外，机上互联业务还可以增加航司的交叉销售机会。以吉祥航空为例，用户购买WiFi 产品后可领取优惠券用于购买机票时抵扣。

3．商业模式的演进

机上互联业务属于航司向乘客提供的差异化服务，具有明显的C 端属性。当航司逐渐将该项服务培育成旅客出行的刚需后，机上互联的商业价值和发展前景也将更为清晰和明朗，有利于吸引第三方的参与和布局。虽然终端用户依然为乘机旅客，机上互联的商业模式将由A2C（A 即航司）逐渐向B2C 过渡。这一商业模式的演进，在丰富了收入来源的同时，也对航司和服务商提出了新的挑战，可概括为三种矛盾。

（1）快速增长的流量需求与有限的卫星资源之间的矛盾

机上互联商业模式的发展必然导致机上流量需求剧增，卫星资源的增长速度可能无法满足流量需求，尤其是在占据绝对供给份额的低轨卫星方面。可通过部署ATG 方案、签订长期流量采购协议、向产业链上游延伸等方式加大对流量资源的获取进行应对。

（2）多维度需求与单一化运营能力之间的矛盾

多维度需求主要针对航司和旅客而言。一方面，机上互联产业链各参与方运营能力较为单一，航司需要对接原始设备制造商（OEM）、航电设备供应商、系统集成商、电信运营商和机上互联服务商等多个相关方，迫切需要具备产业链垂直整合能力和全流程管理能力的供应商以解决传统模式下航司一对多的痛点。另一方面，不同旅客对互联网接入的需求也存在较大差异，年轻用户的社交需求，商旅出行的移动办公需求等，需要结合航司本身的客群特征形成差异化、定制化的机上互联产品矩阵。由于机型众多且单个航司的机队规模较小，航司也应对投入产出比进行相对精细的财务测算以判断机上互联服务能否形成规模效应。

（3）便捷的上网体验和丧失场景控制权之间的矛盾

限制较多且相对固定的客舱环境有利于场景控制，但技术的发展对此提出了挑战。互联网接入越通畅，旅客对客舱与地面环境的差异接受度就越低，航司对客舱场景的掌控力也越弱，手机直连卫星技术的发展增加了航司丧失场景控制力的风险。在机上互联领域，航司要避免沦为类似电信运营商在移动互联领域所承担的“通道”角色，一是要向上游发展，掌控更多的卫星资源；二是要提供有特色的内容产品，基于旅客不同的机上互联需求提供个性化、精准化、自助化、智能化的旅客服务。

六、结语

对于航司而言，机上互联商业模式在宽体机上已经验证可行，应尽快推进全机队互联布局，有利于统一服务标准，提升旅客体验，增加航司辅营收入，促进机票销售。同时，作为具备高度互联网属性的创新业务，机上互联业务也要加快形成相对丰富的产品矩阵。单一维度的产品分类已不能满足旅客日益丰富的使用需求。要结合客舱场景定制不同网速、流量、时长的机上互联产品。另一方面，手机直连卫星技术一旦大规模部署，将对现有机上互联模式带来降维打击，航司也应高度关注手机直连卫星的技术进展。