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1、欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！25卫星应用2021年第1 期Special Reports本刊特稿2020 年卫星通信产业发展综述文|纪凡策北京空间科技信息研究所摘要：2020 年以来，在新冠肺炎疫情与大国科技竞争不断升级的背景下，世界航天产业发展态势复杂多变，尤其是通信卫星领域，在卫星服务、卫星制造、卫星发射、地面设备制造等维度均体现出了不同的特点，推动卫星通信产业结构调整进一步深化，重点业务方向进一步明确。本文梳理 2020 年度卫星通信产业领域重点事件，综述年度发展情况，供读者参考。一、引言卫星产业由卫星服务业、卫星制造
2、业、发射服务业和地面设备制造业四个领域构成，在新冠肺炎疫情及其引发的全球经济进一步下行的影响下，上述四个领域均受到较大冲击。卫星服务业方面，大众消费服务仍占据主导地位，受疫情居家和远程办公等影响，卫星宽带互联网需求量持续增长，宽带通信、电视直播、大规模低轨宽带星座等计划带动整个卫星通信产业从制造到应用服务的全方位变革。卫星制造方面，受到人员和资本投入双双下滑的影响，既定卫星研制进度拖延，老牌卫星制造商压力陡增，但 C 频段传统固定广播卫星订单大幅增加，新兴卫星互联网/物联网星座建设需求不断提升，卫星制造业整体发展态势趋于利好。卫星发射方面，疫情导致多个重要卫星发射推迟，但卫星互联网/物联网星座
3、开启密集部署，在此引领下，全球通信卫星发射次数继续维持高位，卫星部署数量达到历史最高点。地面设备制造方面，在消费卫星宽带业务不断增长的牵引下，卫星地面设备将不断迭代更新并快速增长，以匹配新近部署的高通量卫星和宽带互联网星座。二、卫星服务2019年全球卫星产业收入为 2710亿美元，同欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！262021 年第1 期卫星应用本刊特稿Special Reports比减少 1.5%。这是自 2010 年以来卫星产业收入首次呈现下降趋势。2019年全球卫星产业收入占全球航天产业收入的 74%，相比 2018 年的
4、 77%亦有所减少（图1）。图 1 2019年全球航天产业、卫星产业收入情况通信卫星方面，2019 年大众消费服务收入在整个卫星通信运营服务业收入中所占比例最大，包括卫星电视直播、卫星音频广播和卫星宽带业务收入，2019 年主导地位依然不变，收入总额达 1010亿美元，占整个卫星服务业收入的 82.1%，但相比2018 年减少了 14 亿美元。消费卫星宽带业务与网络管理类业务收入连续 5 年保持增长，随着通信技术的飞速发展和演变，诸如交互式多媒体之类的新型业务迅速增加，这一趋势将会更加明显。据北美咨询机构 NSR 预测，全球卫星互联网的总供应容量将从 2011 年 200Gbit/s 增长到
5、2021 年的 1.6Tbit/s，而全球宽带卫星通信用户数量则由 2012 年的 350 万，以 8.8%的年复合增长率，到 2021 年增长至 810 万。表 1 为通信卫星服务业 2019 年收入情况。表 1 通信卫星服务业 2019 年收入情况 年份20152016201720182019大众消费业务合计10431047104610241010卫星电视直播978977971942920卫星音频广播4650545862消费卫星宽带1920212428卫星固定通信业务179174179179177转发器租赁124112111106100网络管理业务5562687377卫星移动通信业务合计1
6、818181920总计12401239124312221207亿美元欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！27卫星应用2021年第1 期Special Reports本刊特稿需要指出的是，尽管咨询机构一致看好未来几年的通信卫星容量需求上涨，但随着 Eutelsat Konnect、JCSat-18 等高通量高轨卫星投入使用，“星链”（Starlink）等低轨星座开展全球服务，卫星容量价格将面临新一轮的压力。欧洲咨询公司预测，到 2023 年高通量卫星容量出租率将从 2020年的50%降至 20%。另外，由于疫情重创航空、海事等卫星通信
7、产业重要细分市场，预计 2020年卫星通信产业规模将持续走低。1高通量容量供应增长迅速，未来低轨高通量卫星或成主流地球轨道通信卫星相对于传统的高地球轨道卫星，具有轨道多样化、微型生产批量化、终端小型化、时延低、频率复用率高、能够覆盖全球等特点。从全球高通量卫星容量供应来看，2009 年之前，全球只有北美洲和亚洲地区部署高通量卫星。2010 年以来，高通量卫星系统开始加速发展，目前已经成为卫星容量供应量增量的主要推动因素。高通量卫星容量供应量在 2018 年达到 1.8Tbit/s，预计到 2021年可用容量达到 3.8Tbit/s。多个低轨宽带星座全面投入运营的时间均设在 2022年前后，因此
8、预计 2022年的可用供应量将大幅增加，达到10.8Tbit/s。从高通量卫星运行轨道来看，当今可用的高通量卫星容量供应量的绝大部分来自于地球同步轨道（GEO）卫星（超过90%）。在非地球同步轨道（NGSO）卫星星座方面，只有 O3b（隶属于欧洲卫星公司，SES）目前正在运营；“星链”和“一网”（OneWeb）等其他星座均处于部署期。随着低轨通信星座全面开展部署，NGSO 高通量卫星供应量预计将大幅增加，预计到 2024年将达到 16.7Tbit/s，占到总供应量的 72%。2低轨宽带星座进入高速部署期，行业内喜忧参半近年来，随着卫星“轨道革命”的全面深化以及小卫星系统、技术的快速演进，低地球
9、轨道卫星部署数量呈现爆发式增长。国外涌现出以OneWeb、Starlink 等为代表的低轨通信星座建设热潮，其在卫星批量研制、快速部署、应用服务等方面显示出诸多具备颠覆性的特点与趋势，将极大革新、甚至重新塑造卫星通信产业的整体格局，对各主要航天大国来说存在巨大机遇与风险。2020 年，全球卫星运营商在新冠肺炎疫情和投资环境恶化等因素影响下，呈现出诸多新的变化，进一步深入影响卫星通信产业。老牌卫星运营商国际通信卫星公司（Intelsat）寻求破产保护，欧洲卫星通信公司（Eutelsat）年度营收预计减少2000 万欧元，澳大利亚速播公司（Speedcast）申请破产保护，卫讯公司（Viasat）
10、裁员 20%。新兴通信卫星创企形势也不容乐观，卫星互联网标杆企业 OneWeb 公司破产重组，加拿大电信卫星公司（Telesat）至今未选定卫星制造商，多家卫星物联网创企宣告破产。但在此情况下，仍有多家公司提出 NGSO 星座计划，规模达到 8 万颗。几大卫星互联网玩家也均在 2020 年做出一系列动作，美国太空探索技术公司（SpaceX）高密度发射 833 颗 Starlink 卫星，已在美国和加拿大开展公测，在星座部署进度方面与竞争者拉开身位；OneWeb 公司资金链断裂，被英国政府、印度电信巨头收购；Telesat 星座计划扩至 1671 颗，获加拿大政府 4.62 亿美元支持；亚马逊公
11、司“柯伊柏”（Kuiper）星座获批，AWS 地面站业务发展迅速；俄罗斯综合星座球体项目即将启动建设。从卫星通信产业的角度来看，低轨通信星座势必会从卫星服务、制造、发射和地面设备等全维度带动产业高速发展，并将进一步引发行业结构深度调整。三、卫星制造2019年，全球卫星制造业收入为 125亿美元（SIA统计的全球卫星制造业收入不包括政府、大欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！282021 年第1 期卫星应用本刊特稿Special Reports学和科研机构制造卫星产生的收入），相比 2018年减少了 35.9%。其中，通信卫星占卫星制
12、造业收入的43%（2018年为36%），即53.75亿美元。其中，商业通信卫星制造业收入为 28.75亿美元，军民用通信卫星制造业收入为 25 亿美元。图 2 为 2019 年各领域卫星制造业收入比例。图 2 2019年各领域卫星制造业收入比例从近几年的趋势来看，GEO 通信卫星订单持续低位，但在美国联邦通信委员会（FCC）频谱腾让方案落地、SES 公司扩大星座规模等因素影响下，2020 年 GEO 通信卫星制造市场开始回暖。2020 年，全球 GEO通信卫星市场共签约 19 颗卫星，其中 C频段补网卫星 10 颗，空客和泰雷兹-阿莱尼亚公司的新卫星平台也分别斩获 1 颗卫星订单。1美 C 频
13、段清理计划落地，传统固定广播卫星制造迎来转机由于通信卫星运营商正在美国使用的 C 频段频谱与美国正在推行的地面 5G“高频段毫米波低频段”组合方案存在冲突，FCC 近年来一直在协调通信卫星运营商频谱腾让问题，并提出多种方案，均因各方认为利益分配不均而难以落地。2020 年 3 月，FCC 发布频谱腾让最终方案，包括 Intelsat、Eutelsat 和 SES在内的多家卫星运营商将能获得总计 150 亿美元的频谱腾让费用（基本清理费用：52 亿美元，加速清理奖励：97 亿美元）。因此，SES、Intelsat 等老牌通信卫星运营商的 C 频段固定广播卫星将无法使用，从而亟需采购新卫星组网以维
14、持服务能力，GEO 卫星市场随之回暖。其中，Intelsat 公司新订 6 颗 C 频段固定广播卫星，分别由麦克萨技术公司和诺格公司建造；而 SES 公司新增的 4 颗 C 频段固定广播卫星订单则由波音公司和诺格公司拿到。此外，由于 Telesat和 Eutelsat尚未作出明确采购决定，C 频段补网还将持续升温传统固定广播卫星市场。2SES 扩大 O3b mPOWER 星座规模，新星研制合同花落波音O3b 第一代中轨宽带星座部署工作已于 2019年完成，该星座是目前全球唯一一个成功投入商业运营的中轨卫星通信系统。O3b mPOWER 星座是SES规划的第二代中轨道星座，旨在增强 O3b 中轨
15、道星座的卫星通信服务能力。按照计划，O3b mPOWER 星座将分为两期进行部署，第一期将由 7 颗高通量中轨道卫星组网，欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！29卫星应用2021年第1 期Special Reports本刊特稿计划于 2021年开始部署，具备 3 万个宽带互联网服务点波束，可根据用户需求的快速变化灵活调整波束配置，总容量将达 10Tbit/s，相比 20 颗第一代卫星总容量增加 90%。第二期将部署新获批的 26颗卫星，具体部署时间目前尚不得知，需要指出的是，第二期部署的卫星中，除了与之前部署的各颗卫星采用 Ku 频
16、段转发器以外，其中的 6 颗卫星还将采用V 频段转发器。8 月 7 日，SES 宣 布 将 扩 大 O3b mPOWER的规模，计划增加 4 颗卫星，交由波音公司制造，由此，后者承研的此系列卫星总数已达 11 颗。波音公司将使用其最新的 702X 软件定义卫星平台来建造 O3b mPower 卫星。该平台具备高度灵活性，同时使用 3D 打印和数字化技术，可将卫星质量从 3750kg 降低到 1900kg。首批 3 颗卫星计划在 2021 年底发射，2022 年再发 6 颗，2024年发射最后 2 颗。3小 GEO 卫星概念火热，低成本、高容量特点受青睐相比低轨宽带星座需要部署大量卫星来满足全球
17、服务目标，GEO 卫星主要面向区域用户，发射少数几颗甚至1颗即可快速满足特定区域的服务需求。随着载荷小型化、软件定义无线电、灵活波束赋形等技术的不断发展完善，低成本、高容量、部署灵活的小 GEO 逐渐受到青睐。2020 年 6 月，美 国 卫 星 互 联 网 初 创 企 业Astranis完成对其 MicroGEO 卫星平台的热真空试验，标志着该公司通过小型 GEO卫星提供宽带服务的计划达成重要里程碑。MicroGEO 卫星是Astranis公司正在发展的地球同步轨道小卫星产品，旨在利用单颗卫星向特定区域提供低成本宽带服务。据悉，MicroGEO 卫星采用标准化设计，研制交付周期约 1218个
18、月，整星质量约 300kg，收拢状态下尺寸为 91.44cm91.44cm91.44cm，设计寿命 7 年。载荷方面，卫星可根据用户需要选择搭载 C、Ku 和 Ka 频段转发器，采用数字化有效载荷设计，利用软件定义无线电（SDR）和波束赋形天线技术，可针对特定地理位置灵活配置功率和频率。此次试验内容主要包括热性能试验和极端空间环境下的模拟试验。近年来，除了 Astranis，多家成熟和初创卫星制造商均聚焦低成本、高容量小型 GEO卫星领域发展。2019年成立的土星卫星网络公司，则专门从事小 GEO卫星研制业务，其主打平台名为“国家卫星”（Nationsat），基于 Nationsat平台的卫星
19、采用全数字有效载荷、供电功率 2.5kW，支持 C、Ku频段转发器，单星容量在 2080Gbit/s 之间，单位吉比特每秒成本小于100万美元。四、卫星发射2019年全球商业卫星发射合同签订数量为 26份（2018年为 28 份）。美国发射服务提供商获得了其中的 13 份合同，发射次数共计 20 次，其中美国的大型和中型火箭获得了 6 份合同，小型运载火箭获得了 7 份。从 2020年各国通信卫星发射情况来看，美国以数量级优势稳居第一，欧洲位居第二，其他国家与地区无论发射次数还是卫星发射数量都远远落后。1SpaceX 引领年度卫星发射，物联网卫星发射服务或成新增长点2020年，受疫情影响，全球
20、卫星发射服务原本预期降低，但 SpaceX逆势而行，全面进行 22 次发射任务，仅“星链”卫星发射任务就达 14 次，该公司主打运载火箭猎鹰九号已执行了 100次发射。值得一提的是，SpaceX 执行的发射任务均采用火箭复用技术，大大降低发射成本，将单星发射成本压缩至 200 万美元左右。有报道称该公司已占据全球超过一半的发射市场，仅在 2020年就已新获 9 份发射订单。据统计，2022 年和 2023 年 SpaceX 需要执行发射的外部合同多达 40 个，而该公司还将以欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！302021 年第1
21、期卫星应用本刊特稿Special Reports较高频次持续发射“星链”卫星（计划每年发射 24次）。作为目前唯一使用火箭复用技术开展大规模商业应用的公司，SpaceX在卫星发射领域的优势在2020 年进一步巩固。此外，蜂群技术公司（Swarm Technologies）、开普勒通信（Kepler Communications）等卫星物联网企业加速部署其卫星物联网星座，仅从卫星发射的角度来看，物联网星座是 2020年通信卫星领域除低轨宽带星座外又一个异军突起的方向。2小型运载火箭进展缓慢，市场发展前景不容乐观目前，全球有上百家在研小型运载火箭公司，但受市场容量限制，最终可能只有两三家公司能够存
22、活下来。2019 年 12 月，太空矢量（Space Vector）提出破产保护，2020 年 2 月，洛马公司买下太空矢量公司的卫星技术资产，但其小运载技术资产归属尚不明朗。在为美国提供设备和服务的本国航天企业中，小型运载火箭服务提供商受疫情影响最大，而且即便没有疫情，该行业的大洗牌都在所难免。迄今为止，只有美国的火箭实验室公司这一家小运载厂家部署了卫星，另外一家拿到美国国防部合同的是维珍轨道公司下设的沃克斯空间公司（VOX Space）。五、地面设备制造业2019年，地面设备制造业收入 1303亿美元，增长率为 3.9%，在卫星产业总收入中所占份额为48.1%，较 2018 年有所增长。2
23、019 年全球卫星产业收入中只有地面设备制造业收入较往年有所增长。在通信卫星地面设备制造业方面，根据 SIA 报告的统计，2015-2019 年地面设备制造业收入中宽带终端设备数量和卫星音频终端设备数量的增长率分别为 22%和 59%。为应对高速高质量的数据传输需求，卫星通信系统需要采用先进通信技术手段提高频谱利用率、增大系统容量。多波束天线和有源相控阵天线成为通信卫星地面设备制造业重点攻关的技术，部分产品研发与应用在 2020 年取得进展。1ThinKom 商用现货（COTS）相控阵天线系统2020 年 8 月 10 日，美国防部下设的国防创新单元（DIU）与卫星天线制造商 ThinKom
24、签订下一代舰船通信技术合同。根据合同，DIU 将对ThinKom 公司开发的商用现货（COTS）相控阵天线系统Ka2517，进行为期 7 个月的测试和评估。Ka2517 天线系统基于 ThinKom 公司开发的VICTS 技术研制，目前已安装在 1550多架商用飞机上，累计飞行超过 1700万小时，其平均故障间隔时间（MTBF）超过 10 万小时。ThinKom 公司的VICTS相控阵技术结合了机械控制和电子扫描阵列的技术优势，可在恶劣的环境中提供稳定的通信性能。天线系统具备以下特点：一是支持多个卫星之间切换和互操作，可同时跟踪多个 LEO、MEO、HEO和 GEO卫星，其仰角在 5 90之间
25、，且可提供全向方位角覆盖；二是配置敏捷波束，提高通信网络灵活性；三是采用低剖面设计，适应多种安装场景。2Isotropic公司多波束天线2020 年 5 月 18 日，DIU 与英国各向同性系统（Isotropic）公司签订天线评估与开发合同，后者将基于新型多波束相控阵天线技术，为美国海军新一代舰船开发低包络、高性能可定制天线，具备多频段（包括 S、C、Ka、Ku、X 和 Q 频段等）以及多轨道商业/军事卫星通信能力，从而实现利用单一终端为战术边缘提供综合情报数据传输服务的能力。Isotropic公司开发的新型天线技术核心在于，在传统的相控阵天线直接辐射阵列外，增加新型光学材料制成的透镜，利用
26、微波信号在透镜中的折射欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！31卫星应用2021年第1 期Special Reports本刊特稿特性，改变阵元数量、位置，即可对微波传输路径进行精确控制，从而形成不同的波束指向、宽度。该技术的主要优势在于：一是整个天线由蜂窝状排布的多个光学模块（每个模块对应一簇阵元）组成，可按照用户应用需求优化配置每个模块中阵元的数量，从而改变天线实际孔径大小，适应海军舰船上有限的空间；二是采用相控阵模式，波束形成的过程均为电控，可以实现不同卫星之间无缝的先接后断连接切换，在舰船穿越风大浪急的海面时，在剧烈颠簸摇摆的条
27、件下仍能选择适合的链路提供持续连接。六、结束语2020年，在新冠肺炎疫情冲击下，卫星通信产业链的各个环节均受到不同程度的影响。事实上，作为商业化和全球化水平较高的航天产业，通信卫星产业在疫情过后将面临行业清洗与重新整合，从而为创业公司带来发展机遇。尽管如此，在不断增长的全球泛在、高速通信需求下，卫星通信产业整体上仍会呈现出平稳发展的趋势。参考文献1 SIA.State of the satel lite industry reportR.23rd ed.USA：SIA，2020.2 Michael S.How OneWebs$1 billion bankruptcy rescue change
28、s the competitive landscape for Elon Musk s Starlink？EB/OL.2020-11-12 https:/ Michael S.SpaceX pr ices Starlink satellite internet service at$99 per month,according to e-mailEB/OL.2020-11-20https:/ ice-pr iced-at-99-a-month-public-beta-test-begins.html.4 Isotropic systemsEB/OL.2020-12- SES Expands O3b Mpower Technology Ecosystem with Modem Platform PartnershipsEB/OL.2020-12-05https:/