卫星网络的“千星计划”

各国各公司近来在太空上的动作都不少，也已经开始在轨道上开疆扩土，比如刚发射的星际客船等。但这其中，不少公司都开始规划非地球同步轨道的卫星星座，欲从太空向地面提供可靠的全球网络通信。
 
从方向上来看，这些卫星网络服务选用的策略不尽相同，甚至还有大部分厂商在探索阶段，比如是选用低轨还是中规，极地轨道或是倾斜地球同步轨道，以及星座卫星总数是上千颗、数十颗或数百颗等等。其次，卫星提供的最大速率并不是每个人都能享受到的，其平均速率决定了每个卫星的利用率。
 
在现有的星座计划中，一共有4家公司突破了千星，分别是Telesat、OneWeb、SpaceX和亚马逊。我们以这四家公司的卫星网络星座系统为例，讨论一下搭建卫星通信系统的趋势。
 
Telesat的光速“Lightspeed”
 
在向美国监管部门的申请中，Telesat将其298颗的卫星数目提高了近5倍，计划最终实现1671颗卫星在轨。2021年，Telesat宣布，从泰雷兹阿莱尼亚宇航公司采购298颗地轨卫星，用于打造其一期Lightspeed卫星网络服务所需的星座。

 
Telesat卫星 / Telesat

 
这298颗卫星选取了两个轨道，分别是6个极地轨道面的78颗卫星，和20个倾斜轨道面的220颗卫星，前者覆盖极地面，后者覆盖全球范围内的大部分地区。随后通过提升轨道面数的方式，最终实现1671颗低轨卫星星座。
 
在这298颗卫星的支持下，Lightspeed初期网络可以实现7.52Tbps的最大吞吐量，这都多亏了双网关天线连接和低仰角的设计，加上卫星间20Gbps的链路（轨道面内和跨轨道面），也因此将卫星利用率成功提升至73.4%的高度。
 
不过用于成本提升和供应短缺导致一再延期的原因，这家加拿大公司最终只买到了188颗地轨卫星，很明显，其网络吞吐量势必会大打折扣。
 
英国政府从破产中救下的OneWeb
 
都说搞航天航空不赚钱，一不小心就会破产，这点已经在OneWeb上应验过一次了。在2020年申请破产后，重新获得了10亿美元的注资，包括英国政府提供的5亿美元。
 
OneWeb的星座计划野心不小，原本的计划中，OneWeb计划在1期发射950颗卫星，2期向低轨送入48000多颗卫星，但经历了资金不足和破产后，OneWeb也清楚地知道自己这个牛有点吹过头了，将目标分别改成了648颗和6372颗。

OneWeb卫星 / OneWeb

 
与此同时，由于其卫星设计缺乏灵活性，OneWeb的一期星座最高只能实现1.44Tbps的总吞吐量，更不用说还不支持卫星间链路。不过如果OneWeb真的成功将近6400多颗卫星成功送上天的话，倒也的确能够靠数量取胜，实现30Tbps以上的总吞吐量，不过卫星的利用率就不要奢望有多高了。更何况OneWeb的一期计划也才进行了三分之二而已，以每次30多颗卫星的发射频率，还需要上百次发射才能最终组成这个庞大的星座。
 
坐拥最火爆卫星网络服务的SpaceX
 
SpaceX的星链大家也都不陌生了，星链的发射计划虽然不像OneWeb那么多，却也是这四家中排名第二的了。更重要的是，星链所占轨道面更多一些，最终将达到190个，所以相对其它公司的卫星星座来说要更为密集一些。
 
目前在轨的2300多颗星链卫星尚未支持卫星间链路，所以在吞吐量上星链毫无优势，也只是凭借数量提高到了10Tbps以上。不过在星链的最终计划中，卫星间链路是必须支持的，这样才将总吞吐量提升至27.2Tbps左右。事实上也有不少用户观测到了SpaceX已经开始了相关的模拟，只不过这些模拟还是仅限于轨道面内的星间链路而已。

 
星链覆盖地区 / SpaceX

 
但要说到业务开展的进度，星链确实已经领先剩余三家一大截了。目前星链已经覆盖了北美、欧洲的大部分地区，拥有了25万名以上的用户。近期SpaceX还凭借向乌克兰供应星链接收器炒作了一波，更何况自己拥有发射业务的SpaceX在发射频率上丝毫不用担心，一切都在按着计划走。
 
“豪门”亚马逊的Kuiper计划
 
要想比烧钱，能比赢SpaceX的确实也只有亚马逊了。亚马逊一共打算发射3236颗低轨卫星，由于自己没有发射能力，便与三家航空公司签署了数十亿美元的发射合同，打造Kuiper卫星网络。
 
虽然卫星发射数目不算多，但由于Kuiper星座支持卫星间链路和双网关连接，实现了这四者中最高的吞吐量，一期就能达到12.5Tbps，全部建设完成后更是能达到53.4Tbps。不过之所以能实现这么高的吞吐量，也是因为亚马逊在地面下了血本，其地面站需要4000个网关天线。
 
此外，亚马逊也是这四家中唯一一个没有极地轨道卫星的，虽然其他公司在该轨道的卫星数也不多，但亚马逊看来是直接放弃了为这有限的区域提供网络服务。
 
结语
 
中国同样在部署相关的星座计划，比如航天科技集团的“鸿雁”，以及航天科工集团的“虹云”等。2018年，航天科技集团宣布“鸿雁”一期将发射60颗卫星，计划2022年组网运营，二期再发射数百颗卫星，预计2025年建成。不过根据参与建设的中国东方红卫星股份有限公司表示，“鸿雁”星座的原计划将出现重大变化。可见如今在发射活动频繁，低轨卫星即将遍布全球之际，相关的挑战和调整都已经出现。
 
不过即便搞好了卫星星座建设，还不是真正意义上的天地互通，天基互联网离不开地面基建，因此地面卫星物联网的建设同样重要，下一期我们就来聊聊卫星物联网时代下的半导体生态。