深度剖析我国现如今低轨卫星互联网发展的问题

这两年来，美国 SpaceX的航天技术取得了长足的进步，火箭的发射成本也在不断降低，他们的低空卫星网络项目——星链系统正在加快推进，目前已经在北美进行了部分商业活动，预计将发射四万二千多颗卫星，用于全球范围内的网络访问，试图建立起“一网打尽”的优势。

虽然在短时间内，低空卫星互联网不能与5G网络相抗衡，但是它可以满足航空、航空和军事等领域的特殊需要，并可以与地基移动通信网相辅相成，建立一种新的天地一体化的网络体系，因此它具有重大的战略意义。

一、 低空轨道卫星互联网的基本内涵和发展前景

通常情况下，低轨道卫星是指在500到1500公里范围内，质量为100到1000公斤的现代化卫星，它同时具备了通信、导航和遥感等多种功能，它具有成本低廉、开发周期短、可批量生产等优点，它可以通过网络来达到甚至超过传统的大型卫星。

低空轨道卫星互联网是一种以低空轨道卫星互联网为基础，通过低空轨道卫星互联网实现局域或全球性的 互联网连接的无线通信网。随着我国对外贸易和投资的迅速增长，对互联网的需求日益增长。目前，卫星通讯多采用地球静止轨道卫星(GEO)，其频谱和空间资源十分有限，而且成本较高。

由于靠近地球表面，低轨道卫星的信号强度、可用频率、数据带宽、应用范围等都要比GEO高得多。利用低轨道卫星构成的星座，可以真正做到全球范围的覆盖。总的来说，相对于中、高轨道的卫星网络，低轨道的卫星网络具有更短的延迟和更少的路径损失；相对于陆地移动通信网，低轨道卫星网络具有成本低廉、覆盖范围大等优点。

首先，空间技术的不断更新，使得人造卫星的建造与发射费用大幅度下降。将工业化技术引入到卫星研发中，将可量产的标准化模块化界面、3D打印技术、机器人生产线、飞行器量产经验等应用到卫星研发中，促进其规模化生产与商业化应用。

英国一网（OneWeb）把一年12—18个月的生产速率提高到了一天两个；而SpaceX公司，则是依靠着先进的汽车工业，一个月的产量达到了120颗。

而一箭多星的商业发射以及循环使用等技术，更是使低轨道卫星的发射成本大幅度下降。所有这些都使得低轨道卫星的大量使用成为可能，并提高了它在商业上的竞争力。其次，因特网应用的迅速发展，为卫星通讯业务带来了新的机遇。

随着智能手机和移动网络的快速发展，大量以移动网络为基础的新型应用应运而生，随着网络场景向飞机、邮轮、汽车、野外等领域的不断延伸，迫切需要提升数据服务的广度和深度，并探索新的商业模式。

科技巨头的加入，加速了卫星产业的成熟。近年来，随着各大科技公司的大力推动，低轨道卫星互联网的商业模式不断丰富，这直接促进了该产业的迅速发展。最典型的例子就是网络公司将目光投向了商业航天，亚马逊，脸书，谷歌，这些大公司都在研究低空卫星网络。

近二十年来，以“星链”、“一网”、“鸿雁”、“虹云”为代表的几十个星座项目，在全球范围内掀起了一股低空卫星网络建设热潮，并在全球范围内掀起了一股新的浪潮。

SpaceX公司的“星链”正在持续扩大其在地球上的覆盖范围，截至2023年5月，其已经发射了4200多颗卫星，并且在北美等多个区域的通信网上，实现了对地球上各个区域的通信网的覆盖。

二、低轨道卫星因特网和5G网络的互补性

由于信号传输距离长、链路损耗大、信号易受到干扰、轨道与频谱资源受限等原因，低空轨道卫星互联网仍不具备5G通信的品质。而地基移动蜂窝网的技术更新速度更快，应用范围更广泛，短期内低空轨道卫星互联网难以取代5G，二者将形成优势互补、相互支持的发展模式。

低空轨道卫星互联网可以以低廉的成本覆盖荒漠、海洋等地广人稀的区域，但是其传输链路损失大、频谱利用率低、容量小，距离5G还有很大的距离，不能很好地满足人口稠密区域对高速率和低时延的要求。

根据调查，美国 SpaceX公司的“星链”最大延迟可以达到20 ms （毫秒），最高传输速度可以达到600Mbps/秒；5G网络的时延比Starlink（1 ms）快15-30倍，最高传输速率达到10-20 GB/s (10-20Gbps)。

Starlink的单颗卫星的存储能力大约是9 Gbps，而其在世界范围内的存储能力有望达到370百万兆字节/秒。5G的速率可以达到10 T/平方千米。另外，低空轨道卫星互联网在每平方公里接入数和频谱效率上与5G相比也有较大差距。

在不同的应用环境下，低轨卫星通信与5G具有各自的优势。一方面，低空轨道卫星互联网具有的大覆盖、低能耗等特点，能够为不具备宽带网络的航空器、游轮、野外科研、环境监测等特定的应用场合提供服务，也能够为边远郊区、高山峻岭、沙漠、丛林等局域热点区域提供网络服务，拓展地基移动通信的地域范围。

另一方面，低空轨道卫星互联网因其覆盖范围广、安全性和私密性好、不易受到地面障碍和灾难等特点，常被用作政府和军事领域的特殊需求，且与5G具有良好的应用前景。

虽然相对于中、高轨道而言，低空轨道卫星互联网的性能已经得到了较大的提高，但是仍然不能完全适应高密度人群、高行业、高区域的业务需求。5G网络能够为用户提供高速的网络接入，能够满足诸如超高清视频、车联网、工业互联网、智慧物流、智慧城市等各种复杂场景的需要。

美国的低轨道卫星因特网的建设和运营费用低于5G，收费标准和4G相当。例如，星连的建造及发射花费大约300亿美金，以及一年五十亿美金后继卫星替换的花费。

我国5G网络的建设投资超过200亿美元，远超美国的低轨卫星通信，但是5G的每一次业务开销都很小，因此具有很强的竞争优势，能够很好地满足用户的高业务需求。

Starlink现在将向美国主要电信公司提供一个月99美金的流量收费，这个收费与4G主要电信公司4G的收费标准是一致的，但是在陆地上要另外花上499美金才能得到一个好的服务。

Starlink最近推出的高级套餐，每套终端价格为2500美金，预定保证金500美金，每个月的资费500美金，但是它的下载网速只有150-500 Mbps，延迟20-40 ms，与我国5G相比，它的网络性能和整体费用都差得很远，没有在我国拥有竞争优势。

国际电信联盟（ITU）、第三代合作伙伴计划（3GPP）等组织已经推出了不同的星地融合应用场景。《国家“十四五”规划》中明确指出，要构建“高速、无处不在、融合互联、安全高效”的信息基础设施，构建覆盖全球、高效运转的通信、导航和遥感等空间基础设施系统。

一方面，将低空轨道卫星互联网与5G移动网相结合，可为低空轨道卫星互联网提供先进的蜂窝网技术，从而有效地解决低空轨道卫星互联网在容量、工程部署、移动性等方面面临的难题。

另一方面，低轨卫星互联网可通过卫星链路，大幅扩大5G基站布局，在高成本地区迅速推动5G基站布局，实现5G基站按需布站，节省建站费用与占地面积。

此外，低空轨道卫星互联网还可以与5G共享相关的网络服务，并通过网络切片等技术来提升网络的整体性能和安全性。此外，将低轨卫星通信与5G网络相结合，是构建6G天地一体化信息网的必经之路。

将低轨道卫星互联网与地面无线移动通信网络、中高轨道卫星互联网相结合，可以构建空、天、地、海的泛在覆盖网络，帮助6G实现全球无缝覆盖的空天一体化网络。

三、我国低空轨道卫星互联网发展的几个关键问题

目前，我国低空轨道卫星互联网发展速度较慢，业务模式尚不明朗，与地基移动通信网的优势互补程度较差。

美国借助 ITU “频－轨并行申请”、“先申请后获得”、“先申请”等优势，加快了对全球有限的低轨卫星频谱与轨道资源的抢夺。

中国信息通信研究院（CNNIC）于2021年6月公布的《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》（CNNIC）估计，目前，我国已建成的近地轨道卫星总数已接近10万颗。

截至2022年4月10日为止，美国共提出了50626个低轨道卫星的申请，是我国14220个低轨道卫星的3.6倍。与此同时，美国也利用了像 SpaceX这样的私人航空公司的快速决策和低廉的成本，加快了低轨道卫星的发射速度。

SpaceX公司正在以一天六个的速率批量生产“星链”人造卫星，而猎鹰系列运载火箭则达到了“一箭60星”的目标，并且可以循环使用，并且一颗人造卫星的造价只有一百五十三万美金。

在2021年上半年， SpaceX一共发射了14次，共计840枚近地轨道卫星，这几乎是2020年的总数量了。截至2022年的四月十日， SpaceX公司共发射了2335枚卫星，其中在轨道上的卫星达到了2110枚，这一数字远远超过了所有国家的总和。

美国已经抢占了低轨卫星通信的“黄金频段”（Ku频段），而我们所申请的低轨卫星通信频段为 Ka、V频段，虽然低轨卫星通信频段的频段更高，可用频段更宽，但是低轨卫星通信频段的雨衰也更大，对接收端的要求也更高。

总体而言，由于我国低轨卫星通信星座申请滞后，缺乏可拦截、优先级高、易利用的频率轨道资源，使得其在国际规则制定与合作中处于劣势。

与此同时，国际电信联盟也在努力弥补其发展中所存在的有关规定和措施的缺陷。根据ITU「新规则和措施不追及以往」的原则，将使国内网上材料的申请变得更加困难。另外，美国还竭尽所能地利用它的低轨道卫星网络，试图实现“一网全球通”的目标。

根据ITU所确定的频谱权和卫星部署的时限，中国卫星网需要在2027年11月之前发射12922颗卫星，如果达不到这个期限，那么将会相应地减少申请的卫星数目。

截至2022年4月10日，我国航天科技公司（鸿雁）、航天科工（虹云）、银河航天和中国电科（天象公司）共发射了11颗低空轨道卫星。为了保证国家的国防安全，我们的航天事业不惜一切代价地保证了百分百的成功率，但同时也要求我们在高可靠性与低成本间找到一个平衡点。

SpaceX对于失败的容忍度，对成功概率的要求也有所下降，使得单颗卫星的建造与发射成本大幅度下降，同时也大大提高了发射速度。

从发射能力、发射成本以及再利用程度上来看，中国目前主要的低轨道卫星运载工具，与“猎鹰9号”相比仍有很大的距离。“猎鹰9号”的运载能力超过了“长征七号”，但它的发射时间和费用却比“长征三号”还要短。

目前，“猎鹰9号”的商用价格仅为国内价格最低的“长征3号”火箭的60%左右。同时，我国的卫星生产能力也严重不足，主要依靠“单星”、“小批量”的方式进行，以当前的生产进度，很难实现数万颗的“双星”发射。

目前，我国航天工业的供应链支持系统主要围绕着国家重大项目进行，其投入规模庞大，与低轨卫星通信的建设需求不符，其供给效率和供给成本亟待提高。

美国 SpaceX公司 CEO马斯克曾在一次公共访谈中说，火箭的设计并不是什么难事，难就难在建造一条完整的流水线，而这条流水线的建造，就必须有大量的上下游配套公司。

在阿波罗计划期间，有一千四百多个主要的承包商参加了“猎户座”航天器和“空间发射系统”这两个工程。这类企业在承担重大国家工程的过程中，具有较强的实践经验，为新兴空间企业的启动与发展奠定了坚实的支持基础。

目前，我国商用航天产业链及产业生态建设还处在起步阶段，总体上还处在技术积累的初级阶段，还存在着技术创新能力较弱、开发应用能力较差等问题。大部分的民营企业主要关注的是系统的整体集成，很少有与之相匹配的产业链，因此，现代航天工业的供应链支持体系需要进行转型和升级。

低轨道卫星互联网的商业应用可以增强其“造血”能力，但长期依赖于政府补贴的非市场运作模式已不能持续。

“SpaceX”的业务模式已经非常明确了，最初面向美国和加拿大等国家的低空卫星网络进行商业运营，到了中期和末期，将逐渐向全世界推广，每年的利润在三十亿到五十亿之间。另外， Starlink的低时延特点，能够在全球金融市场上进行高频率的交易，其带来的好处也是相当可观的。

我国现有的光纤通信技术具有显著的优势，但在现有条件下，低空轨道卫星互联网难以与地基移动通信网相抗衡，迫切需要进行商业模式的创新。

在国际上，我国低空轨道卫星互联网在海外运行还面临着来自海外企业的激烈竞争和复杂的地缘政治风险。要想在国际范围内运行，频谱“走出去”是其中的一个关键环节。

当前，不同国家对着陆频段的利用有不同的规定，我国低空轨道卫星互联网要想“走出去”，还需要得到东道国的承认与支持。在频率轨道资源争夺日趋激烈的背景下， 低空轨道卫星互联网在国际上所处的地位差异，给我国低空轨道卫星互联网 “走出去”带来了严峻挑战。

2016年，国家空间科学研究院、中国空间科工集团等单位启动了“鸿雁”、“虹云”两个低空卫星通信网的建设。由于缺少长远的发展规划和产业标准，因此不能为国家重大工程的执行提供决策依据，也不能给产业参与者提供规划的参考。

低空轨道卫星互联网既可与5G网络相辅相成，又可与6G网络相结合，迫切需要制定低空轨道卫星互联网与地基移动通信网、中高轨道卫星网协调发展策略。

另外，在低空轨道卫星互联网相对优势的基础上，我国边远地区的陆基网络和我国东盟跨境海底电缆的规划也有待进一步完善和完善。

四、加速我国 低空轨道卫星互联网发展的政策与建议

在目前世界上几个主要国家都在大力发展低空轨道卫星互联网的情况下，我们应该加大的投资，加速低空轨道卫星发射，争取更多的空间资源，培养与之抗衡的力量，以避免美国“一家独大”的局面出现。

在此基础上，积极推进低空轨道卫星互联网和地基移动通信网的融合，为低空轨道卫星互联网的发展创造新的优势。

低轨卫星互联网是科技创新的前沿领域，它与航天、智能制造等技术有着密切的关系，对国家安全、经济高质量发展和国际竞争力都有很大的影响。

一要加强跨部门合作，将我国低轨道卫星互联网的重要战略计划与低轨道卫星互联网的国际合作联系起来，共同制定长远的低轨道卫星互联网技术发展蓝图。对“鸿雁”、“虹云”、“天象”、“高低轨”、“宽窄带”、“局部和全局”、“军事和民用”进行综合分析和论证。

二要探索建立新的低轨道卫星互联网举国体制，整合科研机构、国内一流航空航天企业、信息通信业企业等多种资源，突破一系列制约我国低轨道卫星互联网发展的瓶颈技术，为建立世界级低轨道卫星互联网提供“中国方案”，为低轨道卫星互联网的发展作出贡献。

到2025年，是我国航天网络发展的关键期。

一是坚持“快建、快抢、快用”的原则，尽量增加已经向 ITU提交的卫星发射计划，加快低轨道卫星网络的发展。

二是在低轨空间，主动申报具有不同轨道高度的星座频段，采用滚动申报、扩展申报为主，备用申报为辅的方式，实现中低轨、超低轨 Ka, V, E, W频段的全覆盖。

三是完善空间频谱资源配置与管理机制，从顶层设计入手，开展军民两用卫星频谱资源配置与管理，强化国内外轨道协同，保障我国星间链路的频谱资源可获得性。

四是以“政府引导、企业主体、市场导向”为基本原则，鼓励和引导民间企业参与到全球频谱和轨道资源的争夺中，推动我国在全球范围内的宽频卫星星座建设。

在中国持续“走出去”和欧、美等发达国家在亚太地区拓展业务的背景下，国际频谱协同工作日趋频繁，如何在保证频谱数据准确性的前提下，提高话语权，维护我国在频谱协同工作中的利益，是亟待解决的问题。

实现高精度、高质量、高质量的卫星生产，是实现高精度、低成本、高可靠性的重要途径，也是目前国家迫切需要重点开展的一项任务。

为此，需加大对低轨道卫星制造技术的研究力度，开展整星批量化生产，以显著提高其制造效率与品质，填补我国面向低轨道卫星制造的柔性流水线的空白。

在降低运载火箭发射成本上，要加速空间交通产业从研发型向批量生产型转变，建立以5G为基础的脉冲式总装和测试线，使中型运载火箭的生产能力迅速提高。本项目将进一步完善星箭协同设计，提出更加科学的发射布置方案，使其运载能力、整流罩等性能得到最大程度的发挥，从而更好地发挥新一代助推器的网络优势。

同时，按照“军管民建”原则，在海南文昌、宁波和海阳开展商用发射站的论证工作，以军民结合的方式进行商用发射站的建设，对已有的商用发射站进行有效的补充。

在频谱、轨道、空间分辨率等条件下，适当放松对私营企业的限制，并尽早出台相关法律，简化监管框架、政策及审批程序。

推进电信业务经营资质试点工作，优先授予具有自主知识产权的民营企业《基础电信业务经营许可证》，扶持其有序地开展卫星通信基本电信业务，探索建立“负面清单制”，使其能够更好地发挥自身的优势。

结合新一代互联网、移动通信网络和工业制造、智能交通和智慧城市等方面的发展，开展卫星互联网的多元化和智能化应用研究。鼓励国资与民企一起，积极探索在航空、航海、环境监测、应急救援等方面的应用，持续创造新的产业、新的业态、新的商业模式。

在此基础上，以国内在4G和5G方面的成功经验为基础，对国内的卫星互联网标准体系进行全面的规划，加快对业务需求、网络、测试、信息安全、应用等系列标准的制定，从而提升我国低轨卫星企业的自身实力。

建议有关部门将行业内知名国企、民企及高校组织起来，组建我国的空间互联网标准体系联盟，下设频率规范组、平台及载荷规范组、协议体系规范组。联合企业对其所涉及的关键技术进行初稿，并组织专家对其进行讨论，最后制定出相应的标准。建立相应的认证和评估机构，对卫星平台和负载进行标准化的认证，并颁发发射许可证。

除此之外，还可以鼓励并支持相关企业深入地参与到国际标准的制定过程中，强化自主标准体系在国际移动通信、民航、海事等重要领域的应用与推广，提高我国标准的国际影响力。

目前，3GPP在Rel-16标准中已对5G卫星接入作出了规范，接下来要积极推动基于陆地移动通信网的全球集成连接互联网的建设。

建立一体化的架构、功能、接口、流程，全面推动低轨卫星与5G的终端融合、网络融合、平台融合、网管融合、业务融合，最终实现用户在全球的无缝通信连接。

支持运营商在大都市优先发展5G网络，在边远地区和边境地区推广 低空轨道卫星互联网，实现优势互补、利益共享和风险共担，实现总体效率和费用的优化。

积极探讨建立低空卫星互联网与6G的融合体系，支持通信业务的多样化接入，满足不同的应用和服务需求。在对低空卫星互联网与6G核心网的架构、通信协议、终端形态以及服务模式进行全面的融合的基础上，探讨使用统一的技术架构、技术体系和标准规范来进行整合。

一是在开放、协作和共享的基础上，提倡世界上所有国家都要在 低空轨道卫星互联网的基础上，开展 低空轨道卫星互联网的国际合作，促进低空轨道卫星互联网的全球一体化发展，避免产生技术壁垒和空间网络资源的浪费。

二是促进我国在低轨空间环境管理方面的协商和合作，凝练出我国低轨卫星通信在轨服务中存在的空间碎片控制、污染控制和着陆区控制等重要法律问题，并将之纳入国际社会的法治轨道。

三是提高我国低空轨道卫星互联网的全球业务水平。要加大对“一带一路”沿线国家遥感、导航、通信卫星等技术的应用研究，深入挖掘“一带一路”沿线国家的市场潜力，重点发展跨境物流、海路通讯、远程教育、远程医疗、应急通信等技术。帮助发展中世界的信息化建设，帮助消除数字鸿沟。

结语：

现如今，我国在低轨道卫星网络建设已经刻不容缓，必须加大力度，加快低轨道卫星网络建设的脚步，为未来争取一片天空！

【参考文献】：

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本文来源：知乎-老羊talk

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