关于高性价比大规模全球化星座系统建设的一些思考

　　本文主要介绍一下世域公司如何仅利用新能源汽车赛道初创企业一半的资金完成大规模全球化星座系统建设，并提出一些解决方案。换句话说，就是用一颗GEO卫星的总成本造了一个低轨星座。

　　众所周知，现在一个非常好的跑道就是新能源汽车，其实这个跑道已经有很多企业布局了。既有知名的特斯拉汽车，FF法拉第未来，也有中国的蔚来汽车，小鹏汽车。这个跑道用蔚来汽车CEO李斌的话来说，起码需要200亿人民币的启动资金来玩，才能形成完整的生态能力。对于商业航天这个跑道，尤其是低轨宽带通信卫星这个跑道，需要什么体量的资金？这其实还需要考虑到企业自身的定位和系统设计要求。如果实现高性价比的大规模全球化服务的低轨卫星星座，这个投资体量笔者认为在100亿以内就可以搞定，甚至就是软银投资ONEWEB的16亿美金就能基本实现世域公司的鹊桥卫星星座。

　　相信真正的机会在没有人做过的领域，想想汉能的李河君老师，31岁，投资200亿造了当时民营企业做的最大的一座水电站，更关键的在那个年代的200亿是什么一个概念，再换个同龄人比特大陆詹克团和吴继寒那也是比别人有先见之明，在比特币区块链领域深耕多年并坚持下来才有了今天的结果。

　　只有真正的没有被人发现的跑道才有这样的机会，很开心，我们从15年开始做商业航天就认识到了。直到今天世域公司还坚持着当时的初心不改，难能可贵，更重要的是我们基于非常成熟的分析之后认可的跑道，一定没有问题。

　　首先我们看看主流的低轨宽带星座的系统，两个典型SPACEX的星链和ONEWEB一网公司。低轨宽带一般波束都比较小，覆盖范围有限。因此如果需要全球组网，数量相对而言会比较大，比如星链有12000多颗，一网就有7-800颗。比如ONEWEB,每颗卫星可以覆盖1080km*1080km的一个区域。覆盖效果除了跟卫星的高度有关，跟星上载荷的视场角度也有密切的联系，不同的载荷方案，设置的角度不一样，也意味着可以提供的覆盖范围不一样。不过好在现在的卫星都是点波束覆盖，而不是平均波束，用不用都给你点上，点波束的好处是，虽然可以覆盖这么大的范围，但不是这个范围内所有的终端都同时工作，它通过电扫描的方式不断的切换用户，灵活的将更细的波束打到用户所在的区域，并提供相适应的通信速率，这样一来整个卫星的效率就明显得到提升了。

　　如果需要降低系统建设成本，一个是发射的时候，尽可能的多发，一箭一轨。但是卫星数量一多，重量一大就意味着需要花更多的钱造火箭，制造更多的卫星。所以能不能有实现全球无缝覆盖同时也保持着足够的卫星数目，卫星星座系统设计就显得很重要。需要明确一点，宽带卫星如果需要全球覆盖，单纯追求无盲区是很难的，除非真的用数量去堆出来。容忍合理的盲区设置非常重要。因为拿今天的地面移动通信来说，也尚未达到这个高度。通过结合地面终端以及应用软件合理设计，可以很好的增加用户体验。

　　世域公司在星座构型上一直有自己独到的地方，主要还是从市场角度出发反推出主要的星座构型。首先确定一点，我们的主要市场还是以我国尤其是中西部地区为主，重点扩展一带一路，尤其是跟我们关系比较好的国家。欧美国家暂时并不需要有太多的考虑。从覆盖的合理性而言，近极地轨道的星座，往往对于高纬度覆盖会非常好，如何融合俄罗斯通信市场是一个值得考虑的因素。其整个国家国土横跨北极圈，加上北极航道的开辟，未来高纬度的主要市场在这里。相对于ONEWEB和STAR 来说，中国卫星通信企业做俄罗斯市场从战略上再合适不过。近极地太阳同步轨道在高纬度地区的覆盖密度很高，暂且不谈美国和加拿大市场，能拿下北极圈一半的覆盖区域就已经有可观的收入。其次我们在北极圈寻找信关站落地，在南极大陆建设自己的信关站，还能部署一些C-RAN基带处理放方舱，可以避免在其他国家落地复杂的问题。这方面我们还是有丰富经验，笔者有亲人甚至还参与了南极考察站的建设。这些小站可以将单轨互联的通信卫星串起来，实现轨道和轨道之间的互联，同时弥补的MEO中继卫星高纬度地区视场不足的缺陷。

　　另外一个市场，也就是O3b做的比较多的赤道附近的海岛国家和远洋船舶市场，这也是急需要覆盖的区域。举个例子，以马六甲海峡为主要区域的东南亚岛屿国家，经济实力非常强，人口数量也很庞大，传统光纤网络很难实现家家户户的宽带接入。二个这个区域是全球海洋船舶主流航道，来来往往的船舶非常多，这些都是低轨宽带卫星的重要用户。世域公司设计了6颗MEO卫星的核心目的，一个是用于数据中继，另外的考虑就是这部分市场。卫星平台会稍大一点，MEO卫星之间用激光干路做链路，能支撑大容量场景。使用MEO作为近极地太阳同步轨道的补充也是合理考虑了高低纬度之间覆盖密度的差异，补充了低纬度覆盖密度不足的问题。

　　当然了主流的中纬度国家是人口，经济发展的中心，这基本是卫星通信产业都会考虑的服务对象。如何保证这些国家能最大限度的使用卫星宽带很重要，鉴于没有使用数量及其庞大的卫星网络，还存在信号盲区的情况，我们需要作出的市场策略就是跟那些国家的地面网络充分的融合，本身世域公司的鹊桥星座，采用的技术体系非常适合这一模式，基于第五代移动通信技术的卫星网络本身就是地面网络的一个补充，一个网络切片。进入这些国家，尤其是一带一路为主的中亚，非洲以及南美洲将变得非常的美妙。落后的非洲国家对于基础设施的需求是能用就好，他们没有太大的想法要重复中国整一个完善的光纤网络体系，能帮他们实现移动通信的诉求的技术路径就是可以被接受的。往往直接从3G升级到4G甚至5G而没有历时负担。世域公司的新型载荷支持使用点波束进行动态覆盖，方向和带宽都可以根据用户的需求进行定义，完美匹配了地面网络的使用需求。

　　由于卫星网络采用了非常巧妙的星间链路的设计，基本上oneweb和star 都难以复制这条出路。我们在推特上公布一些细节的时候，甚至ONEWEB的负责全球卫星市场发展部门的负责人Chris Torres都给我们手动点过赞。我们的星间链路的好处就是非常的简单，对于降低卫星的重量有非常大的帮助，如果是铱星平台，会非常的重，发射一个几百颗卫星组成全球网络就成了天方夜谭。如果都采用ONEWEB的模式做透明转发，那么低轨卫星的很多优势就没有被充分发掘出了，显得过于浪费。二个中国没有那样的实力基础做全球布站，即便是布站，恐怕真正的成本在于落地的问题，跟各个国家打交道的代价不比造一个星座成本低。这一点碧桂园在马来西亚的项目，信威在乌克兰的项目都有前车之鉴。我们有星间链路就不需要依赖谁，你的国家走不通大不了就跳过你不服务罢了。

　　仔细研究世域公司星座构型的朋友会发现我们明显增加的是横向覆盖密度，而刻意降低了纵向覆盖密度。这又是出于什么角度的思考呢?联想到近期SPACEX也开始规划降低星座轨道高度，如果学习过地理知识的朋友会发现低轨卫星其实绕地球公转的周期非常的快，快的只有几十分钟一圈，所以对一个地面单点而言，在波束覆盖区域之外的机会本来就很少，即便是出了覆盖范围，下一个卫星几分钟之后就能接力上，这对于一个全球组网全球服务的网络来说如何实现性价比的成本设计已经实属不易。这个构型得以存在的另一个因素就是我们的星间链路的设计，在小平台上实现了单轨直接的连接，我们避开了异轨直接的复杂性和对于平台不切实际的要求，让处在盲区的卫星即便是没有地面站的情况下依然能实现互联网的接入。你想一下在印度洋或者太平洋区域很多洲际航班，海岛国家，可能方圆上万公里都看到陆地，传统低轨卫星永远没有办法满足这样的需求，只能动辄使用几十亿的GEO卫星。这块市场的体量也是非常庞大。

　　我们之所以这么设计单轨卫星的数量指标，其实是跟世域公司喜鹊卫星的指标直接有关，整个喜鹊卫星的重量设计和载荷的选取也是出于这个因素的系统性考量。不能实现一箭一轨对于大规模部署非常的不利，今天我们的主流面向商业市场的火箭，特别是以长征2号丙型来做具体参考，这型火箭未来综合使用成本恐怕要被压缩到亿元人民币以下。如果用这款火箭做大规模组网，一箭实现一个轨道面将非常的合适。对于spacex的火箭而言，我们认为没有必要把鸡蛋放到一个篮子里面，从系统角度而言，安全和稳定才是第一位，所以总体而言，面对全球竞争我们恐怕不会弱于星链项目。当然了我们的国家也有自己的低轨项目，只是总体而言是否有这样的竞争力还得仁者见仁智者见智。

　　喜鹊卫星从设计之初单星指标必须控制在百公斤以下，最后综合测算出来的重量是在85公斤附近。这一尺寸和重量就是为了完美匹配我们的商业火箭甚至是为了民营企业的火箭。我们最近确实非常开心的看到Spacex公布的卫星载荷的专利，从总体而言，跟我们16年公布的方案如出一辙。核心的思路其实还是要回到马斯克的第一原理，不管是什么通信卫星，其实归根到底评价它的能力还是在于能量的利用效率，对于空间平台来说如何提高能量利用效率才是第一位的。我们的新型载荷就是出于这一思路，英雄所见略同而已。极高能力利用效率的载荷结合小平台的优势，把太阳能帆板和储能系统的重量最大化的降低了。这也使得卫星的整体重量下降很多。所以这一切都是综合优化之后的结果，相比马斯克的星链相比人家占了火箭的便宜，只有从卫星系统设计角度实现超越未来才掌握了竞争的主导权，从这一角度我们不比老马落后。

　　世域公司鹊桥星座构型基于新的5G卫星通信空口，用软件定义技术实现了全球的扁平化的控制，为日后全球服务全球运营铺出了一条路，我们要为中国卫星通信事业寻找最优解决方案。我们的路由方式很特别，两条通道，一条就是基于5G软件定义自适应空口，实现能地面基站，微基站的MESH网络互连，将主要的处理业务交给地面SDN网络完成，卫星只做处理转发，而不是ONEWEB的透明转发，透明转发实在不是效率很高的办法。无法实现低时延的要求，跟5G未来的要求大相径庭，对于未来无人驾驶汽车，物联网IOT而言都是不能接受的，因为一网系统从内设计之初就是好多年前的产物，系统并没有考虑移动通信这一趋势。所以你会看到今年我们一直被中国网友歌颂的维勒已经辞去了CEO职务。而在对于某些海洋，航道，通信盲区的情况下，我们将使用星上处理星间链路的方式，把数据送到最适合它的地方。这也非常好的利用了小平台卫星几乎所有能被发掘的潜能，纵观全球星座系统，只有世域公司。

　　就系统投资而言，我们完全可以参考蔚来汽车的模式，先确保公司融资掌握完整的定义能力，后面是否需要单独规模化复制卫星，发射空间基础设施可以在上市融资之后进行。初期的融资规模我们保守估计一下，20亿人民币可以具备集合先进载荷卫星系统研发能力，规模化生产工厂和全球化的运营系统的生态闭环。

　　最后我们想说一点，对于一个初创公司，我们有信心能用相当高的系统设计能力来弥补自身缺陷。我们也相信用投资新能源跑道一半的资金就可以玩转整个星座系统，一个集合了研发能力，规模化制造和空间基础设施的完整一体化生态链条。世域公司这些年一直坚持走在中国5G卫星研发的第一线，很多工作都保持在行业甚至国际上领先的地位。虽然我们没有花融到的钱来做满足资本胃口却华而不实的东西，但是这些年我们已经形成了独到完整的能力。在这里，我想为我们的母亲和游子实验卫星系统打个广告，这是由一大一小两个卫星构成，它是国内最具实用效果的实验卫星系统之一，主要验证5G卫星空口以及卫星毫米波通信载荷的一些性能，一旦成功，背后蕴含着非常巨大的市场，能回答今天所有投资人和国家领导关心的商业航天到底是不是虚火的问题，能盘活这个产业链，对于火箭制造来说，只有卫星真正的挣到钱了，才会源源不断的订购火箭，火箭也许再也没有必要面对竞争被压价的局面。

　　在这个过程中我们保持开放的心态，也乐于跟资本市场，跟合作伙伴一起开展合作。在基于互相尊重的基础上让中国的卫星通信事业走出去，让中国另一张名片走出去，让中国的空间基础设施走出去，让中国的资本走出去，服务于一带一路，祖国复兴，大家加油。

　　对了，忘记补充一句，我们非常想借助于港澳台或者大学生的力量一起动手，参与游子立方星小星的制造，将有互联网的方式充分的跟社会各界进行互动，也想通过组织学生高质量的赛事活动实现卫星的搭载发射制造。有感兴趣的机构，任何脑洞大开的合作方案都可以联系。