基于高通量衛(wèi)星的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和變革

+李凱

（西安星展測(cè)控科技股份有限公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)事業(yè)部總經(jīng)理）

從衛(wèi)星動(dòng)中通設(shè)備生產(chǎn)商的角度出發(fā)，探討高通量衛(wèi)星將帶來(lái)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和變革。

高通量衛(wèi)星時(shí)代的到來(lái)

2017年8月16日，中星16號(hào)衛(wèi)星成功發(fā)射，該星定位于東經(jīng)110.5度，是我國(guó)首個(gè)應(yīng)用Ka頻段多波束通信的寬帶衛(wèi)星，總通信容量達(dá)到20Gbps，超過(guò)發(fā)射之前我國(guó)所有通信衛(wèi)星容量的總和，該星投入運(yùn)營(yíng)后，標(biāo)志著我國(guó)正式進(jìn)入自主可控的高通量衛(wèi)星時(shí)代。

三年后（2020年7月9日），我國(guó)自主研制的亞太六號(hào)通信衛(wèi)星也順利升空入軌，定位東經(jīng)134.5度，采用Ku/Ka頻段進(jìn)行傳輸，總通信容量達(dá)到50Gbps。此外，中國(guó)航天科技集團(tuán)公布，2023年前后將再發(fā)射兩顆超大容量同步軌道高通量衛(wèi)星，在軌高通量衛(wèi)星系統(tǒng)容量不小于500G。高通量衛(wèi)星的陸續(xù)部署，將為我國(guó)高通量衛(wèi)星通信應(yīng)用的拓展提供可靠的空間基礎(chǔ)。

高通量衛(wèi)星相比傳統(tǒng)通信衛(wèi)星，具有大容量、高速率的顯著優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)賦形波束衛(wèi)星的單星容量約為3～5Gbps，而高通量衛(wèi)星單星容量可達(dá)20～50GPS。在相同口徑和功放條件下，傳統(tǒng)賦形波束衛(wèi)星下小站的帶寬約為1-10Mbps，高通量衛(wèi)星下小站最大帶寬可提升到5-50Mbps。

中星16號(hào)高通量衛(wèi)星正式投入使用以來(lái)，已在多個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展了較為廣泛的應(yīng)用，包括地面移動(dòng)通信基站回傳、Wi-Fi熱點(diǎn)覆蓋、船載通信、應(yīng)急通信、遠(yuǎn)程教育等，有效提升了我國(guó)的寬帶覆蓋率，為各類(lèi)產(chǎn)業(yè)信息化建設(shè)帶來(lái)了較大助益。

例如，今年7月7日，中星16號(hào)衛(wèi)星首次為民航客艙提供了空間高速網(wǎng)絡(luò)通信，在萬(wàn)米高空的飛機(jī)客艙內(nèi)實(shí)現(xiàn)了在線直播、空地實(shí)時(shí)視頻通話，帶寬達(dá)到50Mbps，為航司和乘客帶來(lái)更高速順暢的機(jī)上網(wǎng)絡(luò)沖浪體驗(yàn)。這是一次重大突破，該系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)首例獲得FAA STC和CAAC VSTC適航認(rèn)證的國(guó)產(chǎn)機(jī)上高速衛(wèi)星互聯(lián)系統(tǒng)。該次首航由中國(guó)衛(wèi)通集團(tuán)股份有限公司和飛天聯(lián)合（北京）系統(tǒng)技術(shù)有限公司主導(dǎo)，西安星展測(cè)控科技股份有限公司提供支持。

在應(yīng)急方面，今年在山東和云南均發(fā)生了較為嚴(yán)重的泥石流災(zāi)害。災(zāi)情發(fā)生后，災(zāi)區(qū)地面基站受損無(wú)法使用、通信中斷，中國(guó)衛(wèi)通配合云南移動(dòng)應(yīng)急通信指揮中心，及時(shí)協(xié)調(diào)包含中星16號(hào)在內(nèi)的衛(wèi)星資源，配合開(kāi)通衛(wèi)星鏈路，架設(shè)起通信“生命線”，為搶救災(zāi)區(qū)生命和財(cái)產(chǎn)起到非常大的作用。

除了空中、陸地，高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)在海上也有廣泛應(yīng)用場(chǎng)景，其中較為典型的是海上風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控。近年來(lái)，海上風(fēng)電得到國(guó)家政策支持，裝機(jī)規(guī)模不斷提升，發(fā)展勢(shì)頭一片大好。海上風(fēng)電場(chǎng)多數(shù)遠(yuǎn)離陸地，沒(méi)有地面網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸、人員通信通常只能依賴(lài)衛(wèi)星通信。原來(lái)使用傳統(tǒng)通信衛(wèi)星，只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的話音、郵件辦公。但現(xiàn)在通過(guò)高通量衛(wèi)星的應(yīng)用，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多路的高清視頻回傳、航線規(guī)劃、風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)及連續(xù)性回傳，為風(fēng)電場(chǎng)的安全和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了很大的便利。

以中星16號(hào)Ka衛(wèi)星為代表的高通量衛(wèi)星的應(yīng)用還未滿(mǎn)三年，就已經(jīng)給各行各業(yè)帶來(lái)了不小的變化，隨著產(chǎn)業(yè)鏈各方進(jìn)一步挖掘市場(chǎng)需求，以及新衛(wèi)星的入列，相信我國(guó)高通量衛(wèi)星通信市場(chǎng)將愈發(fā)蓬勃發(fā)展。

高通量衛(wèi)星帶來(lái)的市場(chǎng)契機(jī)

未來(lái)，高通量衛(wèi)星會(huì)帶來(lái)哪些市場(chǎng)契機(jī)？可以從兩方面來(lái)闡述。第一是市場(chǎng)空間，第二產(chǎn)業(yè)變革。

1、高通量衛(wèi)星未來(lái)市場(chǎng)空間

目前，各類(lèi)內(nèi)貿(mào)商船、工程類(lèi)船舶、集裝箱船，僅國(guó)內(nèi)就有4500艘，在日韓線、東南亞以及全球其他航線上則超過(guò)6000艘。中國(guó)的近海漁船更高達(dá)20萬(wàn)艘。海上是地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋的盲區(qū)，這些都是未來(lái)高通量衛(wèi)星最大的用戶(hù)群體。在空中，我國(guó)的民航飛機(jī)有3800架，通航固定翼飛機(jī)以及直升機(jī)分別超過(guò)1800架和900架，這些也都是未來(lái)高通量衛(wèi)星非常有效的用戶(hù)。同時(shí)，高通量衛(wèi)星在我國(guó)的生態(tài)環(huán)保、森林防火、應(yīng)急通信等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，在更好地保護(hù)國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)安全、提高各行業(yè)生產(chǎn)效率、提升經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等方面能發(fā)揮重大作用。

根據(jù)QYResearch 公司的全球與中國(guó)VSAT通信市場(chǎng)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的報(bào)告，2019～2025年，全球VSAT市場(chǎng)總值將從85.9億元、設(shè)備總需求31.9萬(wàn)套提升到市場(chǎng)總值147.9億元、設(shè)備總需求量55萬(wàn)套。而隨著高通量衛(wèi)星在中國(guó)的逐步投入運(yùn)營(yíng)，中國(guó)的VSAT市場(chǎng)總值預(yù)估將在2025年占比10%，達(dá)到年銷(xiāo)售額近15億元，設(shè)備需求數(shù)量將超過(guò)5萬(wàn)套。未來(lái)的市場(chǎng)容量相當(dāng)可觀。（參見(jiàn)圖1）

圖1 高通量下VSAT市場(chǎng)總值（數(shù)據(jù)來(lái)源：QYResearch）

圖2 船舶油耗真實(shí)數(shù)據(jù)

2、高通量衛(wèi)星的應(yīng)用將激發(fā)產(chǎn)業(yè)變革

地球上原本信號(hào)缺失的地方，將因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的接入產(chǎn)生巨大的效益?？梢钥磧蓚€(gè)例子。

全球有數(shù)十萬(wàn)艘商船航行在各片海域，船東公司面臨的第一大成本就是能耗問(wèn)題。燃油能耗涉及很多因素，例如船舶主機(jī)參數(shù)、航線設(shè)計(jì)，以及氣象等客觀因素的影響，都會(huì)使油耗產(chǎn)生巨大的變化。

圖2展示了一組大型船舶油耗的真實(shí)數(shù)據(jù)。航行770-780海里，總油耗會(huì)在55-65噸之間變化，也就是說(shuō)，航程相差僅10海里，燃油消耗的差異竟然高達(dá)10噸。按照目前國(guó)際油價(jià)一噸3000美元左右計(jì)算，燃油成本差異達(dá)到了3萬(wàn)美元。如果按照船舶全年的工作情況，一條船舶的航行時(shí)長(zhǎng)為240-260天，靠港或錨地等待時(shí)長(zhǎng)約105-125天，每天的燃油消耗量在40-50噸之間，單日的航行油耗就達(dá)到12萬(wàn)到15萬(wàn)，也就是說(shuō)每天都會(huì)產(chǎn)生3萬(wàn)美元左右的燃油差異，如果按照每年250天的中間值，那么一條船的燃油浮動(dòng)差異一年是750萬(wàn)美元！假如通過(guò)某種技術(shù)手段能夠?qū)Υ司珳?zhǔn)控制，使燃油總消耗量節(jié)省750萬(wàn)美元中的40%，那么一艘船一年節(jié)省的燃油費(fèi)是150萬(wàn)美元。取3000艘中國(guó)的遠(yuǎn)洋貨船來(lái)計(jì)算，一年燃油節(jié)省空間可達(dá)45億美元！（參見(jiàn)圖3）

為什么沒(méi)有人想到去解決這個(gè)問(wèn)題呢？因?yàn)樵诟咄繒r(shí)代來(lái)臨前，窄帶衛(wèi)星通信很難完成連續(xù)性的大量的數(shù)據(jù)回傳，涉及如氣象、主機(jī)參數(shù)、每個(gè)設(shè)備的壓力值等等。因此盡管陸地上已經(jīng)有許多科研機(jī)構(gòu)做相關(guān)方面的研發(fā)，制定了精準(zhǔn)的燃油節(jié)省方案，然而如果沒(méi)有大量數(shù)據(jù)的及時(shí)回傳，再好的方案也難以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在，有了高通量衛(wèi)星，衛(wèi)星通信帶寬能力顯著增強(qiáng)、流量成本持續(xù)下降，上述技術(shù)勢(shì)必會(huì)融合在一起，為船舶行業(yè)節(jié)省成本、帶來(lái)巨大的效益。

再來(lái)看另外一個(gè)例子。森林火災(zāi)是困擾全球政府的難題，為什么？因?yàn)榛馂?zāi)的發(fā)生往往都在偏遠(yuǎn)地區(qū)，加之森林面積大，人跡罕至，要做到“早發(fā)現(xiàn)”非常困難。目前，森林火災(zāi)防治主要依靠飛機(jī)巡邏、人工巡邏，以及在定點(diǎn)區(qū)域安裝監(jiān)控設(shè)備，但都有各種各樣的弊端。比如人工巡邏只能在有限的區(qū)域內(nèi)，大部分林區(qū)因?yàn)榈匦坞U(xiǎn)要、路途遙遠(yuǎn)，人力難以涉及，且發(fā)現(xiàn)火情后溝通難度大；飛機(jī)巡邏的成本很高，而且飛行速度快，靠機(jī)上人員肉眼搜尋，難以有效發(fā)現(xiàn)初始火情；而定點(diǎn)監(jiān)控因?yàn)樵O(shè)備電力續(xù)航問(wèn)題、通信處理方式難度大等，控制效果也比較有限。

圖3 計(jì)算船舶燃油節(jié)省情況

應(yīng)用高通量衛(wèi)星之后，可以通過(guò)搭載在飛機(jī)上的衛(wèi)星通信終端，結(jié)合人工手持終端等多種方式建立實(shí)時(shí)立體監(jiān)控網(wǎng)，將采集到的高清連續(xù)性視頻等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回傳地面中心。一旦發(fā)現(xiàn)火患，中心系統(tǒng)的軟件會(huì)運(yùn)用智能算法根據(jù)回傳的數(shù)據(jù)計(jì)算判定火情，并及時(shí)推送相關(guān)責(zé)任人知悉，從而在第一時(shí)間應(yīng)急處置。（參見(jiàn)圖4）

圖4 基于高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)的森林火災(zāi)防控體系

近五年來(lái)，我國(guó)火災(zāi)次數(shù)和受災(zāi)森林面積的數(shù)據(jù)曲線呈現(xiàn)反復(fù)性，森林火災(zāi)的防護(hù)工作不容樂(lè)觀。相信未來(lái)通過(guò)高通量衛(wèi)星的應(yīng)用，通過(guò)空地聯(lián)動(dòng)的立體防火網(wǎng)絡(luò)，可以使原本較為緩慢的火情下降趨勢(shì)在3-5年內(nèi)加速下降，降低因火災(zāi)造成的損失數(shù)億元，且能大幅降低人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)。

因此可以說(shuō)，高通量衛(wèi)星不僅能夠激活一部分用戶(hù)，提升通信的能效，而且潛在地能夠激活產(chǎn)業(yè)融合，通過(guò)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，撬動(dòng)一個(gè)幾十億乃至數(shù)千億元的市場(chǎng)空間。

星展測(cè)控在高通量衛(wèi)星應(yīng)用中的實(shí)踐與展望

圖5 實(shí)際案例中，機(jī)載高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳回火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻

目前，我國(guó)的高通量衛(wèi)星應(yīng)用已具備一定規(guī)模，在海、陸、空各場(chǎng)景均已有實(shí)際應(yīng)用。結(jié)合星展測(cè)控這幾年在該領(lǐng)域的實(shí)踐，以下談?wù)剬?duì)持續(xù)推動(dòng)應(yīng)用市場(chǎng)發(fā)展的計(jì)劃與看法。

海上，星展測(cè)控服務(wù)于各類(lèi)漁船商船，船載高通量終端已經(jīng)裝備了數(shù)千艘船。隨著中星16號(hào)和亞太6D衛(wèi)星應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，預(yù)計(jì)未來(lái)三年內(nèi)將會(huì)有超過(guò)5000～8000艘貨船、漁船接入高通量衛(wèi)星系統(tǒng)，享受到更快、更高效、更便宜的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

在陸地，星展測(cè)控在應(yīng)急通信車(chē)輛、高鐵通信等方面已開(kāi)展實(shí)際應(yīng)用。

在通用航空方面，國(guó)內(nèi)大部分通航飛機(jī)加裝了衛(wèi)星通信系統(tǒng)，未來(lái)高通量系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景在該領(lǐng)域的增長(zhǎng)也值得期待。針對(duì)此類(lèi)業(yè)務(wù)，星展測(cè)控準(zhǔn)備了0.43米口徑的Ku直升機(jī)機(jī)載動(dòng)中通，以及等效0.45米口徑的Ku/ka的機(jī)載動(dòng)中通。相關(guān)產(chǎn)品在寧波公安系統(tǒng)、北大荒航空護(hù)林巡防業(yè)務(wù)中都有了成熟的應(yīng)用。

同時(shí)我們也在積極研發(fā)適合中大型無(wú)人機(jī)搭載的小型機(jī)載動(dòng)中通天線，將在遠(yuǎn)洋捕撈、森林防火、自然環(huán)境保護(hù)區(qū)巡邏等領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。

在備受關(guān)注的“5G+低軌衛(wèi)星通信”方面，近日，星展測(cè)控與航天科工空間工程發(fā)展有限公司、浙江舟山市岱山縣政府、中國(guó)聯(lián)通研究院等單位，成功聯(lián)合開(kāi)展了低軌寬帶通信技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星+5G海上融合組網(wǎng)試驗(yàn)。星展測(cè)控參與研制的0.6米Ka船載動(dòng)中通天線為試驗(yàn)的順利開(kāi)展提供了有力助力，實(shí)現(xiàn)了在海上沒(méi)有地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋的情況下，可以便捷的進(jìn)行文件傳輸、信息發(fā)送、瀏覽網(wǎng)頁(yè)和視頻點(diǎn)播。

在未來(lái)五年內(nèi)，高軌高通量衛(wèi)星無(wú)疑是衛(wèi)星通信主要的發(fā)展趨勢(shì)之一，但中低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座也正在迅猛發(fā)展。我們與鑫諾衛(wèi)星、亞太星通等衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商，一同為終端用戶(hù)設(shè)計(jì)了各種應(yīng)用場(chǎng)景的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。我們也將一起參與相關(guān)研發(fā)，為衛(wèi)星通信事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。