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2021年6月30日，美國SpaceX公司使用獵鷹9號(hào)火箭成功發(fā)射88顆衛(wèi)星。截至目前，SpaceX的星鏈（StarLink）計(jì)劃累計(jì)在軌衛(wèi)星已超3000多顆。SpaceX的創(chuàng)始人埃隆·馬斯克在2021年6月末的世界移動(dòng)通信大會(huì)的主題演講中表示，到當(dāng)年8月份，StarLink將實(shí)現(xiàn)除極地以外所有地方的全球互聯(lián)互通。
2021年7月1日，英國OneWeb公司的第8批，36顆通信衛(wèi)星搭乘火箭成功發(fā)射。截至目前，OneWeb在軌衛(wèi)星320多顆。發(fā)射成功后，OneWeb發(fā)布聲明表示，其已準(zhǔn)備好為英國、加拿大、阿拉斯加、北歐、格陵蘭和北極地區(qū)提供連接，并計(jì)劃于2022年向全球提供服務(wù)。
2021年以來，商業(yè)航天公司以人類歷史從未有過的速度在太空快速部署星座，也將“低軌衛(wèi)星通信”這一原本遠(yuǎn)離大眾視野的領(lǐng)域推到了臺(tái)前。
所謂地軌衛(wèi)星通信：是按軌道高度分類的衛(wèi)星通信的種類之一，因其傳輸延時(shí)短，路徑損耗小，整體制造成本低等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是路基通信的有效補(bǔ)充，是實(shí)現(xiàn)第六代移動(dòng)通信系統(tǒng)（6G)必不可少的重要手段。
令人眼花繚亂的衛(wèi)星發(fā)射速度，不僅讓世人開始憧憬衛(wèi)星通信帶來的便利，也將諸如SpaceX、OneWeb的商業(yè)航天公司推上“神壇”，使其成為大眾眼中憑一己之力打敗各國政府的商業(yè)典范。
然而這些成就是否真的如世人想象的那樣是“一家之功”？這些公司在衛(wèi)星通信領(lǐng)域又有什么影響深遠(yuǎn)的突破？筆者將從這兩個(gè)問題展開，幫助讀者進(jìn)一步了解低軌衛(wèi)星。
商業(yè)低軌衛(wèi)星快速組網(wǎng)是各國政府和整個(gè)
航天工業(yè)合力推動(dòng)的結(jié)果
如果仔細(xì)回顧SpaceX、OneWeb等商業(yè)航天公司的發(fā)展歷程，我們便很難斷言它們是“白手起家”的。不論是政府，還是現(xiàn)有的整個(gè)航天工業(yè)，都在很大程度上推動(dòng)了它們的成功。
以SpaceX為例，美國政府和其發(fā)達(dá)的航天工業(yè)對(duì)SpaceX的支持幾乎是全方面的。
早在二十一世紀(jì)初，美國政府便相繼頒布了《國家航天運(yùn)輸政策》、《美國國家航空政策》要求美國國家航空航天局（NASA）轉(zhuǎn)變發(fā)展核心到科學(xué)研究和深空探測(cè)領(lǐng)域，讓出近地空間業(yè)務(wù)給私營航天公司，其中就包含剛成立不久的SpaceX。
2015年，美國政府通過《關(guān)于促進(jìn)私營航天競(jìng)爭力、推進(jìn)創(chuàng)業(yè)的法案》和《商業(yè)航天發(fā)射競(jìng)爭法案》，為商業(yè)航天發(fā)展徹底掃清障礙。
2017年，美國政府成立美國國家太空委員會(huì)，目的在于從政策、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上全面扶植商業(yè)航天發(fā)展。
SpaceX在成立之初并沒有研制大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的能力，正是NASA向SpaceX開放了“阿波羅”登月和航天飛機(jī)研發(fā)的大量技術(shù)報(bào)告，轉(zhuǎn)移了大量成熟技術(shù)。其中包括用于載人登月的梅林發(fā)動(dòng)機(jī)的全套技術(shù)。SpaceX才得以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改造升級(jí)，研制出了“獵鷹”9號(hào)火箭。
NASA還利用自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)加強(qiáng)對(duì)SpaceX的技術(shù)指導(dǎo)，通過直接派駐技術(shù)人員和專利轉(zhuǎn)讓等方式幫助其發(fā)展和驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)。例如，NASA幫助SpaceX公司開發(fā)了新的粘接材料，解決了“獵鷹”9一級(jí)火箭外殼上防熱層因低溫而脫落的難題，為其實(shí)現(xiàn)火箭重復(fù)使用目標(biāo)提供了關(guān)鍵的技術(shù)支持。
NASA、國防部等機(jī)構(gòu)多次和SpaceX簽訂了價(jià)值不菲的合同，保障了SpaceX的收入來源。
2008年NASA與SpaceX簽訂了價(jià)值16億美元的商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)合同，拯救了瀕臨破產(chǎn)的SpaceX；
2016年4月至2020年8月美國國防部與SpaceX簽訂了多個(gè)發(fā)射合同，總價(jià)值超過10億美元；
2020年10月，美國國防部太空發(fā)展署（SDA）向SpaceX授予了1.491億美元的合同，為國防部生產(chǎn)導(dǎo)彈跟蹤衛(wèi)星等。
得益于美國航天工業(yè)的繁榮，SpaceX能夠招募到眾多曾在大型航天企業(yè)任職的人才。
包括：美國最大發(fā)動(dòng)機(jī)制造商湯普森·拉莫·伍爾德里奇公司的液體推進(jìn)專家湯姆·穆勒（Tom Mueller）他設(shè)計(jì)制造過世界最大的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)“灰背隼”1
波音公司的蒂姆·布薩（Tim Buzza），他曾擔(dān)任2015年“德爾他4”（Delta4）火箭的測(cè)試主管；麥道飛機(jī)公司的克里斯·湯普森（Chris Thompson），他曾擔(dān)任“大力神”（Titan）火箭的首席設(shè)計(jì)師等。
這些人才的引進(jìn)為SpaceX公司帶來了成熟的技術(shù)和先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)，更節(jié)約了人力培訓(xùn)的費(fèi)用和時(shí)間成本。
OneWeb的成功也離不開英國政府和全球航天工業(yè)的支持。
英國國家航天中心（BNSC）自1991年起至二十一世紀(jì)初，不斷出臺(tái)航天政策和發(fā)展戰(zhàn)略，努力促進(jìn)航天商業(yè)化和航天工業(yè)界的兼并重組，推動(dòng)英國航天工業(yè)在通信衛(wèi)星，對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，小衛(wèi)星和衛(wèi)星軟件等領(lǐng)域的發(fā)展。
同時(shí)突出航天合作，通過對(duì)歐洲乃至更大范圍的合作活動(dòng)進(jìn)行密切協(xié)調(diào)，來滿足國家對(duì)實(shí)用空間系統(tǒng)的需求。
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2014年，英國政府發(fā)布了《航天創(chuàng)新與發(fā)展戰(zhàn)略（IGS）行動(dòng)計(jì)劃2014-2030》和《國家空間安全政策（NSSP）》，旨在挖掘英國的航天產(chǎn)業(yè)潛力，進(jìn)一步擴(kuò)大政府部門間、國家和國際合作伙伴間的合作，使英國航天產(chǎn)業(yè)在2030年前達(dá)到400億英鎊，把英國的全球航天市場(chǎng)份額從6.5%提高到10%。
正是因?yàn)橛畬?duì)航天工業(yè)的大力支持和長期堅(jiān)持開展國際合作的策略，OneWeb才得以建立了來自英國、法國、美國、俄羅斯等國的全球航天產(chǎn)業(yè)的配套體系。
具體而言，OneWeb在衛(wèi)星制造、發(fā)射和營銷環(huán)節(jié)聯(lián)合了全球各領(lǐng)域中的龍頭企業(yè)。
此外，在OneWeb因新冠疫情與最大投資者軟銀談判破裂而申請(qǐng)破產(chǎn)之際。英國政府聯(lián)合印度電信巨頭Bharti，各出資5億美元，和OneWeb最終簽署了收購協(xié)議。也正是這10億美元，幫助OneWeb度過了危機(jī)，其衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃才得以順利進(jìn)行。
事實(shí)上，除了上述兩家，加拿大的Telesat、印度的Astrome、德國的KLEO Connect以及中國的銀河航天等商業(yè)航天公司也都在很大程度上得到各自政府和航天工業(yè)的支持。
因此，低軌衛(wèi)星通信雖然在表面上脫離了以政府為絕對(duì)主導(dǎo)的格局，增加了各類新玩家，但究其本質(zhì)，仍然是以國家為單位的、比拼綜合科技實(shí)力的領(lǐng)域。
衛(wèi)星研發(fā)制造開始從“定制化”時(shí)代
邁入“工業(yè)化”時(shí)代
雖然SpaceX、OneWeb并不是完全靠自身的技術(shù)發(fā)展獲得現(xiàn)在的成就，但它們的參與的的確確給衛(wèi)星通信領(lǐng)域帶來了前所未有的改變，其中影響最深遠(yuǎn)的改變莫過于衛(wèi)星的研發(fā)制造開始從“定制化”時(shí)代邁入“工業(yè)化”時(shí)代。
傳統(tǒng)的中高軌通信系統(tǒng)部署的特點(diǎn)是以國家任務(wù)為主，衛(wèi)星數(shù)量少，體積大，在軌壽命長，對(duì)部署的成功率要求非常高。
因而這些衛(wèi)星多是定制化生產(chǎn)，配套都需要達(dá)到宇航級(jí)，并且需要通過嚴(yán)格的總裝、測(cè)試和試驗(yàn)（AIT）流程。其研發(fā)生產(chǎn)周期往往要達(dá)到數(shù)年時(shí)間。
以美國寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)（WGS）為例，該系統(tǒng)主要用于軍事通信。
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而SpaceX和OneWeb計(jì)劃部署的低軌通信系統(tǒng)的特點(diǎn)是主要以商業(yè)組網(wǎng)為主，衛(wèi)星的數(shù)量多，體積小，在軌壽命短，相比于高軌，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)更加注重成本管控和部署效率。
因而企業(yè)級(jí)配套就能滿足衛(wèi)星生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，并且其AIT流程也非常快速。部分企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的工業(yè)化生產(chǎn)，研發(fā)生產(chǎn)周期可大幅縮短為周甚至天。
以O(shè)neWeb為例，為了滿足第一代通信系統(tǒng)600余顆衛(wèi)星的快速部署需要，OneWeb采取了多種措施提升衛(wèi)星研發(fā)和生產(chǎn)的效率：
OneWeb基于模塊化設(shè)計(jì)理念，將衛(wèi)星分為若干塊可獨(dú)立組裝測(cè)試的模塊，實(shí)現(xiàn)快速集成，并將功能相似設(shè)備進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，以降低部件數(shù)量。
OneWeb通過與空客公司（Airbus）合作并借鑒現(xiàn)代汽車制造業(yè)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新地采用世界首條衛(wèi)星生產(chǎn)流水線，實(shí)現(xiàn)了一體化的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、總裝與測(cè)試流程。這使得OneWeb衛(wèi)星的制造速度能夠?qū)崿F(xiàn)每月40顆，單星制造成本為120萬美元。
而SpaceX也實(shí)施了多項(xiàng)舉措，以最大程度降低成本，提升效率。
SpaceX選擇購買標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品而非定制產(chǎn)品。以星載計(jì)算機(jī)和控制器為例，SpaceX沒有選擇價(jià)格昂貴的宇航級(jí)器件，而是創(chuàng)造性地選擇了Intel的X86雙核處理器，大大降低了采購成本。
SpaceX選擇用大量自研代替外包，降低成本。另外，SpaceX也會(huì)對(duì)技術(shù)進(jìn)行必要性和可行性研判，以確定技術(shù)的優(yōu)先級(jí)，針對(duì)不同級(jí)別的技術(shù)實(shí)施差異性研發(fā)策略。
對(duì)非關(guān)鍵技術(shù)不追求先進(jìn)，而是大量采用低成本高可靠性的老舊成熟適用技術(shù)，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)則高度重視和堅(jiān)持自主創(chuàng)新，掌握核心競(jìng)爭力。
SpaceX引進(jìn)了3D打印技術(shù)，通過3D模型進(jìn)行產(chǎn)品的預(yù)測(cè)試，在極大程度上降低了測(cè)試的成本。
SpaceX采用了扁平化、集約化的組織管理模式，讓每個(gè)崗位都高效工作，并可及時(shí)進(jìn)行信息共享、技術(shù)共享、人員協(xié)同，最大程度地簡化決策制定和傳遞流程，提高了運(yùn)作效率。
這些舉措使SpaceX擁有每月出廠120顆衛(wèi)星的能力，單星制造成本可以控制在50萬美元左右。
SpaceX和OneWeb顯著的效率和成本優(yōu)勢(shì)，不僅讓它們躍升成為低軌衛(wèi)星通信的頭部企業(yè)，也在全球范圍內(nèi)掀起了衛(wèi)星研制“工業(yè)化”的浪潮。
以國內(nèi)航天工業(yè)為例，近年衛(wèi)星研制工業(yè)化的步伐明顯加快，各類衛(wèi)星工廠紛紛落地。
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同年，東方紅衛(wèi)星與埃華路機(jī)器人合作，計(jì)劃通過智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)商業(yè)微小衛(wèi)星局部生產(chǎn)線的裝配自動(dòng)化；此外，上海微小衛(wèi)星工程中心多年前就開始在上海規(guī)劃建設(shè)衛(wèi)星研制基地。
基地一期建成后，可同時(shí)承擔(dān)100顆以上微納衛(wèi)星的研制。二期計(jì)劃建設(shè)一座衛(wèi)星創(chuàng)新工廠，計(jì)劃2021年底竣工投產(chǎn)，投產(chǎn)后具備600顆商業(yè)微納衛(wèi)星的研制生產(chǎn)能力。
航天科技集團(tuán)八院科技委秘書長潘軍在2020年中國航天大會(huì)上表示，國內(nèi)商業(yè)小衛(wèi)星發(fā)射需求在未來5-10年內(nèi)將呈指數(shù)級(jí)增長，有望超過4000顆。
爆炸式增長的衛(wèi)星部署需求，無疑將倒逼國內(nèi)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)提升產(chǎn)能，加速商業(yè)航天的工業(yè)化時(shí)代到來。
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移動(dòng)通信系統(tǒng)從第一代（1G）發(fā)展到第四代（4G），每一代都曾給大眾生活、經(jīng)濟(jì)、乃至國家?guī)砹司薮蟾淖儭Ｈ缃竦谖宕苿?dòng)通信系統(tǒng)（5G）還在如火如荼地建設(shè)中，低軌衛(wèi)星通信便已經(jīng)帶著6G的光環(huán)進(jìn)入我們的視野。
而隨著各國政府和全球航天工業(yè)的合力推動(dòng)，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的部署成本將繼續(xù)降低，部署效率將繼續(xù)提升，更多低軌通信衛(wèi)星將被送入太空，組成眾多覆蓋全球的通信系統(tǒng)。
屆時(shí)，人們將正真擺脫地域、空間的限制，無時(shí)無處都能夠享受高速、低延時(shí)且經(jīng)濟(jì)的通信服務(wù)，人類社會(huì)的方方面面也將迎來巨大的變化。
和所有熱愛和敬仰中國航天工業(yè)的人一樣，筆者希望且堅(jiān)定地相信，未來那些日夜不息飛行在近地軌道的通信衛(wèi)星中，一定少不了那道紅色的身影。
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