2023年10月10日星期二

大星座不再意味着小卫星


随着地球低轨道卫星重量逐渐增大,全球最大的几家星座运营商都在开发显著增大的二代卫星。

不论是卫星数量还是重量,SpaceX的星座都远远大于其它星座。他们在过去4年里将4000多颗卫星送入轨道,目前单星发射重量大约在200到300公斤之间,已经接近500公斤的小卫星划分标准(有的标准认为1200公斤以下为小卫星)。

星链V2卫星重量大约在2000公斤,远超上述标准,将进一步巩固SpaceX是世界上最大星座拥有者的称号。相比而言,遥感星座运营商Planet公司在轨的数百颗卫星大多重4公斤左右。

在等待星舰重型火箭发射全尺寸星链V2卫星以提升宽带服务的过程中,SpaceX公司从今年2月开始发射过渡改进型星链V2 Mini卫星。SpaceX并未透露这款卫星的细节,但相关审批文件显示其单星重量为800公斤左右。

OneWeb目前拥有634颗在轨卫星,从数量上来说是世界第二大星座,单星重150公斤左右。该公司已经表示,第二代卫星将更大,单星重约500公斤。

欧洲咨询首席顾问Maxime Puteaux表示,卫星运营商将始终倾向于重量更大的二代卫星,而不是随着小型化技术的发展而变得更小。

即便成本更高,较大卫星的载荷容量和设计寿命都更大,提高的成本很容易被整个星座网络产生的效益抵消。

技术发展

不论是通信还是遥感,运营商都在试图寻找成本和能力间的平衡。

与静止轨道高通量卫星相比,低轨卫星通常单星覆盖范围更小。这一点驱使低轨卫星运营商选择灵活载荷技术以实现低轨卫星由于更接近地面因而延时更低的优势。这些技术包括星间链路、可驱动以及可塑性波束,以最大程度的提高通信容量。

Puteaux补充说:“在高通量卫星系统领域,硬件能力已经有了指数级的增长”,如果以“Mbps每公斤”作为衡量的指标,星链和OneWeb都已经超过了大多数静止轨道高通量卫星。

通过利用小型化技术和规模效益,低轨卫星企业希望降低卫星单位通信能力的成本,并提升单位质量的通信能力。

例如,星链一代卫星已经达到了能力的上限,需要更高的通信能力和更大的卫星,同时也能充分的利用星舰的大小和运载能力。

静止轨道卫星创业企业Swissto12公司CEO Emile de Rijk指出,按照目前的卫星通信市场价格,低轨星座要在运营寿命期内收回成本仍然具有挑战,他说:“低轨宽带星座的单位成本仍然显著高于静止轨道宽带卫星。”

为了解决这个问题,低轨运营商都在努力进行技术投入,在下一代星座上采用能力更强、更加灵活的载荷,以获得更大的通信能力。

Rijk补充说,星间激光通信也在帮助运营商优化地面部分的成本,因为星间链路可以减少对地面站的需要。

二代星座通常更容易

咨询公司Summit Ridge集团创始人Armand Musey表示,单位Mpbs的成本一般会随着卫星体积的增大而减小,但大于市场需求的通信能力是没有意义的。

他说,考虑到星链项目市场反应良好,SpaceX公司很自然会选择更大的卫星以进一步扩大市场。

Musey说,卫星和多数事情一样,第二次做会变的更容易。优势包括更多的技术和生产经验,对管理制度更深的理解,以及已有的销售渠道和市场。他估计二代星座的生产成本要比第一代便宜10-20%,同时速度很可能更快,风险更小。

由于猎鹰9号火箭发射的支持,星链在卫星部署速度上比OneWeb更快;星链在市场上获得的成功也促使其它公司选择更大的卫星。

在去年亚马逊与多家重型火箭服务商签订数十亿美元的合同后,分析人士认为亚马逊公司正样卫星的重量在500公斤以上,计划今年年底开始发射。

资金储备雄厚的公司选择减小卫星重量以节约成本的可能性较小。

小卫星星座逐渐变大

欧洲咨询预期小卫星的发射总量将在未来几年内达到顶峰,并在2030年以前开始下降。

尽管小型化技术不断发展,Puteaux预期对性能、更多传感器、推进器以及其它硬件的需求将导致小卫星重量逐渐增大,甚至包括较小的星座。

最初专攻小卫星研发的企业,例如LeoStella,Terran Orbital以及NanoAvionics都在逐渐开发更大的卫星以迎合上述趋势。

8月6日,LeoStella公司推出了最新一代LS300型卫星平台,搭载载荷后的总重量可达到500公斤。该公司CEO Tim Kienberger 表示,不断降低的发射成本是推动该公司以及其它低轨卫星制造企业开发更大卫星的主要原因。

Kienberger表示,在过去搭载发射机会较少的情况下,“将500公斤的卫星送入轨道就几乎意味着一次专用发射”,成本大约在1到2亿美元之间。

发射重量更大,功能更多的卫星在提高性价比的同时,也为宇航产业带来了新的商业模式。Kienberger说:“现在我们整星重量已经达到500公斤以上”,“以往,即便是5年以前,成本都会是现在的3-4倍,同时性能更低。”

500公斤最佳平衡点

Terran Orbital 公司大约在10年前开始微纳卫星的研发,最初的卫星体积1U,重量不到1.33公斤,从此以后其卫星重量不断增大。该公司CEO Marc Bell said介绍说,公司在制的最大卫星重800公斤,但目前低轨卫星市场的最佳平衡点在500公斤左右,他说:“目前500公斤重量卫星的投入产出比是最高的。”

LeoStella公司目前对此观点表示同意,Kienberger说,未来发射服务商还将大幅度降低发射成本,发射重量将继续增大。

Kienberger说:“5年以前,我会认为300公斤是最佳平衡点。”

欧洲咨询认为,短期内并存在单一最佳重量,Puteaux说,“我不认为500公斤适合所有项目。”

小GEO卫星

在低轨卫星越来越大的同时,处在轨道高度范围另一端的静止轨道卫星正在变小,越来越多的企业开始推出小GEO卫星产品。

近期,Swissto12将3颗洗碗机大小的卫星出售给了Inmarsat公司。以往,Inmarsat公司采购的卫星和公共汽车差不多大小,通信容量也更大。

Swissto12公司CEO Emile de Rijk认为,很难将低轨卫星和静止轨道卫星重量的变化趋势进行比较,因为二者本质上是不相关的。

他说,以通信容量为代价,减小静止轨道卫星的体积和重量是为了大幅度降低成本,缩短研制周期。

这样可以使静止轨道卫星运营商和电信服务商更快的推出新的区域服务,逐步增加现有市场的服务能力,以及填补卫星覆盖区的空白,以往如果使用大卫星来填补空白,成本将过高。

同时,小GEO卫星也更适合小国家,能够以更有性价比的方式拥有一颗专用卫星保障通信的安全和自主。

Emile de Rijk认为,尽管不同轨道的通信卫星项目都具有发展前景,但目前星链和其它低轨通信卫星项目仍未达到盈利的状态。

提升低轨宽带项目的经济效益需要时间,未来的发展如何还有待观察。


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