2023年国外通信卫星发展综述
2023年，国外通信卫星领域共实施85次发射，成功将2221颗通信卫星送入太空，发射数量再创新高。低轨通信卫星仍为发展热点，低轨军用星座实质性启建，多个低轨商业星座部署迈入新阶段，手机直连卫星领域取得新进展，传统高轨运营商和新兴卫星互联网公司进一步加深合作；同时，高轨卫星也持续推进部署，但新发高性能卫星的在轨可靠性问题引发全球热议。整体来看，通信卫星领域发展竞争态势激烈，将持续进行重大整合和变革，高中低轨融合、天地一体化发展是必然趋向。
1 总体态势
2023年，国外共实施85次通信卫星发射，成功将2221颗通信卫星送入太空，其中军事通信卫星22颗，民商通信卫星2199颗。自1958年12月18日第一颗通信卫星成功发射以来，国外已经成功发射8913颗通信卫星。截至2023年底，国外共有6887颗通信卫星在轨运行，通信卫星仍是全球在轨数量最多的一类航天器（见表1）。2023年，国外通信卫星成功部署的数量较2022年增加292颗，“星链”（Starlink）等低轨大规模星座部署仍为卫星数量增加的首要原因。美国以数量级优势稳居第一，单国发射总数量占比即超过90%，持续保持绝对领先地位，欧洲仍位居第二。从在轨数量上看，美国、欧洲、俄罗斯位居前三，在轨总数量占比超97%。
表1 2023年国外通信卫星发射和在轨数量统计
2 低轨卫星互联网领域蓬勃发展，
手机直连卫星实现新突破
“星链”“一网”建设应用全球领先，
主流低轨星座取得不同进展
以“星链”“一网”（OneWeb）为代表的低轨宽带星座作为新兴网络信息基础设施，成为多个国家地区发展热点。“星链”星座在2023年仍保持绝对领先优势，系统建设进度持续提速，牢牢占据业内领先地位，年度实施63次发射，共部署1984颗卫星，累计发射总数已突破5650颗，建设进度大幅领先全球。2023年，“星链”系统部署正式进入新阶段，重点发射星链V2.0Mini全新构型卫星，共发射43批次936颗V2.0Mini卫星（见图1）。新型卫星采用双太阳翼构型，使用多项新技术，容量较一代构型（V1.x）卫星提升4倍，首次配置E频段通信载荷用于馈电链路，并首创使用氩离子电推进系统。运营方面，“星链”服务已在70个国家实现落地应用，用户数量超230万，成功实现现金流转正，未来将成为太空探索技术公司（SpaceX）的主要收入来源之一，验证了其商业模式的可行性。
图1 星链V1.5与V2.0Mini卫星
在整流罩内堆叠示意图
“一网”星座于2023年正式完成一代星座组网任务，启动二代卫星在轨试验工作。2023年，英国“一网”星座共发射132颗卫星，已成功完成一代星座组网任务，满足全球覆盖要求，将成为世界上第一个具备全球通信服务能力的低轨通信卫星星座，5月起在欧洲37个国家以及美国大部分地区的海事、政府、企业和航空用户提供高速、低延迟宽带服务。2023年5月，英国发射1颗二代试验卫星“幼袋鼠星”（Joeysat），与欧洲航天局（ESA）合作研发，载有数字再生有效载荷和多波束相控阵天线，重点用于验证跳波束技术，提高卫星通信灵活性，7月完成在轨测试。相比一代卫星，二代卫星质量将有所增加，容量提高3~5倍（见图2）。
图2 “一网”二代Joeysat试验卫星
其他星座也取得一定进展，低轨空间竞争进一步加剧。2023年10月，亚马逊公司（Amazon）发射2颗“柯伊伯”（Kuiper）系统原型卫星Kuipersat-1/2，实现该星座“从0到1”的突破，11月首次利用该卫星网络成功演示了端到端双向视频通话，预计2024年上半年启动业务卫星部署。加拿大电信卫星公司（Telesat）于7月发射第2颗“光速”（Lightspeed）星座测试卫星TelesatLEO-3，验证Q/V频段通信能力，于8月将“光速”星座研制商更换为加拿大麦克唐纳·德特威勒联合有限公司（MDA），198颗卫星的研制费用从原先的30亿美元降至16亿美元，解决了资金短缺和原卫星承包商泰雷兹公司（TAS）研制延误的问题，首颗“光速”业务星推迟于2026年中期发射。欧洲卫星公司（SES）“下一代三十亿人增强”（O3bmPower）中轨系统年度部署4颗卫星，累计部署6颗卫星，但因故障问题将影响后续研制和部署进度。德国里瓦达公司（Rivada）向国际电信联盟（ITU）提交了2份申请文件，获得了576颗Ka频段卫星的频谱许可，计划于2025年启动星座部署，2028年上半年完成全部星座部署。
手机直连卫星业务取得实质性进展，
产业巨头加快布局
手机直连卫星已成为卫星互联网应用服务新兴领域，近年来，多家卫星运营商和相关产业巨头积极布局，推动卫星部署、在轨测试和应用落地，抢占细分市场先发优势。
美国AST空间移动公司（ASTS）和领克全球公司（LynkGlobal）等初创企业继续推进建设用于手机直连卫星业务的低轨卫星星座，与地面运营商合作并开展多项在轨测试。AST公司正推进建设由168颗“蓝鸟”（BlueBird）低轨卫星构成的“太空移动”（SpaceMobile）星座，面向存量手机或终端提供卫星直连4G/5G服务。2023年，AST公司利用蓝行者-3（BlueWalker-3）低轨卫星，开展存量手机直连卫星进行语音通话、4G视频通话、5G蜂窝宽带连接等测试，最高5G下载速度达14Mbit/s，并与约40家移动运营商建立合作关系（见图3）。LynkGlobal公司则正推进建设“领克”（Lynk）星座系统，面向存量手机或终端提供宽带、话音、文本消息等服务。2023年7月，LynkGlobal公司展示其基于Lynk卫星与存量普通手机进行双向语音通信的能力。截至11月，LynkGlobal公司已在帕劳、库克群岛和所罗门群岛等岛国提供基于存量手机的商业服务，前期主要提供短信服务，随着星座部署和技术能力升级，未来将补充话音功能。此外，SpaceX公司也将利用“星链”星座基础，新发大面积天线版本的增强型“星链”卫星作为“太空基站”，配置提供无线接入服务的eNodeB调制解调器，与T-Mobile地面运营商合作提供直连卫星业务，2023年12月获得美联邦通信委员会（FCC）对其具备手机直连能力的V2.0Mini型卫星的天线功能测试短期许可，2024年将发射首批手机直连卫星，计划2024年为用户提供短消息服务，2025年提供语音通话和数据传输服务。
图3 BlueWalker-3卫星
除了卫星运营商外，手机与芯片厂商也在积极推进卫星直连设备研发。2023年2月，三星公司（SAMSUNG）推出智能手机卫星通信解决方案，将利用新的符合5G非地面网络（NTN）标准的调制解调器进行智能手机卫星通信。2023年1月，高通公司（Qualcomm）对外展示了支持与“铱星”（Iridium）星座双向通信的“骁龙卫星”（SnapdragonSatellite）芯片，2023年11月宣布将开发基于5GNTN标准的芯片。
3 高轨高性能卫星取得新进展，
高中低轨运营商加强合作探索
高通量卫星设计容量向Tbit/s量级迈进，
在轨可靠性问题频发
2023年，全球高通量卫星（HTS）单星设计容量成功突破Tbit/s级。5月1日，美国卫讯公司（Viasat）发射卫讯-3（Viasat-3）系统首颗卫星卫讯-3美洲号（Viasat-3Americas），该星作为当前已发射的性能最强的通信卫星，预期容量可达1Tbit/s，使用了在轨最大的反射面天线、超长的可伸缩臂杆等最新技术，引发全球关注（见图4）。除了该卫星外，美国休斯公司（Hughes）也成功发射了木星-3（Jupiter-3）高通量卫星，单星容量500Gbit/s，并打破全球商业地球静止轨道（GEO）卫星发射质量纪录（见图5）。
图4 Viasat-3卫星
图5 Jupiter-3卫星
然而，2023年虽有多颗高性能卫星入轨，但可靠性问题频发。2023年7月，卫讯公司宣布Viasat-3Americas卫星未能成功在轨展开反射面天线，10月称该问题将导致卫星在轨可用容量缩减至预期的10%，可用容量仅为100Gbit/s；2023年8月，国际移动卫星公司（Inmarsat）宣布2月发射的Inmarsat-6F2卫星也在电推抬升过程中遭遇电源分系统故障前4颗O3bmPower卫星电源模块也出现“跳闸”现象，将缩减卫星运行寿命和容量。上述故障问题对各运营商的服务推广计划和后续系统部署计划均产生了重大影响，卫星运营商也多次向航天保险界提出索赔申请，Viasat-3Americas单星索赔金额即达到4.2亿美元，大额保险索赔导致太空保险行业遭受重大亏损，业内人士表示相关问题“可能导致一些承保人退出航天市场”。
传统运营商积极应对低轨竞争，
高中低轨联合运营成为主流趋向
低轨卫星互联网星座大规模部署，极大冲击了通信卫星领域的竞争格局。近年来，传统高轨运营商们面临供求关系转变、带宽成本下降、新技术发展等多种挑战，运用多种举措以应对激烈的市场竞争，高中低轨卫星联合组网、多星座互补并存的新业态正在逐步形成，成为未来的主流发展趋势。
在此趋向下，一方面，卫星运营商积极通过兼并重组进行业务整合布局。卫讯公司在2023年正式以73亿美元完成对国际移动卫星公司的收购，将整合频谱、整合高低卫星和地面5G设施，打造全球高通量混合空间架构和地面网络，为政府、企业、航空、海运等用户提供更安全、更高速、低延迟和低成本的通信服务；欧洲通信卫星公司（Eutelsat）在2023年9月正式与一网公司合并，联合规划“一网”二代星座，为升级后的星座联合开发地面网络，发挥协同效应。另一方面，主流运营商也通过自建混合网络或合作推出多轨道解决方案。SES公司同步发展O3bmPower中轨星座和高轨高通量卫星，为终端网络运营商和终端用户提供多轨道大容量、低延迟灵活通信；Telesat公司计划利用“光速”星座和已有的高轨高通量宽带系统，打造分布式灵活全球宽带架构；休斯公司与一网公司合作，推出适应高低轨融合系统的通信应用和网关系统；国际通信卫星公司（Intelsat）也着眼于卫星移动业务，和一网公司在航空市场开展合作，2023年研发推出兼容“一网”卫星网络的机载航空终端。
4 军用通信系统能力持续增强，
低轨星座能力成为布局新重点
2023年，国外共进行5次军事通信卫星发射活动：美国进行了3次，1月发射了连续广播增强卫星通信-2（CBAS-2）卫星，4月和9月则分2批次共发射了19颗传输层0阶段卫星，完成了0阶段试验星座部署（剩余1颗卫星地面储存）；俄罗斯发射了1颗奥林帕斯-K2/射线-5X（Olimp-K2/Luch-5X）卫星；欧洲发射了1颗锡拉库斯-4B（Syracuse-4B）卫星。此外，德国还发射了“海因里希-赫兹”（HeinrichHertz）通信试验卫星，星上搭载军事通信有效载荷，用于协助军事通信。
多国部署高轨军用通信卫星，
强化骨干系统作战能力
近年来，国外军事通信卫星领域正处于持续变革阶段，美国、俄罗斯、欧洲等主要军事航天或地区长线布局现役系统能力升级与后续型号延续性发展，2023年美、俄、欧均发射了高轨军事通信卫星，进一步对骨干系统的作战能力进行补充。美、俄各发射1颗数据中继卫星；法国发射锡拉库斯-4B卫星，将为法国武装部队提供更大的通信容量、灵活性以及更大的覆盖范围；德国也发射了“海因里希-赫兹”军民两用卫星，该卫星将进行多种新技术的演示验证，星上搭载一个军事有效载荷，其军事目的主要为陆地、海上和空中移动平台提供Ku波段和Ka波段的专用卫星通信服务。此外，多国积极推进下一代通信卫星能力部署，美国天军发布了下一代防护战略通信卫星“演进战略卫星通信系统”（ESS）项目招标草案；英国也在以英国国防部为主体积极推进下一代天网-6（Skynet-6）卫星项目，于2023年2月授出了“天网”项目运营合同，以保证通信卫星的用户管理和安全运行，“天网”新系统预计在2028年正式投入运行。
主要大国积极投入大规模星座建设，
美首个军用低轨通信试验星座部署完成
在全球太空军事竞争格局加速演进、低轨宽带通信星座建设热潮兴起的背景下，低轨大规模星座大容量、低延时、全球覆盖等能力特点和批量研制、快速部署的建设思路，为军事作战通信保障应用提供了新思路、新方案。
美国已从国家战略上确定了天基力量向更具弹性的太空体系结构转变的要求，未来，军用低轨通信星座将成为美顶层作战概念“联合全域作战”的骨干和核心架构，高效服务于军事作战能力升级。国防高级研究计划局（DARPA）于2018年发起“黑杰克”（Blackjack）先导研究项目，太空发展局（SDA）于2019年提出发展“弹性大规模作战太空体系”（PWSA，原“国防太空体系”，又称“七层体系”），将统接、集成“黑杰克”项目成果，成为美军未来真正投入作战运用的低轨装备，也是美军的低轨能力建设核心。2023年，美军“黑杰克”星座规模由20颗卫星缩减至4颗，已完成全部卫星部署。2023年4月和9月，SDA分别完成了2次“大规模弹性作战太空体系”0阶段试验卫星发射任务，共计发射了19颗“传输层0阶段”通信试验卫星，还有1颗卫星留作地面备用，完成了“传输层0阶段”试验星座部署（见图6）。该星座将作为“大规模弹性作战太空体系”的“最简系统”，主要用于“作战人员体验”，演示验证星间互操作和Link-16战术通信等系统能力。在11月的3次试验中，太空发展局已成功基于“传输层0阶段”卫星完成了首次天对地Link-16通信测试，为后续体系建设奠定了重要技术基础。
图6 洛马公司（LM）研制的
“传输层0阶段”卫星
在全球商业低轨大规模星座的发展推动下，俄罗斯政府也开始重视低轨卫星网络发展的重要潜能，在发展大椭圆轨道和静地轨道卫星的基础上，补充中低轨卫星通信能力，规划建设“球体”（Sfera）多轨多功能综合星座。根据最新规划，“球体”将由通信系统和遥感系统组成，暂定部署388颗卫星，已获批162颗。在“球体”项目规划下，2023年9月和10月，俄罗斯航天国家集团（Roscosmos）与俄列舍特涅夫信息卫星系统公司（Reshetnev）签订两份合同，将研制5颗原型星、132颗“马拉松”（Marathon）低轨物联网数据传输卫星和6颗“赛艇”（Skif）中轨宽带互联网卫星；2023年11月，首颗赛艇-D（Skif-D）演示验证卫星完成飞行测试。
此外，2023年2月，欧洲议会正式批准通过主权星座“卫星弹性、互连和安全基础设施”（IRIS2）建设提案。该星座是欧洲继“伽利略”（Galileo）卫星导航系统、“哥白尼”（Copernicus）对地观测系统之后的第三个主要卫星计划，计划由170颗卫星组成，分布在高、中、低轨道，2025年开始部署，并面向欧洲政府提供安全通信服务，2027年补充提供商业服务。整个项目拟投资60亿欧元，由欧盟和欧洲航天局主导，采用公私合营方式建设，为保证所有关键技术和供应链安全可控，欧盟将严格审核参与企业的背景和资格。
进一步加强对商业卫星能力的集成运用，
提升太空军事补充能力
近年来，“星链”等商业卫星系统深度介入俄乌冲突，为乌提供关键的战场态势信息和信息通联保障，充分证明了商业太空力量在作战行动中的有效性和实用性，受美军高度重视和认可。美已将利用商业航天企业的创新和技术能力作为国家太空政策的重点，在2023年明确太空能力发展理念将从“优先建设专用系统”转变为“优先采购商业能力”。2023年6月，美天军太空系统司令部进行新一轮组织架构调整，组建商业航天办公室（COMSO），下设商业卫星通信办公室（CSCO），统筹全军商业卫星通信服务采购；10月，天军通过“商业增强太空储备”（CASR）框架文件，将与商业公司签订协议，确保可以在危机或冲突期间有限获取商业卫星通信、遥感等服务，正在进行更广泛的商业服务采购战略的草案修订。
此外，商业卫星通信办公室正在探索使用新型大宗长期合同方式，一站式服务便捷合同管理，通过多系统集成提高服务弹性。2023年7月，商业卫星通信办公室向16家（后续增加至20家）卫星服务提供商授予了“大规模近地轨道”（PLEO）天基服务“不确定交付日期/不确定数量”（IDIQ）合同，总价值9亿美元，这是商业卫星通信办公室首次面向多家商业卫星公司、多个卫星系统授出大宗长期服务采购合同。在多项政策推动下，新兴低轨星座与美军方的合作必将不断加深。SpaceX公司已基于“星链”技术和工业能力，专门面向政府和军方推出“星盾”（Starshield）业务，在PLEOIDIQ合同总框架下，“星盾”于9月获得美国防部首份服务合同，合同为期1年、价值7000万美元。2023年10月，美陆军第5安全部队援助旅宣布已接收4套“星盾”系统，将部署在印太战区的太平洋多国联合战备中心，在演习演训时利用“星盾”，在军用系统失效时提供通信补充能力。
5 结语
2023年，通信卫星领域持续高速发展。高轨卫星性能持续演进，但新技术在带来性能提升的同时，成熟度仍有待验证；低轨卫星互联网发展竞争加剧，低轨星座呈现批量部署常态化态势，各国政府力量加速接入，多个主流星座进入部署新阶段，手机直连卫星领域也取得实质性进展。未来，高中低轨星座联合运营必将成为主流趋势，行业也将进一步推动卫星通信领域的星地融合和天地一体化发展，加速向B5G/6G时代迈进。
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