馬忠成 李心蕊 章羅娜 饒建兵 高利春

（1航天科工空間工程發(fā)展有限公司，2北京電子工程總體研究所）

2020年注定是世界衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展史上具有里程碑意義的一年，在新冠肺炎沖擊全球經(jīng)濟(jì)的嚴(yán)峻形勢(shì)下，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展依然獲得了業(yè)界較高的關(guān)注。1月7日，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）成功發(fā)射第3批“星鏈”（Starlink）衛(wèi)星，成為當(dāng)今擁有最大在軌商業(yè)星座的公司。3月27日，一網(wǎng)公司（ONEWEB）正式向紐約南區(qū)美國(guó)破產(chǎn)法院提出破產(chǎn)保護(hù)。4月20日，我國(guó)正式將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入新基建范疇。7月3日，英國(guó)政府聯(lián)合世界第三大移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商——印度巴蒂電信集團(tuán)（Bharti Airtel），出資10億美元成功競(jìng)拍收購一網(wǎng)公司，并為其全面業(yè)務(wù)重啟提供資金。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)工程建設(shè)投入大，技術(shù)體系復(fù)雜，如何更為高效、更低成本地開展工程建設(shè)運(yùn)行工作，值得深入研究。

1 Starlink星座研發(fā)運(yùn)行架構(gòu)分析

星座部署進(jìn)展

SpaceX公司在2015年提出Starlink衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座，旨在開發(fā)低成本、高性能的通信衛(wèi)星及用戶所需要的地面終端，實(shí)現(xiàn)新的天基互聯(lián)網(wǎng)通信，在全球范圍內(nèi)提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，為無法使用25Mbit/s帶寬的超過3400萬美國(guó)人及全球其他農(nóng)村地區(qū)提供寬帶連接。

2018年2月，SpaceX公司發(fā)射首批2顆試驗(yàn)衛(wèi)星，為Starlink星座建設(shè)提供技術(shù)驗(yàn)證。2019年5月至2020年8月，SpaceX公司先后11次利用獵鷹-9運(yùn)載火箭，分批次完成653顆星座衛(wèi)星發(fā)射，其中第一批60顆為組網(wǎng)試驗(yàn)衛(wèi)星，后續(xù)593顆為業(yè)務(wù)組網(wǎng)衛(wèi)星。2020年6月，SpaceX公司開放星座私人測(cè)試，全美70萬人進(jìn)行了注冊(cè)。據(jù)Ars TECHNICA報(bào)道，星座用戶測(cè)試下載速度11～60Mbit/s，上傳速度5～18Mbit/s，延時(shí)31～94ms不等。

運(yùn)行架構(gòu)分析

（1）運(yùn)營(yíng)總體情況

SpaceX公司自設(shè)立之初，為降低產(chǎn)品成本，即開展全產(chǎn)業(yè)鏈條布局。成立18年以來，公司逐步發(fā)展成為集衛(wèi)星、火箭、地面站制造，火箭發(fā)射和回收，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)和服務(wù)于一身的商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)鏈完整的產(chǎn)業(yè)巨頭。Starlink星座建設(shè)過程中，SpaceX公司已實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵產(chǎn)品自主生產(chǎn)，70%以上硬件均由內(nèi)部制造。SpaceX公司打造的“火箭研制+衛(wèi)星研制+發(fā)射服務(wù)”垂直整合商業(yè)模式，在業(yè)內(nèi)具有明顯的成本和速度優(yōu)勢(shì)。

（2）研發(fā)機(jī)構(gòu)設(shè)置

SpaceX公司擁有自己的研發(fā)部門，技術(shù)人員主要有兩個(gè)來源。一是美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）為了扶持SpaceX公司，直接派駐了技術(shù)骨干，包括一批航天業(yè)內(nèi)的頂尖高手；二是SpaceX公司從NASA及行業(yè)內(nèi)軍火巨頭企業(yè)挖來了業(yè)內(nèi)的技術(shù)精英。在SpaceX公司研發(fā)隊(duì)伍中，成熟型人才占比較高，高精尖技術(shù)人才的引入保障了其技術(shù)研發(fā)的成功率和對(duì)外融資的實(shí)力，對(duì)公司的快速發(fā)展起到了強(qiáng)大的助推作用。

（3）技術(shù)基礎(chǔ)和來源

SpaceX公司在技術(shù)上并不追求先進(jìn)，而是創(chuàng)造性地大量采用低成本、高可靠的成熟技術(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行顛覆式創(chuàng)新，包括重復(fù)使用運(yùn)載、整流罩回收，以及“一箭60星”發(fā)射等。SpaceX公司主要的專利來自于NASA及其下屬各航天中心和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室；個(gè)別項(xiàng)目由SpaceX公司提出需求，NASA完成技術(shù)攻關(guān)，SpaceX公司購買其技術(shù)成果和專利。同時(shí)，NASA經(jīng)常為SpaceX公司提供研發(fā)設(shè)備和試驗(yàn)場(chǎng)地，用自己的技術(shù)和設(shè)備優(yōu)勢(shì)幫助SpaceX公司更好地研發(fā)，節(jié)約成本。

（4）管控模式

SpaceX公司采取扁平化管理及開放式工作理念，構(gòu)建了自上而下，自星座至衛(wèi)星、火箭，終端至單機(jī)再至芯片投產(chǎn)的無障礙溝通渠道，大幅提高了決策效率、研發(fā)效率。產(chǎn)品研制過程，通過全流程風(fēng)險(xiǎn)傳遞確保目標(biāo)一致；通過全流程信息共享、溝通，確保各環(huán)節(jié)信息對(duì)稱，精益控制產(chǎn)品成本；通過全產(chǎn)業(yè)鏈布局，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵產(chǎn)品自主生產(chǎn)，確保整體建設(shè)、運(yùn)營(yíng)成本可控。

資金風(fēng)險(xiǎn)分析

SpaceX公司積極為Starlink星座建設(shè)募集資金，不僅從金融渠道尋求支持，同時(shí)全力拓展美國(guó)政府支持渠道。

馬斯克正在尋求獲得美國(guó)面向農(nóng)村的寬帶業(yè)務(wù)補(bǔ)貼資格。該計(jì)劃由美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）倡導(dǎo)提出，第一階段提供160億美元補(bǔ)貼資金，用于支持中標(biāo)企業(yè)。SpaceX公司重點(diǎn)業(yè)務(wù)十分依賴美國(guó)政府的政策和補(bǔ)貼，此次競(jìng)標(biāo)獲得支持的可能性較大。

星箭發(fā)射成本分析

SpaceX公司自主研制Starlink星座衛(wèi)星、獵鷹-9火箭，完成星座部署。至首批4409顆衛(wèi)星部署完成，具備全球服務(wù)能力。

Star1ink星座建設(shè)成本明顯低于傳統(tǒng)水平，衛(wèi)星建造成本為傳統(tǒng)衛(wèi)星的1/30，衛(wèi)星發(fā)射成本為傳統(tǒng)發(fā)射的1/5。第一階段星箭部署成本總計(jì)47.7億美元，容量88Tbit/s（單顆衛(wèi)星容量20Gbit/s），建設(shè)成本合5.4萬美元/（Gbit/s）。

小結(jié)

SpaceX公司快速成長(zhǎng)建立在美國(guó)航天產(chǎn)業(yè)多年的工程積累和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，在政府資金和政策的扶持下，在NASA技術(shù)和人才基礎(chǔ)的支持下，更高層次實(shí)現(xiàn)“快”“好”“省”的平衡，實(shí)行扁平化、縱向一體化的產(chǎn)品管理，直接控制產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)，絕大部分部組件自主完成設(shè)計(jì)、研制，擺脫了傳統(tǒng)配套體系技術(shù)更新慢、產(chǎn)品成本高、供貨周期長(zhǎng)的制約，極具競(jìng)爭(zhēng)力。主導(dǎo)建設(shè)的Starlink星座研發(fā)運(yùn)行模式優(yōu)勢(shì)明顯：有效避免龐大的供應(yīng)鏈；有效地避免了不必要的系統(tǒng)間設(shè)計(jì)余量；有效地避免了疊加的外包訂單廠商等高成本環(huán)節(jié)；產(chǎn)品成本顯著低于傳統(tǒng)航天企業(yè)。

Starlink星座組網(wǎng)成本預(yù)測(cè)表

獵鷹―9火箭回收發(fā)射成本測(cè)算 萬美元

2 OneWeb星座研發(fā)運(yùn)行架構(gòu)分析

星座部署進(jìn)展

一網(wǎng)公司于2014年成立，其創(chuàng)始人是格雷格·惠勒。公司旨在打造人類歷史上規(guī)模最大的低軌寬帶通信星座系統(tǒng)，率先突破B2B衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)，再開拓發(fā)展中國(guó)家市場(chǎng)，最終建成全球無縫覆蓋的寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入系統(tǒng)。

2019年2月，一網(wǎng)公司使用聯(lián)盟ST-B運(yùn)載火箭，以“一箭6星”的方式將技術(shù)驗(yàn)證星送入預(yù)定軌道。2020年2月至今，一網(wǎng)公司利用聯(lián)盟-2.1b運(yùn)載火箭，分兩批將68顆組網(wǎng)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。

運(yùn)行架構(gòu)分析

一網(wǎng)公司設(shè)立初期的原則就是“將傳統(tǒng)成熟的市場(chǎng)供應(yīng)鏈和配套體系為己所用”，積極與產(chǎn)業(yè)鏈上下游公司建立合作伙伴關(guān)系，完成低軌星座建設(shè)過程所涉及的每個(gè)核心市場(chǎng)布局。但是，在衛(wèi)星批量生產(chǎn)制造方面，一網(wǎng)公司并沒有找到合適的合作伙伴。2014年，全球?qū)τ谛l(wèi)星規(guī)?；圃焯幱诟拍铍A段，業(yè)內(nèi)無成功先例。無奈之下，一網(wǎng)公司只能躬身入局，與空中客車公司（Airbus）成立合資公司，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星設(shè)計(jì)及批量化制造。

總體設(shè)計(jì)方面，一網(wǎng)公司與空中客車公司合資成立一網(wǎng)衛(wèi)星公司（OneWeb Satellite），完成系統(tǒng)總體方案，衛(wèi)星方案設(shè)計(jì)、迭代，關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。公司員工三百多人，主要來自于空中客車公司。衛(wèi)星制造方面，一網(wǎng)衛(wèi)星公司同時(shí)負(fù)責(zé)衛(wèi)星制造及生產(chǎn)。運(yùn)載火箭方面，法國(guó)阿里安空間公司（Arianespace）、英國(guó)維珍銀河公司（Virgin Galatic）為一網(wǎng)公司提供發(fā)射服務(wù)。單機(jī)配套方面，空中客車公司主要負(fù)責(zé)為一網(wǎng)衛(wèi)星公司提供部分單機(jī)配套及條件保障設(shè)施。地面系統(tǒng)方面，休斯公司（Hughes）負(fù)責(zé)OneWeb地面信關(guān)站、終端以及基帶設(shè)備研制。衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)、服務(wù)提供與融資方面，一網(wǎng)公司主要負(fù)責(zé)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)、服務(wù)提供、融資等商業(yè)行為。

資金風(fēng)險(xiǎn)分析

截至2020年3月，一網(wǎng)公司共贏得約34億美元融資，其中債務(wù)融資占比53%，打通了衛(wèi)星研發(fā)、制造、運(yùn)營(yíng)、應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈條，為整個(gè)星座的實(shí)施、用戶的尋找提供了保障，但是高息債務(wù)融資帶來的高昂財(cái)務(wù)成本也給未來發(fā)展埋下了巨大的隱患。

2017－2018年，一網(wǎng)公司收入幾乎為零，投入巨大，由于融資得當(dāng)，至2018年底，公司現(xiàn)金流處于健康狀態(tài)。2019年，公司進(jìn)入大規(guī)模制造和發(fā)射期后，現(xiàn)金流趨于緊張。2020年，一網(wǎng)公司計(jì)劃繼續(xù)融資，以推進(jìn)星座建設(shè)，其主要合作方軟銀集團(tuán)（SoftBank）也承諾了投資意向。但是，新冠疫情的爆發(fā)導(dǎo)致軟銀股價(jià)腰斬，損失近500億美元，無法繼續(xù)支持一網(wǎng)公司良性發(fā)展。無奈之下，一網(wǎng)公司走向破產(chǎn)。

星箭發(fā)射成本分析

一網(wǎng)公司自主完成星座衛(wèi)星研制，購買聯(lián)盟-2.1b火箭完成星座部署。至首批720顆衛(wèi)星部署完成，具備全球服務(wù)能力。

OneWeb星座建設(shè)成本略低于傳統(tǒng)水平，衛(wèi)星建造成本為傳統(tǒng)衛(wèi)星的1/10，衛(wèi)星發(fā)射成本與傳統(tǒng)發(fā)射相當(dāng)。第一階段星箭部署成本總計(jì)19.4億美元，容量5760Gbit/s（單顆衛(wèi)星容量8Gbit/s），建設(shè)成本合33.7萬美元/（Gbit/s）。

OneWeb星座組網(wǎng)成本預(yù)測(cè)表

小結(jié)

與SpaceX公司商業(yè)發(fā)展路徑不同，一網(wǎng)公司以融資、融智等新穎的商業(yè)發(fā)展模式快速推進(jìn)星座建設(shè)，引領(lǐng)了商業(yè)航天的熱潮，也進(jìn)一步激發(fā)了星座建設(shè)商的積極性，但是其發(fā)展也存在明顯的弊端：政府支持少，公開報(bào)道中僅盧旺達(dá)政府、英國(guó)航天局給予了少量支持；過于依賴外部力量，聚合了眾多無生存壓力的公司，無法形成全產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)；星座至單機(jī)至芯片迭代鏈條冗長(zhǎng)，中間環(huán)節(jié)過多，溝通和管理成本過高；生存、成本壓力無法有效向下傳導(dǎo)，對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈各端不具備控制能力和議價(jià)能力；無法有效控制技術(shù)創(chuàng)新速度、產(chǎn)品交付周期，造成建設(shè)速度無法掌控，逐步喪失星座建設(shè)主動(dòng)權(quán)、控制權(quán)。

3 總結(jié)與建議

SpaceX公司、一網(wǎng)公司是目前全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)速度最快的兩家企業(yè)。建設(shè)過程中，兩家公司通過社會(huì)化融資降低建設(shè)、運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，掌握了核心系統(tǒng)技術(shù)及大系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，掌握了批量化衛(wèi)星制造技術(shù)，構(gòu)建了智能化、規(guī)?；?、自動(dòng)化的批生產(chǎn)衛(wèi)星制造工廠，對(duì)國(guó)內(nèi)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)具有重要借鑒意義。在建設(shè)成本、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管控方面，SpaceX公司更占優(yōu)勢(shì)，Starlink星座即將完成區(qū)域組網(wǎng)，占據(jù)行業(yè)先發(fā)優(yōu)勢(shì)。