什么是低轨通信卫星？全球四大低轨卫星厂商现状如何？

fusq65 2022-10-13 发布于北京

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来源：technews(台）作者 Emma stein

随着消息传出苹果iPhone 13 可能支持低轨通讯卫星网络，我们得先知道低轨通讯卫星网络并非4G/5G移动通信，绝对不是你拿起手机就可以直接接收来自天上卫星的信号。但低轨通讯卫星网络确实是支持5G/6G 通讯的辅助角色，这究竟是什么意思呢？

什么是低轨通信卫星？

低轨通讯卫星与传统通讯卫星的最大差异在于离地高度。用于电视、电话、广播、网络和军事领域的卫星通讯其实已行之多年，原理很简单：通讯卫星做为地面发射站与接收站的信号中继点，首先上链（Up-link）信号接收器接收地面某个站点传上来的数据，将此信号放大移频后再经下链（Down-link）发射器传回地面另一个站点，实现远距通讯。

这类型卫星通常位于离地35,786 公里的地球同步轨道（Geosynchronous orbit，GSO）上，由于绕行周期与地球自转相同，因此会在每天同一时间经过同一地点上空，而因为高度够，电波点（地面）对点（空中）传送范围非常广，只要3 颗位于GSO 轨道的通讯卫星就能接收/发送涵盖整个地球表面之信号，相当适合地面天线接收的定向需求。

而早在20 世纪90 年代，人们就开始会使用低轨卫星通讯技术来连接网际网络宽带，但为何近10 年内忽然兴起大型计划热潮呢？

第一：放在地球同步轨道的卫星距离地表很远，信号传播会出现延迟（可能达数百毫秒），加上高地轨道通讯卫星造价高昂（过去制造+发射一枚高地轨道通讯卫星成本约需1～4亿美元），通常只能由国家主导的计划开发，赶不上近年大规模生产的小型卫星商业热潮。

第二：卫星若靠得太近信号会相互干扰，因此有一定间隔要求，因此能卡位地球同步轨道的卫星数量很有限；第三是高轨通讯卫星轨道难覆盖高纬度地区，尤其是极地。

第四：火箭发射成本开始随着「可重复利用」此一特性压低，SpaceX 猎鹰火箭还能一次运送大量小型卫星进入低地轨道，大幅提升低轨通讯卫星星系布署竞争力，事实上目前全球主要4 大低轨通讯卫星计划中，就以SpaceX 的星链（Starlink）计划遥遥领先。

卫星制造发射成本压低至过去五分之一

由于回收火箭大幅减少发射成本，和10 年前相比，现在卫星制造发射成本整整压低至过去的五分之一，因此需要靠大量覆盖的低轨通讯卫星星系不再是难事，至少SpaceX 正在证明它一步步解决这问题；而和高轨通讯卫星相比，低轨通讯卫星因距离地表较近，具有低传输延迟性、低传输能量强度等优势，只要等卫星星系建置完成，一个高速低延迟的卫星网络将能为不方便部署有限光纤的偏远地区用户提供上网服务。

全球四大低轨卫星厂商

全球上网人口正在逐年攀升，当连偏远地区、山中、海上也需要网络的这天到来，现有网络资源已无暇支持，于是能达成通讯无死角的低轨通讯卫星星系计划再次浮上水面，目前全球主要4 大低轨卫星营运商主要为：美国SpaceX、美国Amazon、加拿大Telesat、英国OneWeb，这些厂商皆有向FCC 申请发射卫星，其中以SpaceX 的星链（Starlink）计划规模最为庞大，将投入12,000 颗卫星组成巨型通讯卫星星系。

由于向FCC 提交申请之后必须在6 年内发射完一半卫星、9 年内发射完全数卫星，否则分配的专用频段会被收回，因此SpaceX 正靠着自家火箭马不停蹄地发射星链卫星，截至今年5 月v1.0 L28 任务，已将第一阶段第一个轨道面的卫星全数发射完毕。

星链计划第一阶段的卫星将分布在5 个离地高度与倾角皆不同的轨道面，包括：

离地550 公里、倾角53 度，运行卫星数量1,664 颗，已准备为全球80% 地区提供高速卫星网络服务；
离地540 公里、倾角53.2 度，运行卫星数量1,540 颗；
离地570 公里、倾角70 度，运行卫星数量720 颗；
离地560 公里、倾角99.7 度，运行卫星数量348 颗；
离地560 公里、倾角97.6 度，运行卫星数量172 颗。

第二阶段的7,518 颗卫星则将送至离地335～345公里高空运行，轨道倾角分别为42 度、48 度、53 度。

此外，由于SpaceX 的第一阶段计划（SpaceX Ku/Ka band）于2018 年3 月申请通过，因此按照时程，必须在2024 年3 月前累积发射2,205 颗卫星，2027 年3 月前全数发射完毕；第二阶段计划（SpaceX VELO）于2018 年11月申请通过，因此需于2024 年11月之前累积发射3,759 颗卫星，2027 年11 月之前全数就定位。

紧追在SpaceX 之后的Oneweb

英国Oneweb 公司，可以说是SpaceX 星链卫星网络台面上最大劲敌，其同名低轨通讯卫星计划曾获得日本软银大力注资、预计发射650 颗卫星布建相关网络，且截至2020 年3 月已成功发射其中74 颗。然而剧情忽然急转直下，Oneweb 最大股东软银受COVID-19 疫情影响股价大跌，决定抛弃当时还未有营收的Oneweb 计划，于是2020 年3 月27 日，才刚发射完34 颗卫星后不到一周Oneweb 就宣布破产。

然而身为SpaceX 劲敌，Oneweb 的技术、卫星频段拥有权等诸多优势并未被放弃，相反地，据外媒报导当时SpaceX、Amazon 等竞争对手都盯上Oneweb 开始着手调查资产，似乎有意入股Oneweb，最后在2020 年7 月由英国政府与印度网络商BhartiAirtel 成为最大股东，重新获得资金挹注的Oneweb 顺利起死回生，截至今年8 月22 日，该计划在轨卫星总数已达288颗（平均一个月发射一次），有望于2022 年提供全球网络服务。

声势浩大但未见踪影的Kuiper

若以卫星星系规模来看，Amazon 的Kuiper 计划仅次于SpaceX星链计划，预计发射3,236 颗卫星建立自己的卫星网络、2026年提供全球网络服务，然而迄今为止，它们一颗卫星都还没发射，已释出的终端天线设备设计图虽然显示出天线尺寸比SpaceX的还小，但实体也不见下落。

老牌卫星营运商加拿大Telesat

成立于1969 年的Telesat 公司早已是主攻高地轨道的全球主要卫星营运商之一，2016 年时，该公司宣布也要加入低地轨道卫星战局，其Lightspeed 计划预计发射1,671 颗卫星至离地1,000 公里的轨道、2023 年提供全球网络服务，目前已发射1 颗卫星试水温，至少比Kuiper 好了。