竞争还是互补？解析高轨卫星与低轨卫星关系

从高度上来说，高轨卫星和低轨卫星高度不同，互不干涉。按照轨道高度，卫星主要分为低轨道（LEO）卫星、中轨道（MEO）卫星和高轨三类。其中高轨又被称为地球静止轨道（GEO,Geostationary Earth Orbit)，通常指地球同步轨道通信卫星系统，其轨道高度为35786公里。

1）高轨卫星通信系统：通常指地球同步轨道通信卫星系统，其轨道高度为 35786 公里，卫星运动方向与地球自转方向相同，轨道面与地球赤道面重合，运行周期为一个恒星日（23 小时 56 分 4 秒），从地面上看卫星在空中是静止不动的。在地球同步轨道上布设 3 颗通讯卫星，即可实现除两极外的全球通讯。

2）中轨卫星通信系统：卫星距地面高度在 2000-35786 公里之间，单星覆盖范围大于低轨通信卫星，是建立全球或区域卫星通信系统的较优解决方案。主要有 Odyssey（奥德赛）、MAGSS-14、以及北斗定位系统 部分卫星等，MEO 兼具 GEO 以及 LEO 的优点，可实现全球覆盖和更有效额频率复用，但是需要大量部署，组网技术和控制切换等比较复杂。

从技术角度来看，低轨卫星通信系统与高轨卫星通信系统之间最主要的区别在于卫星轨道高度和单颗卫星通信能力，由此带来的具体的技术上的主要差异表现在以下几方面：                        

1）传输时延：高轨通信卫星轨道高度为 35786 公里，每一跳（终端-卫星-终端）通信传输时延约为 270 毫秒。目前主流的低轨星座的卫星大多位于 1000~1400 千米上空，其通信传输时延一跳约在 7 毫秒左右，考虑到其他方面时延影响也可以做到 50 毫秒以内，与地面光纤网络的时延相当。

2）传输损耗：低轨星座宽带卫星轨道高度约为静止轨道卫星轨道高度的 1/30， 则低轨卫星信号自由空间损耗比静止轨道卫星少 29.5dB，这是低轨卫星系统实现终端小型化和高速数据传输的基石。

3）星下点移动速度：高轨卫星运动速度与地球自转速度相同，卫星 24 时绕地球一周，相对地面静止；低轨卫星运动速度约为 7.5 千米/秒，卫星 85~115 分钟绕地球一周，相对地球表面高速运动，从而带来多普勒频移、 地面终端天线指向跟踪、波束间切换等技术问题。

4）波束覆盖：高轨通信卫星轨道高度高、对地视场大，部署 3 颗卫星即可实现对南北极点以外的全球覆盖；低轨通信卫星轨道高度低、单星对地覆盖较小，必须通过多星组网才能实现全球覆盖，避免遮挡带来的通信干扰问题，但也会因频率复用难度增大带来对通信体制更高的要求。

5）卫星容量：低轨卫星通信系统单星体积小、重量轻，通信能力弱，但整个系统通信容量较高。如 OneWeb 星座系统单个卫星设计质量仅125kg，单星容量约为10Gb/s，整个星座将具有 7Tb/s 的容量。Viasat-3 卫星系统由三颗卫星组成，单颗卫星设计重量约为 6400kg，单星容量约为 1Tb/s，整个系统具有 3Tb/s 的容量。

6）系统可靠性：低轨卫星通信系统可靠性更高。第一，低轨星座卫星数量庞大， 且分布于多个轨道面，任意一颗或几颗卫星损坏不会对系统造成大的影响；第二，低轨星座系统卫星造价较低，在轨一般都有多颗备份卫星，可以随时代替损坏的卫星；第三，低轨卫星成本低，研制周期短，卫星体积小、重量轻，轨道高度低，容易进行应急补网发射。

从通信系统优势来说，高轨卫星具有广覆盖、寿命长、信号稳定、组网简单等优势，低轨星座具有传输时延低、链路损耗小、高带宽、高性能全球覆盖、低成本等特点。优势各不相同，彼此之间不会形成竞争，但可以互融互补。

1）覆盖区域优势：单颗星覆盖区域广，可覆盖地球表面超过40%的区域， 有利于为固定区域提供服务。在覆盖区域内，任何地球站之间可以实现24 小时不间断通信，服务十分稳定。

2）卫星组网优势：卫星系统构建简单，3颗同步地球卫星就可覆盖除两极外绝大多数区域，系统卫星数少，运营和在轨维护性价比高。

3）卫星寿命优势：不受大气阻力影响，寿命在15年以上，摊薄单位带宽成本。

低轨卫星通信网络最具代表性的是马斯克的“星链”。相比传统的静止地球轨道卫星通信系统（高轨卫星通信系统），低轨系统在技术和成本上优势显著，将在网络接入、物联网等应用领域创造出极大的商业价值。低轨卫星单星覆盖面较小，但是传输时延低、链路损耗小，因此当前多用于对地观测、测地以及新的通信卫星系统。

低轨卫星互联网星座是实现全球互联的核心解决方案，低轨卫星互联网星座可实现高带宽、高性能全球覆盖、可便携式\嵌入式终端、低成本、边际成本的全球互联服务等特点。

1) 高稳定性：系统抗灾害能力强，局部的自然灾害和突发事件几乎不影响系统正常工作。

2) 低时延：卫星处在近地轨道运行，天地之间的通信距离较短，通常在 350～1 000 km，与高轨卫星相比，通信距离明显缩短，可提供更加实时的信息传输。

3) 低成本轻量化终端：低轨卫星在地面终端和卫星轻质量化、低功耗化方面具备明显优势。由于低轨通信距离较短，无线通信信号的衰减明显减弱，与使用相同频率的高轨卫星相比，设备和卫星所需要的发射功率、接收灵敏度都低，功耗下降明显，可应用嵌入式技术打开广阔应用场景。

4) 不依赖地面基础设施：星座卫星数量庞大，可实现天基中继传输，从而摆脱对地面基础设施的依赖。

未来可以采用低轨星座、中轨星座和GEO（地球同轨卫星）星座的组合形成混合星座模式构建一张混合网络，可以将多轨道卫星的优势相结合，为客户提供最好的服务。例如通过高效的高轨卫星交付低时延敏感型流量，以及通过低轨卫星集中交付对时延敏感的流量。混合星座网络配置的中心是不仅能够满足日益增长的网络需求，同时又需要具备经济性的卫星集群。尤其对于企业和政府，混合星座网络可提供冗余和弹性，确保无论发生什么情况都能保持连接。

因此，未来高轨卫星和低轨卫星一定是互补融合，而非竞争关系。