阻礙LEO成功的是融資而非天線

《Via Satellite》Tereza Pultarova/文 沈永言（中國(guó)衛(wèi)通 ）/譯

天線制造商們稱，是融資而不是天線阻礙了LEO星座和無(wú)所不在的高帶寬衛(wèi)星連接這一嶄新世界的到來(lái)。他們聲稱，該技術(shù)已準(zhǔn)備就緒，可以滿足需求。

當(dāng)O3b前首席商務(wù)官John Finney決定將他的新工作重點(diǎn)放在衛(wèi)星通信天線和終端上時(shí)，他對(duì)自己想要達(dá)到的目標(biāo)有了清晰的認(rèn)識(shí)。他希望建立一個(gè)非常便宜的終端，就像傳奇的諾基亞手機(jī)在20世紀(jì)90年代中期之于移動(dòng)通信領(lǐng)域那樣，為衛(wèi)星通信市場(chǎng)做同樣的事情。

在移動(dòng)行業(yè)開始自己的職業(yè)生涯的Finney，對(duì)這個(gè)故事了如指掌。“移動(dòng)行業(yè)始于1980年，到1995年已吸引了大約11億客戶。然后發(fā)生了一些非常有趣的事情。在接下來(lái)的短短3年時(shí)間里，移動(dòng)行業(yè)增加了另外10億客戶，主要來(lái)自新興市場(chǎng)。”在2018年3月于華盛頓舉行的“SATELLITE 2018”會(huì)議上發(fā)表主題演講時(shí)，F(xiàn)inney首次推出了他的天線和集成終端創(chuàng)業(yè)公司Isotropic Systems。

Finney暗示，20世紀(jì)90年代后期，在移動(dòng)領(lǐng)域發(fā)生的‘某事’與衛(wèi)星通信目前發(fā)生的情況并無(wú)不同，如技術(shù)改進(jìn)、基礎(chǔ)設(shè)施成本降低、新的經(jīng)濟(jì)模式。Finney認(rèn)為，在未來(lái)5年內(nèi)，衛(wèi)星通信服務(wù)將變得無(wú)處不在，從富有的超級(jí)游艇所有者、軍隊(duì)和大型企業(yè)的特權(quán)，擴(kuò)展到為大眾服務(wù)。

OneWeb和SpaceX等LEO運(yùn)營(yíng)商預(yù)計(jì)將于2019年開始部署它們的巨型星座，旨在為世界上仍未連接的那一半人口提供低延遲的高帶寬連接。GEO衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商正在通過(guò)日益強(qiáng)大的HTS加強(qiáng)其地位。隨著新一代航天器的出現(xiàn)，MEO將變得更加擁擠。衛(wèi)星將把偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們連接起來(lái)，也將把新生的IOT所有類型的機(jī)器和數(shù)字設(shè)備連接起來(lái)。

但是，在無(wú)處不在的衛(wèi)星通信即將到來(lái)的新時(shí)代，需要新一代的天線和終端技術(shù)，這種技術(shù)要同時(shí)具備廉價(jià)、易于使用、能夠無(wú)縫地處理日益復(fù)雜的空間生態(tài)系統(tǒng)等特點(diǎn)。

MEO衛(wèi)星系統(tǒng)目前依賴于適用于靜止GEO衛(wèi)星的傳統(tǒng)拋物面天線技術(shù)。該技術(shù)有效，但也存在挑戰(zhàn)。以LEO衛(wèi)星為例，它以高速度繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，停留在地面站的觀測(cè)范圍內(nèi)只有幾分鐘，這個(gè)問(wèn)題用老式技術(shù)幾乎無(wú)法解決。同樣，由于預(yù)計(jì)LEO星座將由數(shù)百至數(shù)千個(gè)航天器組成，衛(wèi)星面臨著盡可能小、盡可能便宜的壓力，這再次對(duì)天線技術(shù)構(gòu)成挑戰(zhàn)。

業(yè)界對(duì)電調(diào)或平板天線解決方案寄予厚望。但目前可用的產(chǎn)品也存在問(wèn)題，包括定價(jià)過(guò)高。

“剛開始時(shí)，我們想要成為技術(shù)不可知論者?！?019年11月的一個(gè)下午，在倫敦市中心，F(xiàn)inney告訴《Via Satellite》。Isotropic Systems成立于2013年，開始時(shí)默默無(wú)聞?！拔覀儚倪\(yùn)營(yíng)商的需求開始，我們研究了五年后的市場(chǎng)情況，并著手設(shè)計(jì)一個(gè)新的衛(wèi)星連接世界的系統(tǒng)?！?/p>

該公司研究了各種技術(shù)可能性，并最終確定了一種以前未曾探索過(guò)的方法。Isotropic Systems使用光學(xué)波束形成模塊來(lái)制造可擴(kuò)展的共形天線。根據(jù)Finney的說(shuō)法，這種天線比現(xiàn)有的相控陣和平板技術(shù)成本低70%至95%，功耗降低80%，電子元件減少70%。

在“SATELLITE 2018”首次亮相后不久，Isotropic Systems宣布了與SES、OneWeb、Inmarsat和Avanti等一些業(yè)界領(lǐng)先企業(yè)簽訂了可觀的備貨合同和合作伙伴關(guān)系。

“與關(guān)心平板相比，人們更關(guān)心廉價(jià)?！盕inney評(píng)論了Isotropic Systems的初步成功。

對(duì)于Isotropic Systems，天線只是一個(gè)開始。他們的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)廉價(jià)的全集成終端，帶有天線、分布式電源系統(tǒng)和調(diào)制解調(diào)器。該公司預(yù)計(jì)將于2020年向SES和Inmarsat發(fā)布首批Ka波段原型機(jī)，并于2021年開始測(cè)試生產(chǎn)。此后不久，將推出一系列Ku波段終端。

Finney駁斥了一個(gè)經(jīng)常被討論的觀點(diǎn)，即天線技術(shù)是阻礙MEO和LEO星座成功的主要障礙物。就Isotropic System而言，天線問(wèn)題即使沒(méi)有完全解決，也至少近乎解決了?！癕EO和LEO星座唯一真正的挑戰(zhàn)是融資，因?yàn)槭紫饶阈枰浅４蟮囊还P錢來(lái)讓你的星座能夠組網(wǎng)?！盕inney說(shuō)?！熬瓦@一觀念而言，地面存在重大的技術(shù)挑戰(zhàn)，情況絕對(duì)不是這樣?！?/p>

需求將導(dǎo)致價(jià)格下跌

總部位于以色列/英國(guó)的天線創(chuàng)新公司SatixFy的市場(chǎng)營(yíng)銷和產(chǎn)品副總裁Gil Shacham似乎同意這一觀點(diǎn)?！凹夹g(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，現(xiàn)在我們需要產(chǎn)量”Shacham告訴《Via Satellite》?！跋Ｍ艽?，很快就會(huì)有OneWeb、Telesat、SpaceX和其他產(chǎn)品，這將降低價(jià)格?！?/p>

Satixfy六年前由以色列衛(wèi)星行業(yè)資深人士Yoel Gat創(chuàng)立，目前正在開發(fā)可用作智能數(shù)字天線構(gòu)建模塊的先進(jìn)硅芯片。2018年3月，該公司推出了它們的電控多波束陣列（ESMA）天線，并計(jì)劃在2019年推出針對(duì)航空和物聯(lián)網(wǎng)細(xì)分市場(chǎng)的產(chǎn)品。

“對(duì)于消費(fèi)者市場(chǎng)，運(yùn)營(yíng)商需要數(shù)百美元或數(shù)千美元的低價(jià)，這就是我們的目標(biāo)?！盨hacham說(shuō)。“這絕對(duì)是可以實(shí)現(xiàn)的，自從我們?cè)O(shè)計(jì)硅片，我們可以實(shí)現(xiàn)我們的硅經(jīng)濟(jì)學(xué)。在硅片方面，如果你有足夠的產(chǎn)量，有足夠的需求，那么價(jià)格就變得越來(lái)越便宜。”

Shacham說(shuō)，ESMA產(chǎn)品由天線貼片組成，這些數(shù)字連接的構(gòu)建塊可用于創(chuàng)建更大、更強(qiáng)的天線。與Isotropic Systems類似，SatixFy的目標(biāo)不僅僅是天線，而是一個(gè)配有軟件定義無(wú)線電芯片的集成終端，能夠以數(shù)字方式接收、傳輸和處理多個(gè)波束。

Isotropic Systems和SatixFy都表示他們的設(shè)備可以處理多個(gè)波束，這使得它們可以跟蹤多個(gè)航天器，并在一顆衛(wèi)星上升和另一顆衛(wèi)星下降時(shí)無(wú)縫地進(jìn)行切換?！爱?dāng)你以數(shù)字方式做事時(shí)，它是自然而然的事?！盨hacham說(shuō)?！斑@就是技術(shù)之美。你可以生成很多波束，也可以將它們指向任何你想要的地方。”

步步為營(yíng)

行業(yè)大佬AvL Technologies提供三種類型的MEO天線解決方案，除了依靠多個(gè)機(jī)械調(diào)控的拋物面碟型天線，也在研究電控技術(shù)，以滿足未來(lái)LEO的需求。

“我們現(xiàn)在正在處理的M E O系統(tǒng)大約有12顆在軌衛(wèi)星。”AvL Technologies首席射頻工程師Ian Timmins博士說(shuō)，“SpaceX已經(jīng)申請(qǐng)了大約7000顆衛(wèi)星，因此，將會(huì)有更多的衛(wèi)星需要進(jìn)行跟蹤?！?/p>

2018年3月，AvL推出了他們的第一款平板解決方案，Ka頻段的DarkWing平板VSAT。Timmins表示，電子技術(shù)將使未來(lái)的產(chǎn)品具有更多差異化的功能。然而，該技術(shù)仍然需要進(jìn)一步成熟，才與久經(jīng)考驗(yàn)的拋物面天線的性能相匹配。

根據(jù)Timmins的說(shuō)法，LEO不僅帶來(lái)了挑戰(zhàn)，還提供了一些好處，比如衛(wèi)星間的距離越近，終端的功耗就越低，用戶的帶寬就會(huì)越高。與Shacham相似，Timmins認(rèn)為，盡管現(xiàn)在技術(shù)成本相當(dāng)高，但一旦需求上升，它將不可避免地下降。

Timmins說(shuō)：“你現(xiàn)在能看到很多關(guān)于LEO星座的媒體，但還沒(méi)有看到很多可用的系統(tǒng)。當(dāng)這些星座開始運(yùn)作并得以廣泛使用時(shí)，地面部分將真正專注于具有成本效益的解決方案?！?/p>

多軌道解決方案

總部位于加州的ThinKom的首席技術(shù)官Bill Milroy表示，天線制造商雖然已經(jīng)為航空市場(chǎng)提供兼容LEO的低輪廓天線，但在此階段，只能將LEO技術(shù)視為一項(xiàng)不確定的業(yè)務(wù)。

“我們覺(jué)得沒(méi)有人會(huì)對(duì)僅使用LEO的解決方案，或僅使用MEO的解決方案感到滿意?！盡ilroy說(shuō)?！拔覀兿矚gOneWeb，但是如果你購(gòu)買OneWeb專用終端，你就會(huì)指望他們的系統(tǒng)在技術(shù)和財(cái)務(wù)方面能保持健康發(fā)展?！?/p>

ThinKom有理由對(duì)LEO持謹(jǐn)慎態(tài)度。該公司幾乎與Teledesic同時(shí)開始，后者在20世紀(jì)90年代由微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨資助，希望建立一個(gè)與OneWeb非常相似的LEO寬帶星座。Teledesic的計(jì)劃從未實(shí)現(xiàn)過(guò)，主要是出于經(jīng)濟(jì)原因。

此外，Milroy說(shuō)，在OneWeb尚未認(rèn)證的720顆衛(wèi)星中，只要有少數(shù)發(fā)生故障，就會(huì)導(dǎo)致覆蓋間隙，這對(duì)許多應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)可能是一個(gè)問(wèn)題?！叭绻阈枰?00%的可用性，通常會(huì)出現(xiàn)MEO或LEO衛(wèi)星不可用的情況?！盡ilroy說(shuō)?！耙苍S是因?yàn)槟硞€(gè)位置被樹木擋住了，或者系統(tǒng)沒(méi)有適合您所在位置的波束。當(dāng)這些特殊情況出現(xiàn)時(shí)，這些系統(tǒng)可以在GEO衛(wèi)星上工作，因?yàn)樗鼈兺ǔＪ强深A(yù)測(cè)的?！?/p>

ThinKom的可變傾角連續(xù)斷面節(jié)陣列（VICTS）天線由圍繞單軸旋轉(zhuǎn)的輕質(zhì)圓盤層構(gòu)成，以控制波束和偏振。根據(jù)Milroy的說(shuō)法，它提供了相控陣和機(jī)械控制天線兩者中最好的技術(shù)。這些終端已經(jīng)可以支持LEO、MEO和GEO系統(tǒng)，為客戶提供更多便利。

跨越多個(gè)軌道的系統(tǒng)似乎是其他天線開發(fā)人員所同樣關(guān)注的目標(biāo)。

SatixFy的Shacham表示，由于多個(gè)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)擁有或計(jì)劃運(yùn)營(yíng)跨越多個(gè)軌道的星隊(duì)，因此，可以同時(shí)為多個(gè)軌道和多個(gè)頻率提供服務(wù)的終端，是順理成章的下一步?！癝ES已經(jīng)擁有GEO和MEO，Telesat擁有GEO并計(jì)劃推進(jìn)LEO，OneWeb和Intelsat之間已經(jīng)開展了一些合作?！盨hacham說(shuō)，“例如，GEO非常適合視頻流，但是，如果你想提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，從MEO或LEO衛(wèi)星接收它更有意義，因?yàn)樗鼈兙嚯x地球更近，延遲也更低。

Shacham說(shuō)，SatixFy的數(shù)字技術(shù)已經(jīng)可以在多個(gè)軌道上為衛(wèi)星提供服務(wù)。Isotropic System的Finney證實(shí)，該公司計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)提供類似的能力。

“正確的解決方案是這樣的一種環(huán)境：你可以訪問(wèn)正確的衛(wèi)星，并以正確的方式傳送正確的信息。”Finney總結(jié)道，“我們可以在不大幅提高價(jià)格的情況下，為客戶提供任意數(shù)量的波束，這將使服務(wù)提供商能夠靈活地與下一代衛(wèi)星對(duì)接?！?/p>

下一代星上天線和LEO智能有效載荷

ThinKom、SatixFy和Isotropic Systems都建議，他們希望未來(lái)將自己的技術(shù)應(yīng)用于LEO和MEO衛(wèi)星，盡管目前尚未簽署任何相關(guān)商業(yè)協(xié)議。

“當(dāng)然，它們?cè)诤教炱魈炀€中所需的關(guān)鍵屬性是高可靠性、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低”Milroy說(shuō)，“這些都是我們已經(jīng)在地面上具有的所有屬性。”

他表示，ThinKom正在積極競(jìng)標(biāo)有關(guān)天線的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目不僅提供用戶波束，還提供網(wǎng)關(guān)饋電鏈路和未來(lái)衛(wèi)星鏈路。該公司的目標(biāo)是開發(fā)更小的技術(shù)版本以用于衛(wèi)星，并希望在兩到四年內(nèi)將設(shè)備送入太空。

“特別是在小衛(wèi)星上的全向碟形天線可能存在問(wèn)題。”Milroy說(shuō)?！叭绾尾渴鹚咳绾未_保其可靠部署，并可靠運(yùn)行？因?yàn)槲覀兊漠a(chǎn)品被固定在衛(wèi)星總線上，所以不需要部署，這是我們最初就計(jì)劃好的。從可靠性的角度來(lái)看，這是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

Finney表示，縮小衛(wèi)星尺寸是一個(gè)趨勢(shì)，特別是對(duì)于星座來(lái)說(shuō)，這對(duì)天線制造商提出了挑戰(zhàn)?！艾F(xiàn)在，如果沒(méi)有非常大的衛(wèi)星總線，就沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)中高增益的衛(wèi)星多波束性能。”他說(shuō)，“我們相信適用于太空的知識(shí)產(chǎn)權(quán)可以解決這個(gè)問(wèn)題。由于操作環(huán)境不同，必須使用不同的材料?！?/p>

SatixFy也希望其數(shù)字技術(shù)能夠引起LEO衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商的注意。Shacham說(shuō)，該公司的天線和終端可以構(gòu)成未來(lái)智能有效載荷的基礎(chǔ)，使衛(wèi)星能夠相互通信，并允許運(yùn)營(yíng)商以最有效的方式運(yùn)行復(fù)雜的下一代空間網(wǎng)絡(luò)。

“衛(wèi)星上的智能調(diào)制解調(diào)器將是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)?！盨hacham說(shuō)，“新的星座有望保證衛(wèi)星之間的連通性、衛(wèi)星間鏈路。如果要執(zhí)行此操作，則必須具有智能有效載荷，它可以有效地將通信從網(wǎng)關(guān)鏈接路由到衛(wèi)星間鏈路和用戶波束。這就是我們正在開發(fā)的東西?！?/p>