从大型卫星订单到软件定义的有效载荷、微型卫星、多轨道服务以及在未来数据中继网络中的关键作用，地球同步轨道正在进行着大量工作。在这个数字时代，运营商和服务提供商被赋予了新的灵活性，以与曾经僵化的行业的乏味观念相抗衡。
近年来，小型卫星和近地轨道星座的兴起引起了人们的关注和媒体的报道。与此同时，地球同步轨道（GEO）大型卫星的订单急剧下降。虽然大的订单再次回升，尽管并没有像2010年及之前那个样兴致勃勃，但业界也看到了GEO向“小”的大趋势发展。
当然，大小不是一切，最重要的是你能用它做什么。在这里，问题适用于所有被送入天空的鸟类，无论大小：它是由软件定义的吗？它能实现网络运营商现在吹捧的网络控制和效率吗？为了实现卫星运营商的灵活性承诺，地球同步轨道正在发生什么？是什么使他们不仅能够适应卫星寿命期间不断变化的客户需求，而且能够看到在轨服务可能会延长任务？
软件定义的有效载荷可能会改变游戏规则，使地球同步轨道卫星成为向最终用户提供服务的最有效和成本最低的技术之一。其价值在于，使用软件定义的卫星，不需要浪费频谱或功率来覆盖最终用户不需要的区域。功率、频谱和覆盖范围可以随着需求、客户和使用模式的变化而动态分配。
土星卫星网络公司（Saturn Satellite Networks）首席执行官汤姆·蔡（Tom Choi）表示，这应该会影响定价。该公司设计和开发了Nationsat通信微卫星，以高效地为一个国家提供5千瓦的数据和视频服务。
Choi说：“GEO的软件定义的高通量卫星（HTS）最有可能将最终用户的定价降低至少一个数量级，比当前的定价低。与价格高于GEO HTS且需要更昂贵和耗电的终端的低轨系统相比，这将是一个非常有吸引力的命题。”低轨宽带将有自己的利基，但未来通过卫星的大部分连接将属于GEO中的软件定义无线电高温超导。
目前，土星卫星网络正在为GEO开发其SDR机队，即智能空间节点（ISN），并积压了超过10亿美元的最终用户承诺。
自2019年以来，超过一半的GEO订单用于由软件定义的平台，同时，MicroSAT的需求正在增长。
Astranis的首席执行官兼联合创始人约翰·格德马克（John Gedmark）表示：“这只会随着时间的推移而增加。”Astranis开发了它所称的MicroGEO卫星，“我们相信小型卫星是未来。专用卫星优于共享卫星。快速卫星优于慢速卫星。定制卫星优于万能卫星。对于客户来说，灵活性和弹性越来越重要，因此地球同步轨道卫星正变得更小、更敏捷、更便宜。如今，客户可以在地球同步轨道上拥有自己的专用通信卫星，只需预付很少的现金。Modu稳定性、可扩展性以及与其他基础设施配合良好的能力也越来越重要，因为客户不希望被锁定在需要大量投资新地面设备的技术上。”
随着GEO的这种创新，这一轨道是如何推动市场的？据北方天空研究公司（Northern Sky Research）称，今天的固定卫星服务（FSS）市场每年约为130亿美元，预计到2030年将增长到200亿美元左右。在这200亿美元中，预计约150亿美元将来自地球观测系统的FSS，其余50亿美元来自低地球轨道。
在这方面，有哪些贡献的应用以及卫星服务将如何发挥作用？虽然数据和连接是FSS市场中不断增长的部分，但卫星在广播内容的分发中发挥着重要作用。然而，在未来10到20年内，随着视频继续转向在线，对点播内容的吸引力继续增长，这种情况会发生吗？在这里，运营商延长广播卫星寿命的能力极大地改变了游戏。相反，运营商如何证明今天投资约2亿美元来支持一个日益减少的应用程序是合理的？
崔补充说：“特别是在进入新的轨道时隙或开发新的细分市场时，小型地球同步轨道卫星的经济效益将超过大型地球同步轨道卫星的投资。”多家公司已经宣布了地球同步轨道卫星制造计划，但当向依赖地球同步轨道卫星生存15到20年的客户提供技术时，必须使用传统组件。土星卫星网络没有对每一个组件进行创新，而只是将传统组件用于我们的卫星。
根据欧洲咨询公司（Euroconsult）的数据，在本世纪末，地球通信卫星的订购率从2017年到2019年下降到小于或等于10颗时，平均每年有20颗新卫星。然后出现了异常繁荣：2020年收到了18份订单，其中13份是为SES和Intelsat接受的FCC在美国的加速C波段清除计划。除这13颗C波段卫星外，其他5个订单是5个区域运营商的替代卫星。
欧洲咨询公司（Euroconsult）预计，从2023年起，基于既考虑市场驱动因素又考虑抑制因素的更换或扩展场景，每年平均将恢复到12笔订单，例如5G网络部署、宽带星座竞争和寿命延长服务的引入。
欧洲咨询公司（Euroconsult）首席顾问马克西姆·普托（Maxime Puteaux）表示：“如果10家最大的商业运营商采取有利于非地球同步轨道投资（如地面网络、HAPS和LEO星座）的替代或扩张战略，或者投资于能力更强、更大的卫星，那么这个数字可能过于乐观。”
一个日益增长的趋势是：软件定义的卫星正在获得牵引力。自2019年以来，空客已售出7个。2022年，五份订单中有四份是基于泰雷兹新的Space Inspire总线，该总线支持完全可重构、软件定义的有效载荷，强调了运营商在不断变化的卫星通信市场中的灵活性需求。
说到软件定义卫星的价值主张，关键是灵活性。它们使运营商能够适应市场需求和业务计划的变化。由于这些卫星可在轨道上重新配置，运营商可以根据不断变化的需求模式改变覆盖范围、频率和带宽分配。
欧洲咨询公司（Euroconsult）董事总经理内森·德鲁伊特（NathanDeRuiter）表示：“这减轻了卫星运营商投资寿命为15年的卫星的市场风险。我们当然希望更有效地利用卫星带宽，从而提高软件定义卫星的利用率。下一个问题是，软件定义卫星能否提供一条途径，实现显著的成本降低，并更好地与5G地面网络集成，这是当今行业最大的两个挑战。如果能够同时实现这两个目标，这可能是一场游戏卫星通信行业的变革者。”
然而，还有一个问题是如何在不断变化的世界中保持旧技术。卫星是一种延长在轨卫星寿命的手段，这些在轨卫星功能良好，但燃料耗尽。
“我认为卫星服务根本不会改变地球观测组织的经济状况，”格德马克说，“试想一下：如果你有一台20年前的笔记本电脑，而电池今天就没电了，你宁愿做什么？花1000美元买一个定制的替换电池，还是花1000美元买一台全新的、最先进的机器？”
除了microGEO，任何旧的卫星如何与软件定义的有效载荷的新的改变游戏规则的能力竞争？空中客车公司是第一个推出其新一代软件定义卫星的公司。OneSat航天器具有完全可重新配置、经过处理的有效载荷，能够重新分配容量，并动态改变广播覆盖范围以适应市场。这使运营商能够完全改变其卫星在轨道上的功能：调整覆盖面积、容量、功率分配和频率，以满足短期和长期不断变化的任务场景。
“一些公司会花钱延长卫星的寿命，但延长15年卫星的寿命，或投资更灵活、更高效的最先进航天器，如OneSat，将是一种权衡。我们的一些超可靠的欧洲之星地球同步轨道卫星在轨道上的完美运行已经比其15年的设计寿命长很多年，但我们预计空客航天系统公司执行副总裁让-马克·纳斯尔说：“运营商希望通过提供的最先进技术实现最大回报。”
Nasr补充道，简单地说，如果没有软件定义的有效载荷，您将面临一个显著的劣势，即削弱microGEO提供的好处。他说：“MicroGEO航天器可能会吸引那些希望以较少的目标服务服务服务于较小细分市场的运营商。然而，如果没有适应不断变化的市场条件的灵活性，从长远来看，这可能会使它们成为更难证明其合理性的商业案例。”
欧洲咨询公司（Euroconsult）认为，尽管未来几十年采用率有所增长，但生命延长服务市场仍将是一个利基市场。
“卫星运营商中寿命延长服务采用率的增长并不能弥补地球同步轨道市场结构上的下降，”Puteaux说，“从今天到2040年，在化学卫星的推动下，生命延长服务市场有一个机会之窗，但2040年以后的市场仍不确定。全球制造和发射成本的降低，再加上相对较低的资本成本，推动了资本支出效率的持续提高，促进了融资和发射替换的可行性而不是购买寿命延长服务。”
LEO在提供多轨道服务方面也发挥着补充作用。当与GEO结合使用时，客户可以获得两个世界的最佳效果，或者更确切地说，GEO和非GEO是卫星停车场的最佳效果。虽然LEO可以提供较低的延迟和无处不在的全球覆盖，但GEO在集中的高需求固定区域上增加了大量的高容量。当然，由于LEO无处不在的覆盖范围和较低的延迟带来了较高的成本和较低的可用性，这在一定程度上局限于愿意支付溢价的市场。
由于GEO在为消费者提供非延迟敏感流量（如视频流）方面非常有效，因此在多轨道未来，延迟敏感流量可能会流经低地球轨道或中地球轨道（MEO），而视频流量可能流经GEO。这一切都需要通过智能交通路由软件来实现。
当组合在一起时，服务提供商可以混合和匹配GEO和非GEO卫星容量，以满足最终用户的需求。对于多轨道市场来说，移动和政府似乎是可能的垂直市场，因为这项服务与它们的用户需求非常一致。然而，地面部分必须在这里发挥有利作用。
“多轨道服务的实际市场采用将在很大程度上取决于地面部分。多轨道用户终端的性能、可靠性和价格将定义不同用户部分之间的适用性。额外的灵活性与成本之间始终存在权衡，不同用户段之间的偏好可能会显著不同。”德鲁伊特说。
卫星内置的软件满足了对更大容量和更大灵活性的日益增长的需求。地面平台内的软件支持整个系统，艾德里安·莫里斯解释道，休斯网络系统公司工程执行副总裁。凭借其软件套件，休斯-朱庇特系统可为世界各地的各种地球同步轨道卫星进行扩展和配置，并通过软件实现了一些功能和应用程序。
莫里斯补充说，卫星在多轨道服务中发挥的有利作用使其成为一个激动人心的时刻，因为它在各种应用中都有着巨大的前景。
“正如地球同步轨道能够在最需要的地方提供容量一样，也有一些地方它无法到达，例如高纬度和极地，低轨卫星可以在那里提供覆盖。这样，地球同步轨道和低轨是互补的，但更进一步，一个多轨道解决方案将地球同步轨道和低轨容量提供给同一个前提或业务，对未来的发展前景巨大或企业、政府和住宅服务。”莫里斯说。
对于企业和政府解决方案，多轨道解决方案提供了冗余和弹性，确保了连接，无论发生什么情况。休斯正在华盛顿州惠德比岛海军空军基地为美国海军领导私人5G实施。为了实现全球连通性和弹性，该网络的架构包括LEO和GEO回程。
莫里斯说：“我们的企业客户，包括石油和天然气管道以及全国性零售商，有兴趣将LEO添加到他们的网络和SD-WAN部署中。在某些情况下，客户希望LEO用于偏远和农村地区的站点连接。在其他情况下，客户希望整个网络中的LEO覆盖作为二级或三级备份系统。”
在今年的卫星展上，休斯演示了使用休斯木星2号地球同步轨道容量和OneWeb低轨容量的无缝多轨道地球同步轨道连接。multi-orbit解决方案提供了一种明显的“快速”互联网体验，支持多玩家、快速抖动的视频游戏和无缓冲的网络浏览。演示展示了这两个世界的最佳之处，地理链接处理后台下载和大文件，而LEO连接给了服务一个提升-快速建立视频流，然后将继续通过地理传输。
“毫无疑问，地球同步轨道对多轨道未来至关重要。这些卫星是互联生态系统的主力军，能够快速高效地传输千兆位数据，无论是主连接还是备用连接、回程连接还是宽带连接。低地球轨道正迅速变得拥挤；而地球同步轨道中的卫星与工业和地球同步轨道一起提供了数十年的基本连接轨道运行的政治合作和考虑。正如跨洋光缆几十年来连接各大洲的方式一样，地球同步轨道卫星将在未来许多年在全球范围内提供久经考验的真正连接。”莫里斯说。
对于Viasat执行主席Mark Dankberg来说，启用多轨道服务类似于5G，以及网络必须如何使用不同的传输频带、覆盖区域和物理层技术来获得网络级的结果，这些结果在仅使用单个传输介质时并不经济，甚至不可能。对于多轨道服务，其基本原则是将具有不同优缺点的不同传输资源结合起来，为用户实现单一无缝聚合服务。
Dankberg说：“我们相信，最有效、性能最高的网络将通过多轨道、多频带动态集成传输，并与地面组件集成，例如用于最终用户和基础设施应用的有线或无线组件。”
与新兴的microGEO趋势形成鲜明对比的是，Viasat准备欢迎其全球Viasat-3 Ka波段星座，每颗卫星预计重达数吨。凭借更大的影响力，ViaSat-3有望提供前所未有的容量；至少每秒1TB，个人、企业和政府在地面、空中和海上的下载速度高达每秒数百兆。
丹克伯格说，由软件定义的卫星并不是一切的最终目标。价值取决于启用的可重构性的类型和程度，以及实现该可重构性所涉及的权衡。卫星通常受到限制，因为如果它们有更多的资源，如功率、体积或质量，它们可以增加带宽和覆盖范围。因此，如果软件定义的卫星所需的资源消耗如此巨大，以至于减少了总带宽或覆盖范围，那么它可能会降低价值。
丹克伯格说：“此外，卫星可重新配置的速率（微秒、小时或天）以及实际的带宽分配机制对价值创造有很大影响。这在单播和广播应用中可能有很大不同。例如，机械控制的点波束是可重新配置的，可以由软件定义，但在单播市场上可能不如动态、空间和频率敏捷的相控阵波束形成器有价值。但相控阵可能比机械控制的波束消耗更多的功率，并减少总带宽或覆盖范围，以至于破坏而不是创造价值。”
由于GEO卫星具有非常大的视场（占地球的三分之一），可以为空间中的其他卫星提供服务，以及如何设计卫星以简单直接地为大量高度分散的航天器提供服务，因此GEO卫星在空间中继网络中很有价值。
Dankberg说：“像ViaSat-3这样的超大容量卫星，可以保持覆盖整个地球的波束网，可以通过一个简单的模块化用户终端支持地球同步轨道下几乎任何轨道上的卫星。可以根据需要获得地球同步轨道空间中继服务，以增强其他服务。”
今年4月，美国宇航局选择Viasat作为其通信服务项目的一部分，以开发和演示各种应用的空间中继能力。
Euroconsult还将GEO视为空间中继网络的关键推动者，“考虑到轨道在覆盖范围以及空间段和地面段的视线方面所提供的权衡，地球同步轨道有望在数据中继市场中发挥关键作用。”普托说。
