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商业通信卫星市场发展趋势浅析

时间:2016年06月15日 信息来源:《中国航天》 点击: 【字体:


 据国际预测公司预测,今后10年卫星服务的需求势头依然十分强劲,卫星服务供应商的数量也将不断增长,卫星在网络化世界中发挥的作用也越来越重要。除了通信卫星的传统作用之外,卫星运营商还面临着许多新的重要机遇,在移动通信、视频传输、宽带互联网服务、政府服务以及海上自动识别服务等业务领域获得快速发展。
  为了满足日益增长的需求,商业卫星领域呈现出了许多发展趋势。卫星的尺寸和质量越来越大,以便容纳更大的有效载荷来提供宽带服务。新卫星上采用了许多新技术,例如,可展开天线能够提供更强的信号;离子推进可以节省推进剂质量;还有点波束和频率复用等高通量技术等。
  卫星具有能够到达全球任何地方的特性,因此在航海和航空通信中有着广泛的应用前景,为航空公司带来了新的收入流,也为海上客轮和中央控制人员建立了新的联系途径。
  本文从卫星轨道、通信业务、发射质量、技术和应用等几个方面,对未来10年商业通信卫星的发展趋势进行了分析。


一、卫星轨道


  大部分通信卫星运行在地球静止轨道或低地轨道上。地球静止轨道卫星和低地轨道卫星市场规模的大小取决于多种因素。地球静止轨道卫星的价格一般在1.5亿美元以上,而低地轨道上的卫星则要便宜得多。

 地球静止轨道卫星需要较大的平台,制造周期为两到三年。入轨后,一颗地球静止轨道卫星每月能产生数百万美元的收入,寿命高达15年。地球静止轨道卫星在实际应用中每颗卫星就是一个独立单元。

 大型低地轨道系统通常由多颗卫星构成一个统一的系统来运行。但是,由于低地轨道系统运行的轨道很低,在通过地球表面某一点时速度很快,通信连接必须要迅速从一颗卫星转向另一颗。单颗低地轨道卫星的有效工作时间只有几分钟。低地轨道卫星的寿命也比地球静止轨道卫星要短,这是因为低地轨道的地球重力效应较强,并且低地轨道卫星频繁的信号传输耗电量大,导致卫星电池寿命短。低地卫星星座一般由多颗卫星互联组成,因此多采取批量采购的方式,从而使低地轨道卫星的交付具有周期性的特点。
  虽然绝大多数通信卫星工作在地球静止轨道和低地轨道,但也有一些卫星工作在中地轨道上。例如,03b公司正在开发运行在中地轨道上的商业卫星,用于向发展中国家提供高速宽带互联网服务。该公司认为中地轨道能在覆盖范围和时延方面达到最佳平衡。


二、固定卫星服务和移动卫星服务


  过去,卫星运营商一般分为两大阵营,分别提供固定卫星服务和移动卫星服务。向固定地点提供广播、数据传输、电话和其他服务的运营商称为固定卫星服务运营商。向卫星电话或装置提供移动通信服务的运营商称为移动卫星服务运营商。固定卫星服务运营商主要使用地球静止轨道卫星,而移动卫星服务运营商主要使用低地轨道卫星。
  不过,这一划分界限变得越来越模糊。为了抢占移动数据市场,许多传统固定卫星服务运营商已经涉足移动卫星服务市场。例如,欧洲卫星公司(SES)和加拿大电信星公司等卫星运营商开始向空运市场和海运市场出售容量。另一方面,移动卫星服务运营商国际移动卫星公司将向陆地和海上钻井平台提供服务。


三、发射质量


  随着卫星带宽需求的增长,卫星的质量越来越大。大型有效载荷及其所需的大功率,使得地球静止轨道通信卫星的尺寸也越来越大。据统计,一颗地球静止轨道卫星的平均发射质量在2011年为4314千克,2012年为4595千克,而2013年则达到了5288千克。2011年,只有一颗发射质量在6000千克以上的通信卫星升空,而2012年和2013年的数量分别达到了8颗。
  劳拉空间系统公司、波音公司和洛克希德.马丁公司在建造大型卫星方面都取得了成功。这些大型卫星能够处理数量众多的大功率转发器,用于高清视频传输、宽带互联网和其他服务。


四、技术


  商业通信卫星运营商采用新技术的步伐一直比较迟缓。在未来的运营环境中进行新技术试验是非常昂贵的。太空是一个极端苛刻的环境,在太空试验设备的代价不小。另外,保险费率居高不下也是卫星买家较为保守的原因之一。
  尽管卫星运营业较为保守,但还是引入了一些新技术来满足通信卫星用户的需求。


  1.功率


  卫星的功率越来越大,支持较小地面设备的能力也越来越强。目前正在使用锂离子电池和砷化镓太阳能电池来提高卫星的功率输出。


  2.可展开天线


  卫星技术发展的另一个重要趋势是越来越多地采用大型可展开天线。这些天线在卫星到达工作轨道后才展开,直径最大可达22米。卫星采用大型天线的目的是允许在地面使用较小的接收机。这一点对于国际移动卫星公司这样的移动卫星服务运营商来说尤其重要。移动服务用户可以很容易地用手机大小的装置进行通信联系。


  3.离子推进


  2012年3月,亚洲广播卫星公司和墨西哥卫星公司签订了一项合同,从波音公司联合采购4颗卫星。这些卫星基于波音公司的新型702SP平台建造,是商业通信卫星运营商订购的首批全电地球静止轨道卫星。大多数卫星在太空飞行使用的是常规化学推进剂。而这种新技术从氙气中获得电子,产生了带电粒子,这些带电粒子在电场的作用下从推力器中喷出,推动卫星向前飞行。
  这种新型推进方式称为离子推进,过去已经用于卫星轨道保持。不过,它此前还没有用于将卫星推送入轨,因它比化学推进慢,定点所需时间最长可达6个月。但是,这种推进方式的优点在于使用离子推进不像化学推力器那样需要携带大量的燃料,因此可以大幅减小质量,降低发射费用,从而增加卫星装载的转发器数量。
  虽然这项技术的前景看好,但目前尚不清楚能有多大的市场份额。2012年亚洲广播卫星公司和墨西哥卫星公司的合同在宣布时曾弓I起轰动。不过,波音公司后来并没有公开宣布签订新合同,只是暗示签订了几份采用该技术的秘密合同。
  尽管一些制造商热衷于提供这项技术,但轨道科学公司的最新型号“静地星”3m并没采用该技术。轨道科学公司认为,客户宁愿让自己的卫星早点入轨,也不愿意从节省质量中获益。由于采用离子推进和传统化学推进的卫星运营商并存,因此新技术将会在市场上占有一席之地。有些运营商则同时采用这两种推进方式,在节省卫星质量的同时让卫星尽快入轨。


  4.高通量卫星


  高通量卫星是卫星工业的又一个重要发展趋势。高通量卫星能比传统卫星以更快的速度处理更多的数据。这些卫星通过频率复用和点波束来实现目的。采用这种技术的卫星能让点波束对准多个具体位置,使用相同的频率为多用户提供服务,从而提高了卫星的带宽数量。
  高通量卫星通常使用电磁频谱的Ka频段,部分原因是因为它比其他卫星频段(如Ku频段)要窄一些。窄波束比较适宜于点波束。由
于Ka频段一般不用于其他应用,因此可以随时提供使用。例如,Ku频段一般用于电视直播到户。“回声星”17和“卫讯”1都采用了Ka频段用于卫星宽带互联网。不过,高通量卫星所采用的技术也可以用在使用其他频率的卫星上。例如,国际通信卫星公司计划建造一个高通量Ku频段卫星网络。


五、卫星的应用


  通信卫星可以有多种用途。如上所述,通信卫星运营商的重要增长领域包括宽带互联网服务、视频传输和政府服务等。从各地区来看,拉丁美洲、东欧、中东和非洲以及亚洲将快速增长,因为这些地区的需求日益增长,直逼西欧和北美。


  1.宽带互联网


  宽带互联网已成为当今世界不可或缺的技术。虽然许多人正在享受高速互联网带来的好处,但仍然有很多人连接不上,甚至在美国也有这种情况。美国联邦通信委员会2012年所做的一项调查显示,约有1900万美国人接不上宽带互联网,其中145万人生活在乡村。包括美国和澳大利亚在内的许多政府已经开始大力推进让更多的人们接入宽带。
  普及宽带的主要力量是铺设地面线路,通过有线电视和光纤等方式延伸到新的地区。但是,在许多地方,特别是在乡村,由于费用昂贵而且没有足够的市场,将线路铺设到所有人群面临着巨大的挑战。在这种情况下,卫星对于宽带覆盖起着至关重要的作用。高通量卫星可以降低高速互联网接入的成本。增大容量能够提高每台发射机的收入,使得运营商能在提高速度的同时降低成本,从而提高盈利性。卫讯和休斯网络系统等公司正在投资提高卫星的传输速度。


  2.电视广播


  数字电视是拉动卫星服务增长的又一个市场,特别是在有线电视和光纤覆盖率较低的地区。在东欧、中东和北非,付费电视市场发展迅速。不过,这些地区不可能铺设像西欧和北美那么发达的线路。因此,卫星电视公司在进入这些市场时面临的竞争也就不那么激烈。
  但是,这并不是说卫星电视公司在西欧和北美没有取得成功。相反,欧洲有8400万个家庭接受直播到户电视。


  3.航空和航海


  航空和航海是卫星运营商业务增长的重要领域。如同在地面一样,航空公司和航海公司对数据的需求也在不断增长。航空公司希望在机舱中提供无线上网从而吸引乘客。美国最早从事航班Wi—Fi服务的是Gogo公司。该公司最初只是通过手机蜂窝站向达美等航空公司提供Wi—Fi服务。不过,为了向全球提供服务并且提高容量,许多航空公司和Wi—Fi服务商开始转向使用卫星。Gogo公司也签订了卫星容量合同。美国的联合、西南和捷蓝等航空公司计划在其全部机队上安装Wi-Fi。
  航海公司也在寻求为船员和乘客提供宽带互联网。船运公司可以使用互联网集中进行航线管理,为船员提供通信联络。游轮公司也希望通过向在海上乘船的游客提供Wi—Fi来增加收入。这些应用都能通过卫星来实现,因为船只在航行时距离地面提供的服务较远。


  4.政府使用


  政府在拉动卫星服务需求方面发挥着重要作用。但是,跟其他用户一样,在金融危机的大背景下,政府也面临着预算削减的压力。预算削减妨碍了新计划的实施。目前的一些军用卫星计划(如美国的“先进极高频”计划)虽然能够满足部分军事需求,但却不能满足  政府日益增长的卫星容量需求。为此,政府不得不从商业卫星运营商那里购买容量来填补不足。从商业卫星运营商购买在轨卫星容量或租用整颗卫星,比研制、发射和维护自己的卫星网络要便宜得多。
  政府提高卫星通信能力的另一种办法是在商业卫星平台上搭载托管有效载荷。也就是说,政府设计建造有效载荷并将其装在私人拥有的卫星平台上。在这种情况下,政府向卫星运营商支付托管有效载荷费用,而卫星运营商则负责卫星平台的研制和发射费用以及卫星的运行。
  托管有效载荷对政府和运营商来说有很多好处。政府之所以愿意这样做,是因为在卫星上放置有效载荷所需的费用比设计、建造、发射和运营卫星星座甚至是单颗卫星要低得多。此外,商业卫星运营商发射新卫星的频率比政府要快得多。这就为政府采用新技术或者向卫星覆盖不足的地区部署卫星提供了极大的灵活性。例如,美国政府只需要简单地在准备发射部署的卫星上装一个有效载荷就可以了,而不必发射一颗全新卫星。
  托管有效载荷对卫星运营商来说也是益处多多。当政府签订合同在卫星上搭载托管有效载荷时,卫星运营商获得了流动现金来源,从而有助于进行资本投资。
  虽然托管有效载荷的优点显而易见,但是也有一些需要克服的障碍。对于政府来说一大好处就是商业卫星计划完工和发射入轨的速度很快,但这也可能是一个障碍。政府希望花更长的时间来研制卫星和卫星有效载荷,而私营卫星运营商在时间上往往等不及。它们需要尽快发射卫星来满足用户的急需并得到收入。
  政府和工业界都在努力提高托管有效载荷的吸引力。美国国防部正在开发管理和成本模型,以便能更好地为托管有效载荷进行部署和付费。201 1年3月,7家公司组成了“托管有效载荷联盟”,希望能作为私营工业界和政府之间的桥梁,为托管有效载荷签约做出贡献。


  5.发展中国家


  目前发展中国家对卫星服务的需求十分强劲。非洲、中东和东欧已成为卫星运营商争夺市场的重要地区,亚洲仍然是卫星运营商业务增长的代表性地区。卫星运营商在进入发展中地区遇到的障碍比进入北美和西欧这些发达地区要少一些。由于这些地区的地面网络不够发达,因此卫星受到老牌有线电视和互联网服务商的竞争压力也没那么大。
  即使在地面运营商已经覆盖市场的情况下,由于这些地区的经济快速发展,也为卫星运营商和地面通信运营商创造了很多机会。
 

 消费者的互联互通需求比以往任何时候都要强烈,而数据需求量以及对高清电视和宽带互联网的渴求给全球通信基础设施带来了巨大的压力,因此今后10年对卫星容量的需求也会不断增加。

(作者:常丽萍)
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