20世纪90年代以来,特别是在智能移动终端功能日渐丰富、成本不断降低、各类应用蓬勃发展的今天,建设融语音、数据、视频为一体,覆盖广泛、经济实用的互联网,成为世界各国为推动经济增长而大力构建的重要基础设施。例如,美国“恢复与再投资计划”拨款72亿美元用于国家宽带建设;加拿大拨款2.25亿美元用于发展卫星宽带;欧洲拨款13亿美元用于填补“数字鸿沟”;中国大力推动“互联网+”战略等。
2015年,在谷歌(Google)等互联网巨头的推动和支持下,一网公司(OneWeb)、太空探索公司(SpaceX)、三星(Samsung)、低轨卫星公司(Leosat)等多家企业提出打造由低轨小卫星组成的卫星星座,为全球提供互联网接入服务,在短期内迅速聚集人气,引发全球强烈关注。然而,提供互联网服务的卫星星座并不是一个新事物,20世纪90年代开始不断涌现提供通信和网络服务的卫星星座,有些至今尚未实施,有些部署实施后遭遇破产,无线对讲系统,有些虽然发展至今,但应用空间仍非常有限。
本文所述的“新兴卫星互联网星座”,无线对讲,指新近发展的、能提供数据服务、实现互联网传输功能的巨型通信卫星星座。新兴卫星互联网星座具有以下特点:从星座规模看,是由成百上千颗卫星组成的巨型星座;从星座构成看,是由运行在低地球轨道(LEO)的小卫星构成;从提供的服务看,主要是宽带的互联网接入服务;从发展卫星互联网星座的企业看,主要是非传统航天领域的互联网企业;从项目发展的起始时间看,是在2014年底至2015年初这段时期。
本文针对2015年发展卫星互联网星座这一情况,在总结历史经验和教训的基础上,探讨新兴卫星互联网星座的创新点和发展机遇。
1 国外卫星互联网星座近30年发展
在太空通过卫星提供通信服务的尝试早已有之。20世纪90年代,有多家企业提出卫星互联网星座计划。如果将提供互联网服务的范畴扩大到话音通信服务(最早的互联网都是通过“拨号上网”进行的),卫星互联网星座的发展历史还可以追溯到20世纪80年代末摩托罗拉公司发展的铱星(Iridium)系统。
与导航和部分对地观测的天基系统不同,无线对讲,从近30年的发展历史看,卫星互联网星座均是由商业企业发展、以盈利为目的的商业项目。从人类航天技术的角度看,技术并不是主要问题,决定卫星互联网星座成败的关键因素还是市场和用户。从更大的范畴看,卫星通信与地面通信同为电信产业的组成部分,从诞生的第一天起就在相互竞争、相互补充与合作中发展前进。因此,过去30年卫星互联网星座计划的成败主要围绕着这一问题展开。如果按照卫星与地面通信的竞争合作关系对卫星互联网星座的发展阶段进行划分,主要可以分为3个历史阶段:
1)第1阶段(20世纪80年代末至2000年):以铱星(Iridium)、全球星(Globalstar)、轨道通信(Orbcomm)、“泰利迪斯”(Teledesic)和“天空之桥”(Skybridge)系统为代表,力图重建一个天基网络、销售独立的卫星电话或上网终端与地面电信运营商竞争用户。
2)第2阶段(2000—2014年):以新铱星、全球星和轨道通信公司为代表,既为电信运营商提供一部分容量补充和备份,海能达无线对讲系统,也在海事、航空等极端条件下的面向最终用户提供移动通信服务,与地面电信运营商存在一定程度的竞争,但主要还是作为地面通信手段的“填隙”,规模有限。
3)第3阶段(2014年至今):以“另外30亿人”网络公司(O3b Networks)为代表,为全球用户提供干线传输和蜂窝回程业务,地面电信运营商是其客户和合作伙伴,卫星网络成为地面网络的补充。
1.1 卫星互联网星座发展的第1阶段:企图替代地面通信网络
卫星互联网星座的构想最早始于1家地面通信公司摩托罗拉,它希望设计一款具有星间链路和星上处理能力的低轨通信卫星星座,相当于把地面蜂窝网倒置在太空,面向全球提供移动话音服务。在铱星的带动下,同期发展的低轨星座主要有两类:一类是主要以提供话音和低速数据为主的星座,如全球星和轨道通信;另一类主要以互联网接入为主的星座,如泰利迪斯和天空之桥。这些系统的发展遇到了共同的问题,就是系统设计初期地面通信还未兴起,错误地估计了市场,企图替代当时并不发达的地面通信,面向个人消费者提供全球话音通信和网络接入