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为满足全球不断增长的卫星宽带接入需求,全球多家企业纷纷开始打造非静止轨道卫星星座,提供全球宽带互联网接入服务。这些企业中既有波音、O3b、Telesat、ViaSat等老牌企业,也有SpaceX、OneWeb、Audacy、Karousel、Kepler和Theia等初创公司。
全球非静止轨道卫星星座主要竞争企业对比
下面针对新兴公司中最具代表性的OneWeb公司LEO星座技术、制造、发射和应用模式进行梳理。
OneWeb公司LEO星座
OneWeb星座的技术细节
OneWeb低轨道卫星系统将由大约720颗卫星以及在轨备份星构成,并且卫星数量还可进一步增加。除了LEO卫星星座,OneWeb还计划建设一个由1280颗卫星构成的中轨道(MEO)星座,并将根据服务需求和覆盖区域内的业务量在这两个星座之间动态分配业务。
OneWeb称自己的“第一代”初始星座卫星数量将会是882颗,新的星座运行在包括低地球轨道和中地球轨道、Ku和Ka波段的频谱上。一旦OneWeb卫星星座建成,其他任何非静止轨道轨星座就不能再使用OneWeb所占用的Ku频段。其竞争公司,如SpaceX、Leosat等公司的频谱规划都会受到冲击。
在技术上,OneWeb卫星星座与SpaceX、Telesat等竞争产品有着显著的区别。首先就是在光束足迹(beam footprint)和视场区域(field-of-view areas)的显着差异,SpaceX和Telesat具有可操纵和可塑造的用户光束,而OneWeb则采用固定光束。
Significant differences in beam footprint and field-of-view areas.(资料来源:MIT)
另外星座间不同纬度的视线内卫星数量差异很大,Telesat和SpaceX通过使用倾斜和极轨道将其卫星集中在±60纬度范围内。而OneWeb卫星包括18个倾角为87.9度的轨道面,每个轨道面包含40颗初始卫星。该配置可提供全球覆盖,大部分所覆盖区域的仰角大于60度。
OneWeb 720 satellites constellation VS Telesat 117 satellites constellation(资料来源:MIT)
在频率分配方面,OneWeb和SpaceX的用户链路使用Ku波段进,网关链路采用单极化,RHCP和Ka波段。Telesat的用户和网关链路则都为Ka波段。可见未来OneWeb和SpaceX用户链路,以及Telesat用户链路和OneWeb和SpaceX馈线链路都存在潜在的干扰影响。
Frequency allocations 对比 (资料来源:MIT)
Oneweb星座的制造
Oneweb星座从终端技术、卫星组网、卫星制造、卫星发射到销售运营的各个环节,均采取了与众不同的合作模式、并选择了不同的合作伙伴,给传统的卫星工业格局带来巨大的观念改变和格局冲击。因此OneWeb星座使用的卫星具有以下特点:小型,低质量卫星,采用模块化设计;生产高生产率和低成本的新生产设备;利用现有的和成熟的技术;独特的模块化设计;强大的行业参与。
Oneweb星座的“生态圈”
Oneweb卫星的设计单位是空客防务与航天公司。2016年6月,OneWeb与空客集团宣布组建合资企业进行微小卫星的设计和制造。新的卫星制造工厂将借鉴空客飞机生产的工业化、标准化、自动化研发生产理念生产这些小卫星。每颗小卫星的研发生产成本将降到50万美元左右。
从空客公布的初步方案看,首先在欧洲的Toulouse工厂进行卫星的设计和流程方案解决,并进行前十颗卫星样品的组装、集成和测试,以验证卫星批量工业化生产模式。完成后将在佛罗里达工厂进行卫星设计和工业化流程生产线建设,真正实现把卫星搬上全自动流水线,像生产飞机零件一样来制造卫星。
Oneweb卫星生产流程
空客为Oneweb提供的卫星制造流水线具备最先进的自动化生产线、测试设备和数据采集能力,能够有效缩短装配时间,全方位分析设备性能并进行调试。在轨卫星将提供有用的在轨数据,以支撑航天器的设计方案,实时检测和校对制造过程中的任何故障。除了空客,Oneweb公司还选择了3家分包商,加拿大麦德公司(MDA)提供星上天线系统,法国Sodern公司(空客子公司)提供赛制化的星敏感器,英国特利丹防务公司(Teledyne Defence)设计小型化的通信转发器。
OneWeb Satellites inaugurates its assembly line in Toulouse
2016年4月,OneWeb 公司与美国佛罗里达州当地政府达成共同投资协议,决定投资8500万美元在该州建立新型卫星制造厂。工厂面积(包括生产区、检测区、装配区等)占地约14 亩。佛罗里达工厂将实现每天生产3颗星的生产能力,运用与飞机和汽车生产相似的流水线组装方式来生产。这在卫星工业中尚属首次。
OneWeb 公司使用汽车制造的概念,将卫星系统模块化生产
OneWeb 公司选择佛罗里达州肯尼迪航天中心附近的高技术园区作为卫星制造厂的落脚点,主要是考虑到这里有6~7 家从事航空航天制造企业,具有技术人才优势,而且还得到佛罗里达州政府的支持。根据OneWeb公司与佛罗里达航天公司(Space Florida)达成的协议,后者将为新建卫星制造厂投资8000万美元,佛罗里达州交通运输部还将在新厂建设阶段投入1750万美元的配套资金。OneWeb卫星工厂将来要每月生产几十颗卫星。在卫星生产高峰期,该卫星制造厂每天能组装3~5 颗卫星。工厂不仅为OneWeb自己制造,还打算承接来自其他运营商或客户的小卫星制造业务。
国际商业航天界对这一举措的评价很高,认为OneWeb 开创了利用自动生产、组装流水线进行大规模、低成本卫星生产的全球先例,将大大促进商业航天产业的发展。
OneWeb Florida Factory Interior
同样在美国佛罗里达建立工厂的ruag space usa公司为OneWeb卫星提供卫星面板产品
OneWeb卫星的发射计划
早在2015年OneWeb就与Arianespace和维珍银河公司签订了大额的商业火箭发射订单。其中包括Arianespace的21次Soyuz火箭(俄罗斯提供)发射任务和维珍公司Launcher One空中发射平台的39次单星发射任务。2017年OneWeb又与蓝色起源公司签署了多项关于卫星发射的合同,预计从2021年起能够发射400颗oneweb星座卫星。
然而在2018年末,俄罗斯爆出消息称俄罗斯联邦安全局(FSB)认为OneWeb的卫星对俄罗斯国家安全构成威胁,因而反对Roscosmo与OneWeb价值近10亿美元的订单。早前俄罗斯已经发布消息表示将不允许接入OneWeb星座提供的网络。可见OneWeb卫星的发射计划还存在很大的变数,这也是OneWeb与其竞争对手SpaceX公司相比最大的劣势。
Oneweb星座的应用模式
2012年OneWeb公司成立初期,其计划是在低地球轨道部署648颗小型卫星来组成一个可覆盖全球的高速通讯网络。公司认为卫星通讯网络可以一劳永逸的解决网络接入问题,非常具有发展潜力。Oneweb的市场推广模式主要通过巴帝电信、休斯公司、Intelsat等分销商向终端用户提供服务。
Oneweb的市场推广模式
Oneweb卫星服务的应用场景包括应急救援基础设施、高空的低延迟宽带、海上及石化企业通信需求、车载随行蜂窝网络、低成本用户终端普及网络接入、移动运营商农村及偏远地区覆盖等。
Oneweb卫星服务的应用场景
2018年开始,OneWeb与空中客车公司结成联盟,开发飞行中的5G服务,允许乘客在空中时继续使用智能手机和平板电脑上网。美国航空公司达美航空公司还与另一家SoftBank公司Sprint和印度航空公司Bharti Airtel,以及航空公司在现有的机上宽带系统供应商GoGo,签订了无缝空中联盟。预计该项业务在2020年末才能实现硬件、计费和登录系统的标准化工作。
OneWeb星座产品十分注重军事领域的应用。Oneweb可以为军方提供高吞吐量,低延迟的Near-Global连接,采用按需访问策略以及支持Wi-Fi、LTE、以太网、战术无线电的多个本地接入链路技术,降低了成本。在安全方面,Oneweb卫星移动快速,可以减少敌人的干扰和拦截威胁;可以通过Air Interface:AES-128和TT&C:AES-256进行加密;支持NSA Type-1和商业解决方案分类加密。
2018年,空客和OneWeb公司还参与了DARPA的低地球轨道小型卫星星座的架构演示Blackjack计划的招标,虽然最后输给了Telesat公司,不过空客表示将继续参加Blackjack计划第二期项目的招标。
DARPA Blackjack项目计划及内容
主要参考资料:
[1]. Moscow To Deny OneWeb Satellite Broadband Access To Russia To Preserve Internet Sovereignty - SpaceWatch.Global
[2]. Greg Wyler, The Definitive 2018 Interview _ Via Satellite
[3]. OneWeb and Airbus team up to put 5G on aircraft _ Financial Times
[4]. OneWeb Looks To Disrupt Inflight Connectivity Market With LEO Network _ Aircraft Interiors content from Aviation Week
[5]. Gearing up for the 21st century space race
[6]. Optimal Satellite Constellation Spare Strategy Using Multi-Echelon Inventory Control
[7]. Challenges-in-future-satellite-communications-v1.0 IEEE
[8]. A Technical Comparison of Three Low Earth Orbit Satellite Constellation Systems to Provide Global Broadband MIT
[9]. OneWeb Satellites inaugurates serial production line for the Assembly, Integration, and Test
[10]. OneWeb Satellites Breaks Ground On The World’s First State-Of-The-Art High-Volume Satellite Manufacturing Facility - OneWeb _ OneWorld
[11]. First three subcontractors selected by OneWeb Satellites
[12]. SpaceX、波音、OneWeb卫星互联网星座技术方案综述
[13]. OneWeb的鲶鱼效应_李庆安
[14]. OneWeb太空互联网低轨星座的新进展_晓春
[15]. FCC GRANTS ONEWEB ACCESS TO U.S. MARKET
来源:高端装备发展研究中心
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