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产业观察|LEO与MEO宽带巨型星座热的背后

2018-04-27 / 阅读次数:580

来源 | SpaceNews

作者 | Caleb Henry

转自 | 航天长城(ID:ccgsdw)

译者 | 李雅洁




全球最大、最成熟的卫星运营商将宽带视作一个巨大的盈利机会。

但事实上,没什么能令他们更加沮丧了。

更快速的宽带互联网连接需求正令当前的卫星越来越大,从而引发了全行业范围内对越来越强大的高通量卫星(HTS)的争夺战。

虽然这听起来可能是件好事,高通量卫星会使带宽价格飞速下降,这就使得一些相对低容量的卫星只好挣扎着努力追赶。但北方天空研究组织Northern Sky Research进行的一项研究却发现,在过去两年中,卫星容量价格下降了35%到60%,明年还将继续下降且不太可能出现反弹。

经验丰富的运营商为保持其本来的领先地位,在考虑是否要将2亿美元或更多资金投入设计寿命至少15年的对地静止宽带卫星之前变得格外审慎、踌躇。 考虑到建造和发射一颗通信卫星需要花费2-4年的事件,那么这种长期的资产风险有可能在卫星入轨前就已经落后了。

庞大的、运动缓慢的对地静止卫星项目,其花费不逊于保罗·艾伦的超级游艇或漫威超级英雄大片成本,巨额支出长久以来一直左右着卫星通信行业的发展。使用寿命十五年的卫星依旧在为运营商的最大的收入来源——传输电视广播信号继续发挥着作用。

宽带跑在了前面

大型对地静止卫星的主导地位即将被新兴的巨型星座挑战, 数百甚至数千颗相对较小的卫星组成的星座将在较低的高度上绕地运行。

由OneWeb,SpaceX,Telesat等公司正在构建中的中低地球轨道宽带卫星,它们建造成本更低,损失一二也无伤大雅、承诺接近光纤速度、可覆盖全球范围,并且不像地球静止卫星那样在信号往返于72,000公里的过程中受影响而造成微小却烦人的无线电信号滞后。尽管这种滞后以毫秒为单位,但延迟依旧对自动股票交易、硬核游戏(操作难度高或关卡难度大,以此为玩家设置准入门槛的游)和Skype视频聊天有所影响。

但巨型星座也并非所向披靡,其挑战包括快速发展的宽带市场将如何演变并不确定、卫星信号送到世界上最缺少服务的人们那里时能有多廉价,以及缩小数字鸿沟问题(很多项目推出均以此为目的)。

巨型星座卫星不是计划在非地球静止轨道的,其轨道将被部署得更加接近地球以加速连接。更靠近的轨道就意味着相同的表面积需要更多数量的卫星来覆盖,这又带动了大规模生产和大量发射的需求。新类型的星座也意味着在公司希望开展新业务的领域需要获得国家新的监管批准。

但是,这些障碍并未阻止初创公司和传统公司在LEO和MEO宽带星座上大做文章。

据北方天空研究公司称,至少有10家公司正计划在非对地静止轨道上建造100颗或更多卫星的宽带星座。这些企业中的大多数将未来五年内就将拥有其第一代的在轨卫星。

分析人士认为,非对地静止轨道上的大量小型卫星的出现有可能改变卫星互联网的模式。但是,由于巨型星座尚未入轨,没有人确切知道改变究竟如何。

一些卫星运营商通过建立新的星座来对冲其现有业务风险; 另一些公司呢,则正在购买功能强大的大型通信卫星,使其具备更灵活的适应性和最大化的吞吐量。

还有些运营商则正在同时做两手准备。

卫星运营商该怎么做?


由SSTL制造的一颗LEO通信卫星于1月由印度PSLV火箭发射。(来源:SSTL)

Quilty 分析公司Chris Quilty表示,传统上用于预估卫星前期投资回报速度的常用指标“现在已经过时了”。

Summit Ridge集团电信咨询公司总裁Armand Musey对此表示赞同。

Musey说:“变化太快了,五年,七年或十年寿命的宽带卫星基本上才算是你想要的,你不可能想要一颗15年或20年寿命的宽带卫星,就想你不会想用一台用了20年的笔记本电脑一样。”

Avanti Communications公司举了一个最新的例子。去年12月,这家挣扎中的英国卫星星座运营商说,其所拥有的两颗年纪尚轻的卫星——一颗是过去五年内发射的,另一颗是过去七年内发射的——已经几乎无法与比其稍微年轻一点点的卫星系统相竞争了。

WildBlue公司是另一个佐证。根据Quilty分析公司统计,当Viasat在2004年以5.7亿美元收购该公司时,这家公司拥有大约40万名用户和2亿美元的收入,但这一数字到2014年已经缩减至10万名用户和8000万美元了。

ViaSat认为,收购 Wildblue是一项“重要的战略性收购”,因ViaSat希望进入消费者宽带领域。但Quilty则表示:“很难看出收购如何为卫星带来合理的回报率。”

一些卫星运营商正在对地静止宽带部署上加倍努力。

Eutelsat正投资名为Quantum的一颗新卫星,该卫星的特点是波束覆盖区形状、大小和功率可调,以在所需时间和地点更好的匹配容量,这就是卫星行业长期以来寻求的适应性水平(Eutelsat 3月订购了其首个LEO小卫星,但Tyvak提供的纳米卫星瞄准的是窄带、物联网应用,而不是宽带)。

由前休斯网络系统(Hughes Network Systems)高管领导的一家创业公司Global-IP,经前亚洲卫星首席执行官威廉•韦德William Wade建议,订购了波音公司的一颗150gbps的卫星,该卫星将于2019年由SpaceX Falcon 9发射,服务于非洲用户。

二十世纪二十年代初,美国卫星宽带提供商Hughes和ViaSat都开始大规模的发射对地静止卫星。EchoStar 24 / Jupiter-3卫星可提供0.5 tbps的网络容量,ViaSat-3预计至少会在上述容量上翻倍。

包括Intelsat,SES和Telesat在内的其他大型运营商则正在投资建造用于宽带连接的非对地静止轨道卫星系统。

宽带潮


OneWeb的首批星正在法国空客工厂量产,剩余的星将转至佛罗里达州的OneWeb卫星工厂生产。

OneWeb于2012年以WorldVu Satellites的名称成立,2015年迈出了重大的一步,当时它从空中客车、可口可乐和维珍集团等重量级企业融资5亿美元。

SpaceX公司2015年因将在西雅图建厂制造一个约由4500颗卫星组成的宽带星座Starlink新闻爆出后而备受瞩目。

2016年,OneWeb在SoftBank领投的一轮融资中又筹集了12亿美元。专注于制造和发射火箭的SpaceX,拒绝对透露更多有关其星座的细节。

与此同时,OneWeb向美国监管机构提交了许可证申请,引发了一大波希望美国联邦通信委员会了解他们也有计划从非对地静止轨道提供宽带服务的其他公司的跟风行为。

OneWeb的首批星正在法国空客工厂量产,余下的900颗卫星很快将转至OneWeb专门在佛罗里达州为此项目开设的工厂进行生产。

SpaceX和Telesat已拥有在轨的LEO宽带卫星了。Telesat的首批LEO卫星于1月12日由印度PSLV火箭发射。SpaceX则于2月22日由Falcon 9火箭发射了两颗实验卫星Tintin A和Tintin B。

OneWeb的第一颗卫星定于5月由阿里安航天公司运营的联盟号火箭发射。

2019年,SpaceX和OneWeb期望通过定期发射将它们的星座卫星逐步送入轨道。

Telesat计划在今年晚些时候为其一百二十颗星座卫星定下制造商,并于2020年开始发射。

LeoSat正在与Thales Alenia Space合作,计划构建一个由78-108颗卫星组成的网络。

还有更多的互联网星座即将启动,例如中国的由300颗卫星组成的鸿雁星座和波音公司近3000颗卫星组成的星座。

期待成功

没人认为每个被提出的星座最终都能实现入轨,但大多数分析家认为,一个或多个宽带星座最终是会出现的。“至少会做成一个,但达不到五个。”Quilty分析公司断言:“有可能是两个星座吗?我认为也有可能。”

鹿死谁手?众说纷纭。

电信分析集团TMF Associates总裁Tim Farrar将中地球轨道O3b系统(现已被SES收购)列为第一个成功的现代非对地静止轨道宽带系统。O3b的首批卫星早在这股星座热爆发之前的2013年就已率先发射。

他说,将在五月发射正式卫星而非初样星的OneWeb排第二。

Farrar表示:“目前, Telesat,LeoSat和SpaceX里,谁将成为第三名,还是一个潜在的争夺战。“谁将提前出局也可能在未来12个月内变得更加明晰。”

O3b第一代20颗卫星中的最后4颗卫星计划于2019年由阿里安空间公司的联盟号发射。O3b mPower,这个由7颗卫星组成的第二代系统,预计于2021年启动,可提供10tbps的通量。

OneWeb预计在2019年从阿拉斯加开始,陆续推出其全球宽带服务。SpaceX的目标是在2020年尽快提供有限服务,而Telesat则瞄着2021年。

谁在乎谁是第一个?

虽然OneWeb似乎是领头羊,但做第一个吃螃蟹的人往往利弊参半,分析师说。

“作为率先发射新的LEO宽带星座,自然具有优势,可能能吸引那些没有宽带连接的农村用户或接入的是低质量互联网的家庭。”市场预测咨询ABI研究公司行业分析师Khin Sandi Lynn说:“但它也将面临LTE覆盖扩展或未来5G网络可能带来的风险。”

AT&T,T-Mobile和Sprint 2月在全球移动大会(Mobile World Congress)上宣布,他们将在今年晚些时候向部分美国城市推出5G或第五代无线网络。被期待已久的升级预计将比目前的4G服务快100到1000倍。

Lynn指出,今年年初,美国第二大有线网络运营商Charter Communication宣布将对农村地区进行5G服务测试,这也是LEO宽带星座的目标市场之一。

就像ICO和Teledesic公司在20世纪90年代的灾难性卫星宽带淘金热期间那样,对市场规模和设备成本的误判将可能带来致命打击。

在为装备企业的道路工作人员提供随时随地可使用的卫星电话的竞赛当中,铱星比对手全球星大约早一年发射,但却在破产的路上也同样击败了对手,于1999年申请破产,而全球星则一直撑到了2002年。

“我不认为率先进入市场很重要,重要的是要把它做好。”Musey说。

铱星和全球星都最终都走出了破产困局。全球星在2013年完成了第二代星座的部署。铱星后来又开始了第二轮部署,到今年年底,它的所有新部署的卫星都将在轨运行。

Teledesic和ICO就不那么幸运了,这两家公司都在到达终点前倒下,没能实现那种凤凰涅磐。

Musey说:“对先发优势的观点有点夸张了,这种处理适用于某些消费品牌应用,例如在附近开设麦当劳,但我认为这不适用于卫星行业。”

Quilty说,相比优势,先行者可能更会发现,竞争对手正在它们背后抄袭,利用他们在技术和监管发展方面的经验来加速自己的系统。

巨型星座调整

更大的一个问题——谁能成功取决于他们的星座实际上能产生多少需求。

“如果你与90年代做比较,会发现最大的问题就是对市场严重误判。”Farrar说。“并不是说他们不能制造卫星或手机终端,而是他们只做了技术方面的工作,而没有找到所预期的市场需求。对于庞大又新兴的事物来说,挑战总是如影随形的,无论是构建LEO还是GEO都无关紧要。当你试图进入一个新的市场时,很难汇总出一份准确的市场预测。”

OneWeb和SpaceX都很重视消费者宽带,强调将大量、未接入互联网的人口连接到网络作为构建星座的主要目的。但这些人群需要的是低成本,易于安装的用户终端,否则潜在客户会发现自己负担不起这项服务的费用。

铱星公司和全球星公司在大型卫星电话市场上投入巨大,这是一个比实际预测还要大得多的市场,这部分要归功于蜂窝网络向以前服务不足的地区的迅速扩张超过了预期。

Euroconsult USA董事总经理Sima Fishman表示,新一代的LEO星座面临的问题和20世纪90年代的前辈们当时有些相似,当初那些公司雄心勃勃的计划导致了可复用运载火箭热潮的破灭(这些企业都没到达太空,但其中许多家成功地筹集到了数百万美元,只做了些表面功夫和像Teledesic那样签些些没有约束力的意向书)。

她说:“从我们的角度来看,构建星座最重要的障碍其实是要建立起信任,即需求将以必要的价格存在,这样才能使商业案例运作起来。”

一场地面大战


安装在猎鹰9号上面级的摄像头显示了在2月22日发射西班牙PAZ雷达成像卫星期间部署的两颗Starlink演示卫星SpaceX中的首颗。(来源:SpaceX视频)

也许计算需求的最大变数就是明确消费者愿意为连接星座的接收器和天线这种用户终端所支付的费用。

与始终相对静止在天空中同一点上的对地静止卫星相比,LEO宽带星座将需要配备能追踪多颗轨道经过上空的卫星的天线。这种天线倒是有,但在其十多年的使用时间里,相控阵天线通常没有移动部件,而是依靠电控波束来与卫星进行通信。该技术已被验证,但成本极高。

为了便宜且庞大的卫星宽带能取得成功,消费者将需要价格低廉但功能强大的天线。Kymeta和Phasor Solutions等公司表示,即将推出更便宜的平板天线,但分析师很快指出事实并非如此,至少产品价格还到不了普通消费者可以接受的价格点。

Musey表示:“大量网络容量的涌入能够被全部利用的唯一合理方式就是消费者的广泛使用。而赢得大量消费者的唯一方式就是拥有合理定价的地面设备。在发展中国家尤其如此,在美国和其他发达国家其实也是一样。消费者不会为追踪天线支付5万美元、10万美元或更多的钱。为符合消费者的价格接受点,需要将平板天线的价格控制在很低的价格上。

2015年,当Elon Musk首次公布SpaceX的宽带星座计划时,他表示,需要与系统连接的客户用平板天线价格必须得足够便宜,大约100到300美元之间,这样全世界都能买得起。但上个月,SpaceX向《华尔街日报》承认,他目前还不知道终端将会花费多少钱。

OneWeb表示,它正在与OneWeb股东之一,芯片制造商高通公司(Qualcomm),就低成本天线进行合作。

去年10月,Telesat在接受SpaceNews的采访时也透露,Telesat LEO星座的成功“并不取决于地面终端性能和容量的大跃进。”

消费者的信心

一些分析师怀疑消费者宽带能否成为LEO星座的最大应用产品,分析师Farrar就是其一。缩小数字鸿沟是个值得称赞的目标,但是利用卫星补充蜂窝网络以增加信号覆盖区域和改善服务,是无论使不使用价格低廉的天线,均可主宰的早期市场。

Farrar说:“如果你从信号塔传输数据,一个终端价值几千美元,那么部署它就不是一个基本的障碍,因为你可能每个月使用1000美元的容量。但如果你以每月70美元的价格向客户提供家庭宽带服务,那么价值数千美元的终端就完全无法被接受。”

并非所有运营商都打算依靠消费类宽带取得成功。去年与OneWeb合并失败的Intelsat几乎是OneWeb除了消费类宽带以外在其他所有市场的容量分销商,这些市场包括机载通信、海事、政府网络、无人驾驶汽车等等。同样,LeoSat的目标也是企业而非消费者。

何去何从

无论非地球静止轨道(NGSO)星座是否成功,它们已经对卫星产业产生了影响。

从2014年到2017年,地球静止卫星订单远低于平均水平,由于运营商对投资哪项技术才是最好的这一赌注进行了对冲,全球地球静止卫星订单先是降到了十几个,去年又降至7个。

除了Intelsat外,SES和Telesat也加入了NGSO的其他项目投资中,亚洲最大的地球静止卫星运营商Sky Perfect JSAT去年还参股了LeoSat。与此同时,ViaSat已经为MEO轨道上运行的多达24颗卫星组成的星座向FCC提交了文件。

“很多卫星运营商都被正确的选择所迷惑,他们正在采取措施继续参与NGSO项目。”Quilty说:“只有少数玩家似乎采取了等待和观望的方式。”

“业界玩家似乎认识到,巨型星座的扩容方式揭示了卫星产业经济发生了翻天覆地的变化。” Fishman说:“我们通过卫星运营商、服务提供商和客户在卫星制造和发射中的关系的这种传统价值链中看到了变化。我们还看到诸如保险公司,监管机构/频谱管理者,以及金融机构等利益相关方都被卷入了这些影响当中。”

制造商们正通过推广新的小卫星平台来争夺星座建设合同。发射提供商正在为星座部署设计适配器和分发器,或者制造专门用于小卫星任务发射的新火箭。地面卫星网关运营商则正在满世界安装新天线,致力于为星座运营商提供一揽子解决方案。

然而,尽管整个卫星产业都将LEO宽带视为产业内的下一件大事,但没人确切知道今天的这些星座中将会部署上怎样的卫星。

“此事不易,”Farrar说:“一切都很复杂。”

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