狭义上的卫星互联网即以构建太空高速通信网络为目标,通过采用低轨通信卫星组网方式,实现全覆盖通信,弥补现有地面互联网网络的覆盖盲点,解决偏远地区以及空中、海上通信盲区的联网需求,弥补数字鸿沟,典型模式包括美国SpaceX的星链计划等。
根据美国卫星工业协会(SIA)数据:2022年全球航天产业规模达到约3840亿美元,其中全球卫星产业规模占航天产业的73%,达2811亿美元。USCSatelliteDatabase数据显示,截至2023年1月1日,全球共有6718颗在轨运营卫星。1)按照国别统计:美国4529颗(约占全球67%),中国590颗(约占全球9%),英国563颗(约占全球的8%),俄罗斯174颗(约占全球3%)。2)按照卫星用途统计:通信卫星4823颗(占72%)、导航卫星155颗(占2%)、遥感卫星1192颗(占18%)。3)按照轨道类型统计:LEO/MEO/GEO轨道卫星分别有5938/141/580颗。其中,中国在轨卫星数量约为美国数量的1/6,尤其是通信卫星数量仅为美国的2%左右,差距较为明显。卫星轨道频谱资源有限,军事和商业竞争日趋白热化,卫星产业战略价值凸显。卫星产业特别是通信卫星面临着广阔的国家需求、战略推动力、与商业化市场蓬勃发展。
低轨通信卫星在过去的几年中发展迅速,已经逐渐成为了卫星产业发展的重中之重,截止2022年末低轨通信卫星占当年发射卫星总数的比例已达87.92%。其高强度的发射数量和占比说明了卫星通信(卫星互联网)领域的重要性与光明前景。从数量上分析,低轨通信卫星的迅速增长:2014年至2022年间,低轨通信卫星的发射数量从14颗增长到了1863颗,增长了超过130倍。特别是从2020年起,相较于2019年发射量上涨了超10倍。从通信卫星市场份额分析,低轨通信卫星处于绝对垄断地位:2014年时,低轨通信卫星占当年发射通信卫星数量的比例为28.00%,到了2022年这一比例已经增长到了99.20%。
按照轨道高度划分,低轨卫星由于传输时延小、链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富、整体制造成本低,非常适合卫星互联网业务的发展。总体来看,卫星互联网当前的发展趋势具有:(1)高通量、高频段(2)轨位高轨到低轨,(3)星体大型到小型,(4)卫星布局星座化,(5)天网地网一体化等特点。
(1)低轨通信卫星(星座)是实现全球覆盖唯一路径。卫星互联网被广泛视为通信全球普及的关键手段,其目标是为地球上未能接入互联网的巨大人口提供连接。当前的通信卫星技术,主要集中在中高轨道,但它们并不完全适应于全球覆盖和解决数字鸿沟问题。相比之下,低轨道卫星通信提供了一种更加灵活且具有成本效益的解决方案,它成为了地面通信的有效补充,尤其在空间和地面的融合通信中起到了中心角色。卫星互联网与传统4G、5G或互为补充。低轨卫星通信核心商业应用场景主要包括偏远地区通信、海洋作业及科考宽带、航空宽带和灾难应急通信等。卫星互联网或成为新一代6G网络的重要组成。
(2)低轨道频谱和空间资源日渐紧张,抓紧布局迫在眉睫。根据赛迪顾问的研究数据显示,地球近地轨道最多能容纳约6万颗卫星。美国SpaceX星链计划共3期已申报超4.2万颗低轨卫星。亚马逊的Kuiper计划、英国Oneweb、加拿大Telesat等公司均开始布局并推出各自卫星互联网计划与低轨星座。根据国际电信联盟(ITU)要求,提交申请后的7年内必须发射第一颗卫星,在此基础上非地球静止卫星系统必须在当前投入使用的监管期结束后两年内部署其星座的10%,在五年内部署50%,然后在七年内完成部署。
(1)俄乌战争六大启示-低轨通信卫星在网络通信、地面遭遇、情报信息、精确打击、无人机支援、反网络电子干扰等方面作用凸显。俄乌冲突以来,“星链”低轨卫星星座凭借大容量、高通量、低时延和重访周期短等优势首次介入战场,可实现对全球近乎全天候不间断的侦查与监视,充分证明近地轨道卫星的潜在军事应用价值。“星链”卫星的通信传输功能具有军民两用的特点,俄罗斯和乌克兰的冲突凸显了太空对于态势监视和军事通信的重要性。在俄乌冲突中,“星链”带来的卫星网络支持,使乌军在通信、侦察等方面获得巨大助力,提升了其在网络通信、地面遭遇、情报信息、精确打击、无人机支援、反网络电子干扰等方面的能力。
(2)完善美军“空天地一体”作战能力、“无尽边疆”太空战略部署。星链计划与美国新成立的太空军的关系密切。星链计划与X-37B同属“星球大战”计划的一部分,背后依托的是美国太空安全的战略转型,蕴含着极高的全球军事价值,对完善美国“空天地一体”作战能力,太空战略部署均有着深远的战略意义。美国聚焦发展低轨卫星星座,可分为弹性分散(提升空间体系抗毁能力)、战术信息支撑(高时空密度、高功能密度、超低时延)、网云体系(一星多用、云端服务)支撑三大系统。“星链”卫星在军事领域的应用已成为美军战略的核心。其主要优势在于强化美军的指挥通信、侦察监视和指挥协同等多方面能力,从而助力多域作战概念的实现。
(3)军民一体通信系统,应用潜力广阔。1994年,美国首次提出“军民融合”概念,旨在将国防科技与民用科技结合,形成统一的国家科技创新体系。成熟的“军民融合”模式为美工产业的发展带来了诸多红利,“星球大战”计划、“阿波罗”计划等都是“军民融合”协同发展的典型案例。模块化设计是“星盾”的一个重要优势,未来,“星盾”卫星可以搭载多种载荷,增强美国的太空体系弹性能力,提升多样化的太空军事应用能力。俄乌冲突已经揭示了“星链”系统并非纯粹的“民用”项目。由于分散部署军用载荷,增强了美国太空力量的隐蔽性和抗毁性。同时,在商业卫星上托管军用载荷体现了航天领域军民融合的大趋势。