走向LEO革命

2021-01-10 航天長城

在過去的七年裡,關於低軌衛星的討論已經在整個產業中傳播開來。2013年開始星座活動開始狂熱。OneWeb、SpaceX、LeoSat和Telesat等公司都設想通過數百顆(甚至數千顆)低軌衛星提供寬帶服務。大規模星座運動已經開始,LEO星座成為全世界衛星業界的熱門話題。

在2019年第一季度,網際網路購物巨頭亞馬遜宣布,它將用柯伊伯系統(Kuiper Systems)加入這場鬥爭,以其3236顆衛星組成的星座徹底改變通信方式。但在上一季度,傑夫貝佐斯的聲明因LeoSat的倒閉而黯然失色,LeoSat沒有完成A輪融資,關閉了公司,由於已有部分客戶對LeoSat網絡支持,這個結果頗讓一些人感到意外。

但LEO星座的真實狀態是什麼,分析人士怎麼說?據北方天空研究公司(Northern Sky Research,NSR)的高級分析師沙貢薩奇德瓦(Shagun Sachdeva)說,目前計劃中的兩到三個巨型星座預計將成功發射,即使是部分發射。在未來五年內,預計將有超過4150隻LEO衛星全面發射升空。NSR預測,主要LEO星座將向市場提供大約78 Tbps的可用容量。

Sachdeva指出,LEO星座是否成功與商業模式有很大關係,由於每個星座都有不同的模式,每個星座都將面臨不同的挑戰。LEO星座的結果(退出 or 失敗)估計在其產品生命周期的三個主要階段發生。第一個階段是在衛星進入軌道之前,主要是由於缺乏資金。第二個階段是在衛星發射後的早期,由於缺乏足夠的淨利潤,這可能是由於高於預期的成本,或低於預期的目標市場。第三個階段是在中期到長期,在保持系統可持續性方面的挑戰。

Sachdeva說:在LeoSat的案例中,該公司很不幸在第一階段就失敗了,因為它設法確保來自客戶的約20億美元的軟承諾。這強調了一個事實,即強大的財務支持對於低軌星座的成功至關重要。SpaceX和OneWeb都有強大的財務支持,這將幫助他們將衛星送入軌道,即使是部分進入軌道。類似地,亞馬遜的Kuiper項目預計會有很強的財務實力,無論是來自外部資金還是自籌資金。然而,這些公司是否會成功繞過第二和第三個階段仍存在疑問。她說,總的來說,結果可能是一些其他星座會追隨LeoSat的命運,但原因會略有不同。

所有的高通量衛星星座都有不同的目標,在大多數情況下,都有實現該目標的獨特策略。例如:

SpaceX正計劃通過在太空中創建一個能夠提供高吞吐量服務網絡,與地面解決方案展開競爭。它的最終目標是通過Starlink網絡服務的成功,以便為其火星項目提供資金。

OneWeb的主要業務策略是提供低成本的Internet,來連接未連接的區域和人員。

Telesat則計劃為企業、政府和軍事市場等具有更高價格容忍度的客戶提供高度安全的利基服務。

所有星座共同面臨的主要挑戰是所需的大量資本支出(CapEx),特別是地面基礎設施成本,以及能夠將價格保持在足夠低的水平,以便在其期望的市場中具有競爭力。

TeleSat(加拿大電信衛星)

加拿大衛星運營商Telesat正在開發Telesat LEO,一種結合下一代技術的先進星座。Telesat計劃該網絡具有混合軌道,這意味著衛星將處於極軌和傾斜軌道,平衡全球覆蓋和容量密度。

每顆衛星的能力包括:

星上處理路由流量,與彎管有效載荷相比,這將改善鏈路性能並增加容量;

直接輻射天線,允許根據客戶的位置和時間提供波束;

光學星間鏈路(ISL),實現全球網狀連接和全球任何地方的高容量服務。

該網絡還擁有一個專有的系統資源管理器(SRM),用於實時編排所有要素並保證合同服務水平。該網絡具有50個關口站和多個分布在全球的POP接入點(POP),從而形成一個彈性地面網絡,具備支持第2層乙太網的軟體定義網絡(SDN),提供與Metro乙太網論壇(MEF)兼容的乙太網服務。

該公司計劃在2022年第三季度之前,向55度及以上的北極地區提供服務。計劃於2023年第二季度在全球全面推出服務。這意味著,Telesat預計到2023年上半年將在極軌和傾斜軌道的組合中部署198顆衛星。之後,在2023年底前將再增加100顆,完成初始星座共298顆衛星。

公司和商業發展高級副總裁麥可·施瓦茨(Michael Schwartz)說:「Telesat將首先發射極軌衛星,將衛星重新發射到傾斜軌道,使我們能夠完成系統測試,並開始在南北高緯度地區提供初始服務。」

對於這個星座,Telesat可以優先使用4GHz的Ka頻段頻譜,將用於在全球範圍內提供多個Tbps的容量,向高需求地區(如加勒比海或地中海水域)提供數百Gbps的容量,向熱點地區(包括機場和海港)提供數十Gbps的容量。

Telesat設計的星座能夠在全球範圍內提供大量的容量,能夠向星座中添加更多的衛星,以滿足額外的市場需求。施瓦茨說,我們相信,全球寬帶連接有著巨大的市場,一些LEO系統打算專注於大眾寬帶應用,而Telesat則打算為企業應用服務。

這裡有一個巨大的機會,利用Telesat LEO的卓越容量、速度、彈性和低延遲來擴展4G和5G網絡。我們在薩裡大學5G創新中心安裝了沃達豐和Telesat的LEO回程技術,成功地進行了5G試驗。測試結果證實,網絡反應時間(往返延遲)為18-40毫秒,是衛星連接史上最低的。施瓦茨說,該演示還支持視頻聊天、網絡瀏覽以及將4K視頻傳輸到5G網絡邊緣,演示了5G未來的一個關鍵用例。

至於在政府和國防垂直領域,Telesat在過去一年中支持了美國國防部(DoD)的多個項目,以評估和演示Telesat LEO等高性能商業衛星系統如何為DoD任務提供重要優勢。除了入選美國國防高級研究計劃署(DARPA)黑傑克計劃和空軍研究實驗室(Air Force Research Labs)使用商業衛星網際網路(DEUCSI)進行的國防試驗外,Telesat還與Ball Aerospace和General Dynamics Mission Systems合作,分別為美國空軍和空間與飛彈系統中心的商業增強空間互聯作戰計劃進行了演示。

OneWeb(一網)

2019年2月,隨著首批6顆衛星成功發射到低軌軌道,OneWeb開始組裝其星座,在全年的測試中展示了高速、低延遲的能力。下一次發射活動正在準備過程中。設備和衛星於2019年12月16日飛往哈薩克斯坦的拜科努爾,準備在2020年初發射,隨後將定期發射。該星座的第一階段將擁有650顆低軌衛星,隨後,它將擴展到近2000顆衛星,確保OneWeb能夠滿足不斷增長的需求。OneWeb衛星由在法國土魯斯和佛羅裡達州的OneWeb衛星公司製造,通過其高容量衛星生產過程,旨在每天生產最多兩顆衛星。

OneWeb政府、商務航空和海事部門總裁Dylan Browne說,一旦完成,星座將為客戶提供空中、陸地和海上環境的信息優勢、安全性和可靠性。

OneWeb的LEO星座也可以看作是對中地球軌道(MEO)和地球靜止軌道(GEO)星座的一種補充能力,能夠集成到傳統的互連網絡中。布朗說,到2020年,我們將定期發射30多顆衛星,以快速擴展我們的星座,在2020年底開始覆蓋北極地區,2021年開始覆蓋全球。

OneWeb擁有支持性的股東和藍籌合作夥伴,他們促成了這項可觀的投資。上一輪融資於2019年完成,融資總額高達34億美元。

這筆資金是我們成功完成使命的關鍵,因為它使我們能夠投資於最優秀的人才和最先進的創新技術。布朗尼說:「我們的投資者信任我們和我們的使命,知道我們會實現目標。」

OneWeb的目標是彌合數字鴻溝。由於有近40億人沒有網絡連接,無法上網,該公司認為全球一半的人口需要其服務。其他重點領域將是幫助在空中、陸地和海上具有不一致連接的客戶。

OneWeb將成為所有人的全球通信網絡。布朗說:「我們看到了蜂窩基站回程、連接農村和偏遠地區企業以及海運、航空、鐵路和政府部門的機會。」

Browne指出,通過OneWeb服務,航空公司可以支持流媒體傳輸、訪問低延遲的敏感的應用程式,如雲計算等。對於海運市場,OneWeb預計將從貨運、漁業和遊輪中獲得利益。有了OneWeb提供效率提升的能力,相信海事公司將能夠證明他們的船隊的未來,實施新技術,並增加船員留用率。更好的貨物跟蹤、安全性和預測維護系統將在商船中提供顯著的效率收益,而靈活的、可伸縮的連接將有助於軟體服務(SaaS)並促進數字轉型。

Browne說,對容量的需求一直在增長,因此我們相信,一旦像OneWeb這樣的先鋒公司開始取得他們的成功,就有足夠的空間和大量玩家的需求。此外,LEO系統的速度和延遲改進正在開闢新的市場,這將顯著增加市場規模。我們正朝著正確的方向前進,取得了更大的進步。我們相信,隨著我們在衛星生產、運營管理方面取得的進展,我們擁有市場優勢。同時我們有一個專門的團隊共同努力,通過創建由我們的衛星提供動力的快速、簡單的連接解決方案,創造一個與眾不同的世界。

LeoSat(低軌星公司)從優雅到墜落

LeoSat的計劃曾一度轟動一時。這家技術公司成立於2013年,計劃通過在地球上建立最安全、高性能的數據網絡,改變企業在全球範圍內傳輸信息的方式。它將由78到108顆低地球軌道(LEO)衛星組成。這將提供高速網際網路解決方案,解決世界範圍內的數據通信挑戰,至少對高端政府和企業客戶而言是如此。但現在看來,這些革命性的計劃可能已經付之一炬。

在2019年最後一個季度,LeoSat宣布,由於缺乏投資,該公司已暫停運營。該公司大規模裁員,其中包括其執行長馬克裡戈爾(Mark Rigolle)。LeoSat原本預計將通過西班牙衛星運營商Hispasat和日本的Sky Perfect Jsat的投資完成5000萬美元的A系列融資。這兩家衛星運營商此前已經進行了初步投資,其中Jsat投資於2017年,Hispasat投資於2018年。隨之而來的是兩家公司的管理層的變動,導致他們進一步投資的意圖發生逆轉。2019年2月,Jsat任命Eiichi Yonekura為新的執行長,西班牙能源公司Red Eléctrica收購了Hispasat。

隨著這些投資的放棄和員工的離開,LeoSat目前只不過是一個法律實體。該公司的創始人正在尋求復興,然而,似乎LeoSat對客戶的吸引力大於對投資者的吸引力。儘管LeoSat已經從熱衷於使用該網絡的客戶那裡獲得了20億美元的軟承諾,但LeoSat在投資者中的表現卻從未那樣好。實現交叉連接的Ka波段大星座的成本預計約為35億美元,如果裡戈爾自己將這個數字形容為「一大筆錢的地獄」的話,這個數字還不夠有挑戰性。還有一個問題就是該星座頻譜申請將於2021年1月到期,這意味著創始人改變LeoSat吸引力的窗口正在縮小。

如果發射了衛星,LeoSat可以保留國際電信聯盟(ITU)分配的頻率,但到目前為止,還沒有製造任何衛星。擴大這一困境的原因是,美國聯邦通信委員會(FCC)去年9月取消了LeoSat的市場準入,當時該公司未能支付強制性擔保債券附加費。還有一個事實是,向ITU提交的星座頻譜文件的問題不僅僅是由於過期。泰雷茲阿萊尼亞太空公司代表LeoSat公司進行了頻譜備案,因為在備案之前,LeoSat公司的創始人一直在與泰雷茲阿萊尼亞太空公司進行談判,後者是當時擁有最多星座建設經驗的製造商。但這意味著,隨著泰雷茲-阿萊尼亞空間頻譜的備案,LeoSat在某種程度上是泰雷茲-阿萊尼亞空間的俘虜客戶,如果沒有製造商之間良性競爭的良好理由,LeoSat在籌集資金的競技場上可能更難。

來源:衛星通信觀察

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