“星鏈”星座建設(shè)成本及運(yùn)營(yíng)分析

章羅娜 李心蕊 趙書(shū)閣 高利春

（1 中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司空間工程總體部 2 北京電子工程總體研究所）

低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)低軌衛(wèi)星組網(wǎng)的方式，為飛機(jī)、船舶、南北極地區(qū)等普通互聯(lián)網(wǎng)難以覆蓋的區(qū)域提供連接手段，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容互聯(lián)互通。近年來(lái)，“星鏈”（Starlink）星座計(jì)劃引發(fā)全世界關(guān)注，其極具創(chuàng)新的發(fā)展思路和商業(yè)模式值得學(xué)習(xí)。

1 “星鏈”星座概述及進(jìn)展

2015 年，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）提出Starlink 星座計(jì)劃，旨在開(kāi)發(fā)低成本、高性能的通信衛(wèi)星及用戶(hù)終端，提供新的天基互聯(lián)網(wǎng)通信服務(wù)。

自2016 年起，SpaceX 公司多次向美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）提交運(yùn)營(yíng)許可申請(qǐng)；2018 年3 月，F(xiàn)CC 正式批準(zhǔn)SpaceX 公司在美國(guó)使用其衛(wèi)星提供寬帶通信服務(wù)，標(biāo)志著Starlink 可以在美國(guó)信號(hào)落地，并開(kāi)展寬帶通信服務(wù)；同年11 月，SpaceX 公司追加申請(qǐng)后，同步提交建設(shè)100 萬(wàn)個(gè)地球站的申請(qǐng)；2019年10 月，對(duì)星座架構(gòu)再次修改，星座規(guī)模達(dá)42000 顆；2020 年4 月，SpaceX 公司申請(qǐng)調(diào)整一期星座規(guī)模并新增地球站，衛(wèi)星地球站規(guī)模擴(kuò)大至500 萬(wàn)個(gè)。

SpaceX 公司計(jì)劃于2027 年11 月前完成12000顆Starlink 組網(wǎng)衛(wèi)星的部署。Starlink 原計(jì)劃2020年內(nèi)實(shí)施24 次發(fā)射并完成區(qū)域組網(wǎng)，30 次發(fā)射后，星座服務(wù)范圍進(jìn)一步擴(kuò)展到全球。截至2020 年10 月，Starlink 已累計(jì)發(fā)射15 次，共計(jì)發(fā)射833 顆組網(wǎng)衛(wèi)星，成為在軌規(guī)模最大的商業(yè)星座。

2 Starlink 星座成本估算及商業(yè)布局預(yù)測(cè)

SpaceX 公司集火箭發(fā)射和回收、衛(wèi)星制造與運(yùn)營(yíng)、地面站建設(shè)和服務(wù)于一身，產(chǎn)業(yè)鏈完整，借助美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）支持，避免了高成本環(huán)節(jié)，星座建設(shè)成本顯著降低。發(fā)射方面，按照獵鷹-9（Falcon-9）火箭售價(jià)6200 萬(wàn)美元[1]，利潤(rùn)30%，估算整箭成本4340 萬(wàn)美元。其中，火箭一級(jí)占成本70%，約3040 萬(wàn)美元，火箭二級(jí)700 萬(wàn)美元，整流罩600 萬(wàn)美元?？紤]火箭一級(jí)、整流罩回收成功，燃料及發(fā)射場(chǎng)單次發(fā)射費(fèi)用1500 萬(wàn)美元，預(yù)測(cè)20 次發(fā)射，平均單次發(fā)射成本4000 萬(wàn)美元，50 次發(fā)射，平均單次發(fā)射成本3500 萬(wàn)美元，200 次發(fā)射，平均單次發(fā)射成本2500 萬(wàn)美元。衛(wèi)星方面，按照試驗(yàn)星100 萬(wàn)美元、批產(chǎn)衛(wèi)星50 萬(wàn)美元[2]估算單星發(fā)射成本。

基于2020 年底建設(shè)成本分析與預(yù)測(cè)

自計(jì)劃公布以來(lái)，SpaceX 公司積極為Starlink星座建設(shè)募集資金。據(jù)報(bào)道[3]，美國(guó)銀行授予貸款2.5億美元，谷歌公司（Google）和富達(dá)投資公司（Fidelity Investment）2015 年1 月投資10 億美 元，SpaceX公司董事會(huì)旗下機(jī)構(gòu)2018 年投資2.732 億美元，美國(guó)空軍2018 年通過(guò)“使用商用太空互聯(lián)網(wǎng)防御實(shí)驗(yàn)”計(jì)劃支持2870 萬(wàn)美元。至2020 年底，預(yù)計(jì)Starlink星座的支出約為20.3 億美元。

截至2020 年底，Starlink 星座建設(shè)成本估算

基于形成初步運(yùn)營(yíng)能力階段的成本分析

據(jù)研究，星座建設(shè)至3200 顆可覆蓋全球人口高密度地區(qū)，兩極地區(qū)未完全覆蓋。本文以此階段數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)研究其流量?jī)r(jià)格。

按照SpaceX 公司估算，單顆衛(wèi)星容量20Gbit/s[5]，3200 顆衛(wèi)星容量達(dá)64Tbit/s，按照單個(gè)用戶(hù)日常50Mbit/s 需求估算，可以服務(wù)131 萬(wàn)用戶(hù)。2021 年后，若按照3200 顆衛(wèi)星完成25% 星座通信能力，年度應(yīng)收入25 億美元。假設(shè)流量全部面向普通消費(fèi)用戶(hù)，按照單個(gè)用戶(hù)日常50Mbit/s 帶寬分配，每個(gè)用戶(hù)需要繳納1910 美元/年，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有地面通信資費(fèi)840 美元/年，高于現(xiàn)有衛(wèi)星寬帶價(jià)格[來(lái)自SatelliteInternet 分析[6]，衛(wèi)星寬帶平均1200 美元/年，其中衛(wèi)訊公司（VIASAT）平均 1235 美元/年，休斯網(wǎng)絡(luò)公司（HughesNet）平均價(jià)格 1140 美元/年]。若按照5 年完成衛(wèi)星研制發(fā)射費(fèi)用回收計(jì)算，每個(gè)用戶(hù)需要繳納650 美元/年（SpaceX 公司曾表示希望Starlink 星座年服務(wù)4000 萬(wàn)用戶(hù)，收入300 億美元，即每個(gè)用戶(hù)750 美元/年)，略低于現(xiàn)有地面資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，且明顯低于現(xiàn)有衛(wèi)星寬帶資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。

考慮星座流量并非全部面向普通消費(fèi)用戶(hù)，部分衛(wèi)星失效帶來(lái)組網(wǎng)成本增加，Starlink 網(wǎng)絡(luò)流量費(fèi)用與現(xiàn)有地面資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)持平，即720 ～840 美元/年，低于現(xiàn)有寬帶衛(wèi)星資本標(biāo)準(zhǔn)。SpaceX 公司可以根據(jù)客戶(hù)群體不同，提供差異化服務(wù)，分檔收取費(fèi)用，快速占據(jù)市場(chǎng)份額，回填衛(wèi)星研制發(fā)射費(fèi)用。

基于Starlink 星座對(duì)全球初步組網(wǎng)流量的成本分析

基于星座建成階段成本的分析

鑒于Starlink 后續(xù)追加的30000 顆衛(wèi)星功能不明，建設(shè)成本測(cè)算僅考慮初期公布的11927顆衛(wèi)星建設(shè)規(guī)模，不考慮運(yùn)營(yíng)成本、補(bǔ)星成本及發(fā)射失敗等不可控因素，至2027 年約需423 億美元。

商業(yè)模式預(yù)測(cè)

Starlink 星座商業(yè)模式主要表現(xiàn)在以下幾方面。

Starlink 星座2027 年前建設(shè)成本估算

一是為偏遠(yuǎn)地區(qū)或者地面網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋的區(qū)域提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，例如，海洋，航空，南北極，美國(guó)郊區(qū)等；

二是分擔(dān)一部分互聯(lián)網(wǎng)的骨干流量（海底光纜），降低鋪設(shè)難度及通信延時(shí)；

三是空間網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，例如，逐漸替代現(xiàn)有高軌中繼衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，為其他衛(wèi)星提供傳輸鏈路；

四是星座功能延伸，二次開(kāi)發(fā)以及新增導(dǎo)航、遙感功能等。

3 小結(jié)

SpaceX 公司是當(dāng)前集火箭發(fā)射和回收、衛(wèi)星制造與運(yùn)營(yíng)、地面站制造和服務(wù)于一體，可重復(fù)使用回收火箭次數(shù)最多，擁有在軌衛(wèi)星數(shù)量最多，全產(chǎn)業(yè)鏈最完整的公司。隨著Starlink 星座衛(wèi)星數(shù)量不斷調(diào)整，預(yù)計(jì)2020 年底，Starlink 星座建設(shè)將耗費(fèi)20.3 億美元。為形成可覆蓋全球人口高密度地區(qū)的服務(wù)能力，3200 顆衛(wèi)星具備初步運(yùn)營(yíng)能力的星座建設(shè)將耗費(fèi)117億美元，盡管星座建設(shè)成本較高，但與地面資費(fèi)對(duì)比，其網(wǎng)絡(luò)流量費(fèi)用與現(xiàn)有地面資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)基本持平，Starlink 星座具有一定市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力與較大的市場(chǎng)發(fā)展前景。

通過(guò)對(duì)Starlink 星座建設(shè)成本進(jìn)一步估算與分析，未來(lái)SpaceX 公司可面向不同行業(yè)用戶(hù)、地區(qū)用戶(hù)提供差異化服務(wù)，分檔收取費(fèi)用。同時(shí)，隨著技術(shù)發(fā)展逐步開(kāi)拓其他業(yè)務(wù)，涉獵海底骨干網(wǎng)、空間基礎(chǔ)設(shè)施、導(dǎo)航、遙感等領(lǐng)域，快速占據(jù)市場(chǎng)份額，回填衛(wèi)星研制發(fā)射費(fèi)用。Starlink 星座建成11927顆衛(wèi)星預(yù)計(jì)需要423 億美元，資金需求巨大。為快速具備全球服務(wù)及盈利能力，未來(lái)，SpaceX 公司將加快Starlink 業(yè)務(wù)剝離分拆上市的步伐，以支撐后續(xù)星座更好的建設(shè)。