衛星互聯網是什么？

衛星互聯網：低軌道衛星組成空中基站實現互聯

圖1衛星互聯網體系架構

衛星互聯網好比將地面的基站搬到了太空中，每一顆衛星就是一個移動的基站。衛星互聯網是指多次發射數百顆乃至上千顆小型衛星，組成衛星星座，以這些衛星作為“空中基站”，從而達到與地面移動通信類似的效果，實現太空互聯網。這是基于高通量衛星（HTS）發展的新一代衛星通信網絡，是為地面、海上和空中用戶提供寬帶互聯網接入等通信服務的新型網絡。從系統架構組成來看，衛星互聯網可以劃分為空間段、地面段和用戶段三個部分。

資料來源：《全球衛星互聯網應用服務及我國的發展策略》，研究所

衛星軌道可分為低中高軌，發展衛星互聯網主要依靠低軌衛星。按照軌道高度劃分，衛星星座主要分為低軌、中軌、高軌三類；按照吞吐容量分為高通量衛星和常規衛星。其中低軌衛星具有低時延、鏈路損耗小、發射靈活、覆蓋范圍廣、應用場景豐富、成本低等特點，最適合發展衛星互聯網業務。

表1不同軌道衛星組網優缺點

全球覆蓋所需衛星

星際鏈路

傳輸時延/ms

抗干擾

鏈路冗余

切換

GEO（高軌道）

幾顆

容易

250

弱

少

少

MEO（中軌道）

十幾顆

容易

~100

較弱

相對較少

較少

LEO（低軌道）

幾十顆

復雜

10~40

強

大

頻繁

單層星座系統由相同軌道高度衛星組成，多層星座系統由不同軌道高度衛星組成。單層星座系統的空間段衛星部署于相同軌道高度，由一個或多個軌道面構成。每顆衛星一般配有星間鏈路，可與同軌面及異軌面的相鄰衛星進行通信。同時，衛星可通過饋電鏈路和用戶鏈路分別與地面關口站和用戶站進行信息交互，從而構成了一個具有多種鏈路的復雜天地通信系統。多層星座系統的空間段由不同軌道高度的衛星組成，不同的系統可能會有不同的組合，如多層LEO、LEO/GEO、GEO/MEO/LEO混合星座等。

圖2單層星座衛星互聯網結構 圖3多層星座衛星互聯網結構

資料來源：《衛星互聯網路由技術現狀及展望》，研究所

資料來源：《衛星互聯網路由技術現狀及展望》，研究所

國內外衛星互聯網發展情況

國外已發展多年，其中“星鏈”衛星系統規模最大。20世紀80年代至2000年前后，以摩托羅拉公司“銥星”計劃為代表的多個衛星計劃（全球星、軌道通信、泰利迪斯、天空之橋）提出，“銥星”計劃通過發射66顆低軌衛星構建一個覆蓋全球的衛星通信網，此階段主要以語音、低速數據、短消息等業務為主，后因技術不成熟等原因項目宣告終止。在2000年至2014年，以新銥星、全球星、軌道通信系統公司的衛星互聯網為主，在極端條件下向航空、航海等用戶提供移動通信服務，作為地面通信手段的補充。2014年至今，多家公司相繼推出OneWeb、Starlink、O3b等星座計劃。其中SpaceX公司實施的Starlink星座計劃是全球迄今為止部署在軌衛星最多的成功案例，累計已發射超過3000顆星鏈衛星；O3b星座系統是全球唯一一個成功投入商業運營的中軌衛星計劃。

圖4低軌衛星互聯網演進階段

表2國外主要中低軌衛星計劃

星座計劃

計劃衛星數量（顆）

軌道高度

頻段

目前在軌數（顆）

業務范圍

Starlink

4425

低軌

Ku/Ka

538

語音、數據、寬帶互聯網

OneWeb

720

低軌

Ku/Ka

74

語音、數據、寬帶互聯網

O3b

60

中軌

Ka

16

寬帶互聯網

銥星

75

低軌

L/Ka

75

語音、數據、窄帶移動通信

Orbcomm

64

低軌

-

36

數據通信、定位服務

我國高度重視衛星互聯網，已上升至國家戰略性工程地位。“十三五”期間，以中國航天科技、中國航天科工為主的兩大央企集團分別提出了“鴻雁星座”和“虹云工程”低軌衛星互聯網計劃，并發射了試驗衛星。2020年4月，衛星互聯網被列入新型基礎設施范圍并上升為國家戰略性工程，是我國天地一體化信息系統的重要組成部分。由于空間衛星運行軌道和頻譜資源有限，當前采取“先申報就可優先使用”的搶占方式，很多國家和組織出于自身利益考慮，先占領軌道位置及頻率而后發射衛星，空間衛星頻率與軌道資源日益成為各國搶占對象，因此衛星互聯網對外層空間主動權具有重要戰略意義。

表3國內典型衛星互聯網星座參數情況

公司名稱

星座名稱

數量

軌道參數

主用頻率

發射數量

中國航天科技集團

鴻雁星座

864

1100km(86.4°)

L、S、Ka、V、星間激光通信

1顆在軌

1175km(86.5°)

中國航天科工集團

虹云工程

1728

1048km(80°)

L、S、Ka、V、E、星間激光通信

1顆在軌驗證

1040km(80°)

中國電子科技集團

天地一體化

240

880km(86°)

L、S、Ka、V、星間激光通信

2顆在軌驗證

銀河航天

銀河航天

2520

1165km(87.6°)

Ka、Q、V

1顆在軌驗證

九天微星

九天微星

720

700km(97.63°)

K

7顆在軌

支持政策頻出，發展力度加大。近年來我國頻頻出臺眾多針對性政策和指導意見，積極推進衛星應用產業和商業衛星發展。2022年7月12日，上海市人民政府辦公廳發布《上海市數字經濟發展“十四五”規劃》。《規劃》中提到，將建設空天一體的衛星互聯網，瞄準中低軌路線，完善衛星制造、衛星發射、衛星運營及服務產業鏈，探索天地一體化商業運營新模式。上海將在“十四五”期間啟動多媒體低軌衛星系統初始組網，分階段建設全球覆蓋、技術先進、高效運行的衛星互聯網。

表4中國衛星互聯網領域相關政策

時間

政策文件

說明

2014

《關于創新重點領域投融資機制鼓勵社會投資的指導意見》

鼓勵民間資本研制、發射和運營商業遙感衛星，提供市場化、專業化服務

2015

《國家民用空間基礎設施長期發展規劃(2015-2025)》

提出“利用空間資源，主要為廣大用戶提供遙感、通信廣播、導航定位以及其他產品與服務的天地一體化工程設施”

2016

《十三五國家信息化規劃》

提出“通過移動蜂窩光纖、低軌衛星等多種方式，完善邊遠地區及貧困地區的網絡覆蓋”

2017

《關于推動國防科技工業軍民融合深度發展的意見》

提出“推進軍民結合、寓軍于民的武器裝備科研生產體系建設，推進軍民資源互通共享、相互支撐和有效轉化”

2019

《關于規范對地靜止軌道衛星固定業務Ka頻段設置使用動中通地球站相關事宜的通知》

利用衛星建立傳輸通道主要依賴于傳統衛星轉發器資源，用戶承載量和傳輸速率十分有限，而Ka頻段高通量衛星尤其適用于航空、船舶等通信服務領域，該政策順應了Ka頻段高通量衛星的發展趨勢以及國內用戶對動中通地球站的迫切需求，也有利于引導相關產業合理有序發展

2021

《國資委關于組建中國衛星網絡集團有限公司的公告》

星網集團掛牌成立，有力地推動衛星互聯網空間段原材料雙邊市場建設、地面段通信網絡間融合運營、用戶端“通導謠”數據共享，助衛星互聯網全面快速發展

2022

《上海市數字經濟發展“十四五”規劃》

建設空天一體的衛星互聯網，瞄準中低軌路線，完善衛星制造、衛星發射、衛星運營及服務產業鏈，探索天地一體化商業運營新模式。上海將在“十四五”期間啟動多媒體低軌衛星系統初始組網，分階段建設全球覆蓋、技術先進、高效運行的衛星互聯網

“星鏈”計劃與衛星互聯網

“星鏈”計劃是什么？

“星鏈”是馬斯克的SpaceX公司制定的4.2萬顆衛星發射計劃，目前已發射超3000顆。“星鏈”（Starlink）是美國太空探索技術公司（SpaceX）的一個項目，2015年1月，公司創始人埃隆·馬斯克宣布SpaceX計劃將約1.2萬顆通信衛星發射到軌道,其中1584顆將部署在地球上空550千米處的近地軌道，并從2020年開始工作，這一項目被命名為“星鏈”。2018年3月，SpaceX用獵鷹九號火箭搭載2顆試驗用小衛星成功發射并開展對地通信測試；2019年5月23日，公司利用獵鷹9號運載火箭成功

將“星鏈”首批60顆衛星送入軌道。據有關文件顯示，SpaceX還準備再增加3萬顆，

使衛星總量達到約4.2萬顆。截至2022年8月地日，該公司已累計發射超3000顆“星鏈”衛星。

圖5SpaceX“星鏈”項目發展歷程

圖6“星鏈”系統示意圖 圖7單顆“星鏈”衛星

圖8“星鏈”三個實施步驟

“星鏈”分三步走建設加強版全球組網衛星系統。“星鏈”計劃分為初步覆蓋、全球組網和能力增強三步，第一步發射1600顆衛星到550km軌道(極低軌層)實現初步覆蓋;第二步發射2825顆衛星到1110~1325km軌道(低軌層)實現全球組網;第三步發射37518顆衛星到328~580km軌道(極低軌層)增強“星鏈”星座的服務能力。

資料來源：《“星鏈”星座的軍事應用分析》，研究所

表5“星鏈”系統的特點

特點

說明

規模龐大

“星鏈”計劃分3期建成，總規模接近4.2萬顆衛星，是目前為止最龐大的衛星發射計劃。未來其建成后，也將是最大的近地軌道衛星星座，由此將帶來近地軌道頻段資源競爭、空間擁擠等問題

發射成本低

“星鏈”計劃使用獵鷹9號火箭進行發射，并采用“一箭多星”發射方式。火箭發射后還

可回收再利用，已達到“一箭9發9回收”水平，這些都大大降低了“星鏈”計劃的發射

成本。相比傳統火箭動輒上千萬美元的發射費用，“星鏈”計劃的單次發射成本僅120萬美元，未來還會有所降低

軍事用途廣

盡管“星鏈”計劃被定義為商業衛星網絡，但其應用范圍包括通信傳輸、衛星成像、遙感探測等，同樣適用于軍事領域，“星鏈”還可以解決美國本土與海外軍事基地的無縫連接問題，以及困擾美國防部許久的5G網絡建設中的既有頻譜占用和騰退問題等，今年3月份“星鏈”已實現為美軍F-35傳輸作戰數據和信息，速度相比傳統方式提高了30倍

“星鏈”工作方式有透明轉發信息和通過星間鏈路直接連接服務兩種。“星鏈”系統是天基網，工作方式主要有兩種：1）透明轉發信息方式，即先在反向鏈路中實現用戶終端→衛星→信關站，然后在前向鏈路中實現信關站→衛星→用戶終端；2）通過星間鏈路直接連接服務和用戶，交換模為用戶1→衛星1→信關站→衛星1→衛星2→用戶終端2（用戶鏈路→饋電鏈路→饋電鏈路→用戶鏈路）。

圖9透明轉發模式 圖10星上路由交換模式

資料來源：《“星鏈”衛星系統及國內衛星互聯網星座發展思考》，研究所

資料來源：《“星鏈”衛星系統及國內衛星互聯網星座發展思考》，研究所

表6“星鏈”網絡系統建設方案變化趨勢

趨勢特點

說明

衛星數目不斷增加

從一期4408顆衛星(原計劃4425顆)，到二期7518顆衛星，目前正在申請的三期已經多

達3萬顆衛星，總共計劃發射4.2萬顆星鏈衛星，數量的增加反映了衛星制造和發射技術的不斷成熟，最終能夠帶來系統傳輸容量的提升。

工作頻率逐步提高

Starlink系統從一期到三期的工作頻段分別設置于Ku/Ka波段、v波段和E波段，更高頻段的率先使用有利于SpaceX公司對其他競爭企業進行卡位。

軌道高度越來越低

最初申請一期時，軌道高度位于1100~1325km，2018年11月將其中1584顆衛星降低至550km，2020年4月將剩余2824顆衛星軌道降低至540~570km；二期大幅降低軌道高度，低至340km。軌道高度的降低一方面反映了Starlink系統對于系統低延時的極致追求，提高了用戶使用體驗，另一方面可以使全部衛星迅速離軌，避免產生太空垃圾，滿足監管要求。

衛星互聯網產業鏈

衛星互聯網產業鏈主要包含了衛星制造、衛星發射、地面設備、衛星運營及服務四大環節。其中衛星制造環節主要包括衛星平臺和衛星載荷。衛星平臺包含結構系統、供電系統、推進系統、遙感測控系統、姿軌控制系統、熱控系統以及數據管理系統等;衛星載荷環節包括天線分系統、轉發器分系統以及其它金屬/非金屬材料和電子元器件等。衛星發射環節包括火箭制造以及發射服務。

圖11衛星平臺系統 圖12衛星載荷系統與衛星發射環節

圖13地面設備系統 圖14衛星運營及服務

美國在軌衛星數量居首，產業鏈收入集中在地面設備制造和衛星運營服務環節。根據UCS數據，2021年全球在軌衛星數量4852顆，其中中國在軌衛星數量為499個，占所有在軌衛星比重的10.28，為世界第二大在軌有效衛星的擁有國；而美國在軌衛星數量為2944個，是中國的5.9倍。根據SIA數據，2020年全球衛星產業收入主要來自于地面設備制造和衛星服務業，其中地面設備制造業2020年收入占比約為50，主要包括大眾消費設備和網絡設備；衛星服務業收入約占比44，主要包括衛星通信、衛星遙感、空間科學和國家安全；衛星發射和衛星制造業分別占比2和5。

2

5

50

44

地面設備制造 衛星運營服務 衛星制造 衛星發射服務

1240

169

2994

499

美國 中國 俄羅斯 其他

圖15全球衛星產業收入分布（2020） 圖16各國在軌衛星數（2021）

衛星互聯網的用途

衛星互聯網的四大用途：1）實現人口全覆蓋。歐美發達國家人口密度相對較低，進行固定寬帶尤其是光纖的鋪設成本高昂且收回時間較長，此外信息通信基礎設施同樣不夠完善的“一帶一路”沿線國家同樣有需求。2）實現區域全覆蓋。傳統地面通信服務很難覆蓋的航海、航空、島嶼等區域也有較強的網絡接入需求。3）與地面通信形成優勢互補。早在2020年6月發布的5G標準R16中，就有衛星互聯網的技術文檔納入其中，6G研發工作已經將衛星互聯網納入其中并作為重要組成部分，未來衛星互聯網將與5G和6G等地面移動通信網絡平滑切換。4）占領稀缺軌道資源，維護國家安全。按照衛星軌道資源先到先得的國際原則，先發國家發射的低軌道衛星將會搶占更多軌道資源。同時衛星在軌道運行難以受到有效監控和管理，與國家安全也密切相關。

衛星發射數量近年來增速加快。2012年，全球新發射衛星數量僅132顆，2021年全球新發射衛星達到1827顆，期間年復合增長率為33.9，隨著衛星互聯網下游端的需求刺激，預計未來全球每年衛星發射數還將持續增長。

增速（）

新發射衛星數量（顆）

2012201320142015201620172018201920202021

-50

0

0

132207261236222

500

568524

444

50

1000

100

1263

1500

150

2000 1827

圖17低軌衛星通信核心應用場景 圖182012-2021年全球新發射衛星數量及增速

火箭回收技術和“一箭多星”是衛星高密度發射降本增效的有效途徑，兩種技術我國均自主掌握。作為目前世界上最便宜的獵鷹-9火箭總造價約為5000多萬美元，如果能回收并可低成本重復使用獵鷹-9火箭的第一級，可降低火箭成本80；如果第一二級火箭都能回收并低成本重復使用，則可降低火箭成本的99。另一種降本增效的有效方式就是“一箭多星”，單次火箭發射攜帶多顆衛星的方式可以降低成本，大幅度提高研制效率、發射效率，滿足高密度發射的任務需求。今年2月，長征八號遙二

運載火箭搭載著22顆衛星成功發射，創造了我國單次發射衛星數量最多的紀錄。衛星

回收方面，今年8月26日，由中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院自主研制的升力式亞軌道運載器重復使用飛行試驗獲得圓滿成功。

圖19長征八號一箭22星成功發射 圖20SPACEX火箭回收圖解

中國衛星互聯網發展前景

“虹云”系統和“鴻雁”系統為開啟中國版“星鏈”打下基礎。“虹云”系統是我國首個低軌星座衛星移動通信系統，由中國航天科工集團研制開發，計劃發射156顆衛星，軌道高度為1000km。“虹云”系統計劃分三步走，第一步計劃在2018年前，發射第一顆技術驗證星，實現單星關鍵技術驗證；第二步到“十三五”末，發射4顆業務試驗星，組建一個小星座，讓用戶進行初步業務體驗；第三步到“十四五”末，實現全部156顆衛星組網運行，完成業務星座構建。

圖21虹云工程衛星 圖22虹云工程規劃

“鴻雁”系統是航天科技集團研發的集通信、導航增強于一體的低軌衛星星座。按照規劃，“鴻雁”星座分為兩步建設，一期工程將由60顆衛星組網，實現“一帶一

路”區域覆