8月初，美国老牌卫星通信企业休斯网络系统公司申请破产保护，在行业内引发了不小的震动。同时，SpaceX公司发布今年二季度财报，透露“星链”服务利润大幅增长，还计划加速建设新一代星座与小型地面基站。美国卫星通信巨头的状态可谓“悲喜两重天”，揭示了一场正在改变天地通信模式的深刻变革。
数十年来，休斯网络系统公司的核心业务依赖部署在地球静止轨道上的大型通信卫星。这些卫星距离地面约3.6万公里，就像太空中运行的信号塔，单星覆盖范围几乎相当于地球表面积的三分之一。
但是，静止轨道通信卫星有一个天然缺陷：距离客户太远，信号来回一趟耗时至少半秒钟，在某些情况下很可能会误事。而且，这种卫星及其终端价格昂贵，用户每月需支付数百美元，通常还要在家安装直径至少数十厘米的“锅盖”天线。
大型高轨通信卫星未能扭转休斯网络系统公司的颓势
近年来，这种传统通信卫星服务模式迎来了强大的竞争者，那就是以“星链”为代表的低轨互联网星座。星链卫星运行在距离地面500多公里的轨道上，让信号延迟一下子缩短到数十毫秒，日常应用可以忽略。更重要的是，这些卫星体积小、造价低，大型火箭一次就能发射数十颗。随着可回收复用火箭成本不断降低、周转效率不断提高，成千上万颗低轨卫星迅速“织密”太空通信网络。目前，用户只需购买平板电脑大小的天线终端，每月支付100多美元，就能享受上百兆比特/秒的网速。
过去5年多，休斯网络系统公司的过半传统消费用户流失，多数改用“星链”等新兴卫星网络服务。在申请破产保护的文件中，这家昔日行业巨头承认，预计这一趋势不会逆转。
而且，以“星链”为代表的低轨互联网星座并未停下脚步，还在持续增加卫星，扩大服务领域和覆盖区域。
一方面，SpaceX公司平均每周都要将数十颗改进型第二代星链卫星送入轨道。随着“星舰”测试不断取得进展，以及美国监管部门推进相关审查工作，预计SpaceX公司很快将在轨部署通信容量更大的第三代星链卫星，期望尽快接替逐渐退役的早期星链卫星，逐步将在轨卫星从目前的1万多颗增加到4万多颗。
大量低轨通信卫星部署示意图
另一方面，星链星座计划升级为卫星自主接力、高速传输数据的“激光骨干网”，进一步缩短信号延误时间，争取覆盖全球，消除网络空白区。
值得一提的是，SpaceX公司还计划建设一些小型地面基站。原来，“星链”支持手机直连卫星服务，但网速和信号稳定性不太令人满意，覆盖范围和用户操作受限，而且需要与地面移动运营商合作，通过地面网关站，在特定频谱接入核心网。未来，SpaceX公司打算抢地面移动运营商的生意，自建服务普通智能手机的小型地面基站。这一想法已经引发激烈反弹。
对比可知，大型高轨通信卫星基本上失去了大众化市场竞争力。那么，这些运行在3.6万公里高度的大卫星是不是没用了？答案是否定的。
从经济角度来看，这种卫星确实不再适合继续提供面向普通家庭用户的宽带上网服务。但在某些特定服务场合，它们仍有一些难以替代的优势。
比如，体育赛事、重大新闻等直播活动，还有远洋轮船和跨洋洲际飞机等，普遍还需要大型高轨通信卫星支持。因为这种卫星的覆盖范围极大，理论上单星就能服务小半个地球的用户，而且传输数据稳定可靠。当然，“星链”等新兴势力也对这个大市场虎视眈眈，正在积极进军。
再比如，政府和军事通信用户对某些信号延迟不是很敏感，但对通信安全性和抗干扰要求极高，大型高轨通信卫星在这方面仍有独特优势。
长远来看，未来太空通信网络到底会由哪种轨道主导？是否应该全部“押注”低轨星座呢？
“星舰”在亚轨道上尝试部署第三代星链卫星
事实上，纯粹依赖低轨通信星座，存在几个不容忽视的挑战。
首先是信号覆盖连续性隐患。对特定区域来说，单颗低轨卫星过顶时间只有数分钟。为确保用户始终在线，既要频繁用大型/重型火箭持续补发大量卫星，又要设计极其复杂的轨道调度和切换机制。
其次是抗干扰要求高。低轨卫星更容易受地面电磁干扰，甚至更容易成为攻击目标。
还有争夺频谱资源的压力。目前，低轨卫星工作频段和地面5G网络部分重叠。国际电信联盟还规定，在特定情况下，优先保护高轨卫星运行。
因此，更合理的方案应当是不同轨道通信卫星协作服务：大量低轨卫星主要负责对延迟敏感的宽带接入和实时通信；少数高轨大卫星承担广域广播、应急备份和特殊行业保障任务；在中轨道上，还需要部署一些卫星，实施导航增强和数据中继。各种轨道通信卫星互相取长补短，将太空通信网络建设成一张多层次、立体化天网，而不是单一轨道“通吃”。
这样来看，休斯网络系统公司破产标志着一个时代落幕，但我们也许很快就会看到，不同轨道上将部署数以万计的通信卫星，不断完善覆盖全球的信息天网。
来源/《中国航天报·飞天科普周刊》
文/常飞
编辑/高辰
审核/杨蕾
监制/索阿娣
本文转载自公众微信号：中国航天报
战斗机主题增刊全面上市！
78
78
风上风云｜云端故事
热门跟贴