+ 藍(lán)天翼

前兩篇文章分別論述了中繼衛(wèi)星商業(yè)化的趨勢，及傳統(tǒng)地面站網(wǎng)運營商的應(yīng)對。除了雄踞地球南北極站點、及地面站網(wǎng)市場的KSAT和SSC公司，近年來一些新興的初創(chuàng)公司陸續(xù)進(jìn)入地面站網(wǎng)運營商行列，本文將對部分具有代表性的公司，及行業(yè)的發(fā)展趨勢進(jìn)行介紹。

一、新興地面站網(wǎng)運營商

1、RBC Signals

RBC Signals成立于2015年，其理念是將全球閑置的地面站資源進(jìn)行整合，為LEO衛(wèi)星用戶提供地面站網(wǎng)的服務(wù)。

盡管RBC Signals至今只有250萬美元的融資，但通過三年的努力，目前已經(jīng)擁有全球超過25個合作伙伴，以及在41個站址的超過63副天線資源（圖1）。相比較于其他新興地面站網(wǎng)公司，RBC Signals在亞洲和俄羅斯的地面站資源明顯占優(yōu)勢。

在RBC Signals公司的發(fā)展過程中我們可以注意到，盡管從一開始，公司的起點是通過收集閑置或有閑置時間的地面站進(jìn)行資源整合提供服務(wù)，但最后仍然邁出了自建站的一步——2017年6月，RBC Signals在阿拉斯加部署了第一個自有的地面站。

圖1 RBC Signals公司地面站資源圖

圖2 ATLAS公司地面站資源圖

這樣的趨勢與近年來融資大熱的出行領(lǐng)域一致——共享資源能夠在初期解決服務(wù)范圍和用戶規(guī)模問題，幫助快速起步，但隨著用戶對服務(wù)質(zhì)量的追求不斷提升，擁有自有的服務(wù)資源就成為中后期競爭和發(fā)展的關(guān)鍵。

2017年7月，RBC Signals開始為商業(yè)衛(wèi)星星座Sky and Space Global的三顆試驗衛(wèi)星提供服務(wù)。

2018年，RBC Signals與ISRO的Antrix簽署協(xié)議，將Antrix的32m的地面站納入其站網(wǎng)體系，使得RBC Signals具備了深空探測飛行器的數(shù)據(jù)接收能力。

同時RBC Signals也宣布了新的計劃，將開發(fā)光通信技術(shù)以滿足未來服務(wù)于深空探測和LEO上日益增多的采用激光通信技術(shù)的衛(wèi)星，并在今年10月的國際宇航大會（IAC）上與厄瓜多爾航天局簽署諒解備忘錄，將共同開發(fā)激光通信系統(tǒng)以支撐哥倫比亞-厄瓜多爾月球計劃。

2.、ATLAS Space Operations

ATLAS是一家成立于2015年的創(chuàng)業(yè)公司，它致力于為衛(wèi)星用戶提供衛(wèi)星通信服務(wù)。

ATLAS的解決方案有兩個，一是以軟件為中心，基于云的Freedom 軟件平臺，這種軟件能夠使用戶降低昂貴的軟件開發(fā)費用，簡化操作；二是不斷擴(kuò)充的地面天線網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)圍繞Freedom軟件平臺構(gòu)建，為衛(wèi)星運營商和發(fā)射服務(wù)公司提供簡單、經(jīng)濟(jì)和可擴(kuò)展的選擇。目前ATLAS已經(jīng)擁有全球超過20個位置的天線資源（圖2），與RBC Signals不相上下。

ATLAS在2018年與BlackSky公司簽署協(xié)議，將為BlackSky星座提供多達(dá)60顆衛(wèi)星的遙控遙測和數(shù)據(jù)接收服務(wù)。

值得注意的是，Bl ac k Sk y的投資人SpaceFlight Industries（SFI）公司，曾計劃建設(shè)運營衛(wèi)星地面站網(wǎng)系統(tǒng)，但最后還是選擇了將自己的地面站加入更大的站網(wǎng)公司，讓BlackSky購買站網(wǎng)公司的服務(wù)。

圖3 SFI公司曾計劃在2017年實現(xiàn)地面站網(wǎng)全球覆蓋，然而事與愿違

圖4 Bridge Sat公司規(guī)劃的全球共9個激光通信地面站

3、 SpaceFlight Insudtries

SFI公司的主營業(yè)務(wù)并非地面站網(wǎng)，而是發(fā)射服務(wù)，但隨著業(yè)務(wù)的不斷增長，2015年，SFI公司宣布了自己的站網(wǎng)計劃，希望通過自建+共享的模式，用2年的時間達(dá)到可觀的全球站網(wǎng)規(guī)模（圖3）。

遺憾的是，三年后的2018年，Black Sky公司僅僅擁有不超過3個地面站，雖然其宣稱將在2019年建成10個地面站的網(wǎng)絡(luò)，但三個月后，BlackSky就宣布與ATLAS公司達(dá)成合作，意味著放棄自建站網(wǎng)計劃。

SFI公司負(fù)責(zé)人曾在2016年的專訪中表示，希望能夠充分利用SPIRE公司的地面站過剩容量，將其集成到自己的網(wǎng)絡(luò)中，在SFI單獨開辟一個部門進(jìn)行地面站網(wǎng)的業(yè)務(wù)。但顯然，這條道路并沒有走通。

4、BridgeSat

BridgeSat公司成立于2015年，同樣是從事地面站網(wǎng)系統(tǒng)服務(wù)的創(chuàng)業(yè)公司，差異化的是，其地面站網(wǎng)并不使用射頻，而是全部采用光通信技術(shù)（圖5）。

由于激光通信地面站數(shù)量少，BridgeSat的業(yè)務(wù)無法采用類似“共享”的商業(yè)模式，只能自建，所以其地面站數(shù)量遠(yuǎn)比采用射頻的地面站網(wǎng)公司要少得多。目前BridgeSat規(guī)劃的地面站網(wǎng)絡(luò)一共只有9個站址（圖4）。

考慮到衛(wèi)星上的激光通信載荷遠(yuǎn)沒有射頻終端多，為了提升業(yè)務(wù)量，BridgeSat推出整體解決方案，與SSTL、Tesat等通信設(shè)備廠家合作，為用戶提供激光通信終端。BridgeSat已經(jīng)與芬蘭SAR衛(wèi)星運營商ICEYE簽署協(xié)議，將為后者提供星載終端和地面站網(wǎng)絡(luò)以解決其目前數(shù)傳裝置過大、功率過高的問題。

BridgeSat是地面站網(wǎng)公司中少數(shù)獲得航天巨頭基金青睞的公司之一，波音公司的HorizonX基金在2018年9月宣布參與BridgeSat的B輪融資，投資金額達(dá)到1000萬美元。

激光通信技術(shù)更能代表未來衛(wèi)星通信技術(shù)的趨勢，盡管RBC Signals、ATLAS等初創(chuàng)公司能夠迅速達(dá)到規(guī)模效應(yīng)并開始有收入，但像BridgeSat這樣的公司代表的未來趨勢才是波音等行業(yè)龍頭在Space 2.0時代更為看中的。

5、InfoStellar Inc.

日本Infostellar公司的愿景，是通過建立世界上最大的空間通信基礎(chǔ)設(shè)施，將地球上的互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展到外太空。其目標(biāo)是希望人們在外太空和其他星球上生活和工作的時候，能夠通過它們的空間基礎(chǔ)設(shè)施與地球進(jìn)行通信，就像當(dāng)下位于地球上不同國家的人們之間進(jìn)行視頻聊天一樣容易。

這個愿景能夠?qū)崿F(xiàn)的前提，就是要有一個遍布地球的地面站網(wǎng)，而Infostellar就通過類似Airbnb等短租平臺的模式，在全球運營起了這樣的一個天線共享網(wǎng)絡(luò)——StellarStation。

地面站或天線的所有者可以在StellarStation的平臺上銷售他們的閑置時間，衛(wèi)星運營商可以通過支付較低的費用來接入這些天線的使用。Infostellar預(yù)計，由于現(xiàn)有的地面基礎(chǔ)設(shè)施遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上一年400~600顆衛(wèi)星的發(fā)射速度，這將會成為Infostellar的主要收入來源，Infostellar的CEO表示，2022年這一市場價值預(yù)計將達(dá)3~5億美元。

以日本為中心，StellarStation曾計劃在2017年底完成亞洲多個區(qū)域的覆蓋，除此之外，還要在非洲、大洋洲、南美洲都完成站網(wǎng)覆蓋。

但直到今天，StellarStation僅僅能夠提供4個站址的服務(wù)，這與預(yù)期形成巨大反差。但這4個站址，的確覆蓋了亞洲、歐洲、美洲和非洲。

圖5 Bridge Sat公司的激光通信地面站效果圖

圖6 澳大利亞衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)公司Fleet的首個控制中心，在Leaf Space的幫助下建成

6、Leaf Space

Leaf Space是一家成立于2014年的歐洲公司，總部在意大利，目前公司已經(jīng)完成3輪融資，總金額為240萬美元。它在成立之初并非是一個專注于衛(wèi)星地面站網(wǎng)絡(luò)的公司，而是瞄準(zhǔn)發(fā)射市場，但由于融資受阻，業(yè)務(wù)逐漸轉(zhuǎn)向地面站服務(wù)。

Leaf Space曾計劃在2016年上半年建設(shè)4個地面站，在2016年底有8個地面站，在2017年開始運行20個地面站。到這時，用戶通過Leaf Space的網(wǎng)絡(luò)能夠每天對衛(wèi)星有6個小時的可見時間。

Leaf Space地面站網(wǎng)絡(luò)將支持VHF、UHF、S和X頻段，但在VHF頻段和X頻段將只支持下行鏈路。

與前面的幾家公司類似，Leaf Space也有專用天線和共享天線兩種模式，專用天線的用戶只需要繳納固定費用就可以享受不限量的單副天線服務(wù)，而共享天線的用戶則可以靈活的按照使用時長來收費。

Leaf Space也為用戶直接提供地面站的建設(shè)、升級和咨詢等服務(wù)。2018年7月，澳大利亞衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)公司Fleet的首個任務(wù)控制中心在Leaf Space的幫助下建設(shè)完成（圖6），整個任務(wù)控制中心的建設(shè)時間為6個月。

2018年9月，Leaf Space與瑞士衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)公司Astrocast簽署地面站協(xié)議，將為Astrocast提供最多12副天線來支持其衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)，協(xié)議中的天線將由Leaf Space負(fù)責(zé)建造和運營，Leaf Space會根據(jù)Astrocast的項目進(jìn)展開始建設(shè)和擴(kuò)建其地面站網(wǎng)系統(tǒng)。

圖7 如今，南北極站網(wǎng)多了一個新優(yōu)勢：由于降雨少，對后續(xù)發(fā)展Ka及更高頻段的地面站網(wǎng)絡(luò)非常有利

二、地面站網(wǎng)運營趨勢

在“新航天”浪潮的推動下，上述幾家初創(chuàng)地面站網(wǎng)運營公司都集中在2014年~2015年出現(xiàn)，形成了傳統(tǒng)地面站網(wǎng)運營公司KSAT和SSC牢牢占領(lǐng)市場，初創(chuàng)公司不斷提升能力的局面。對地面站網(wǎng)運營領(lǐng)域，我們總結(jié)出四個發(fā)展趨勢：全球擴(kuò)張與共享合作、低成本、相控陣天線、激光通信。

1、全球擴(kuò)張與共享合作

目前國際上的站網(wǎng)公司幾乎都提出了全球建站的目標(biāo)和計劃，覆蓋幾乎所有大洲。

對于LEO衛(wèi)星來說，由于其運動軌跡的特點，決定了要具備更長時間的數(shù)據(jù)接收能力，就必須有全球地面站的支持。而由于SSO衛(wèi)星過頂南北極的次數(shù)較多，使得許多地面站的部署計劃都將南北極作為“戰(zhàn)略要地”。

KSAT和SSC就是典型例子，二者都起步于北歐，均逐步將站點擴(kuò)展至南極后，開始在中緯度區(qū)域部署新的地面站網(wǎng)?；谀媳睒O的“戰(zhàn)略要地”，兩家公司在一開始就能夠讓自己的地面站資源充分利用起來，達(dá)到比中低緯度地區(qū)地面站更高的使用效率，從而實現(xiàn)更多的收入以支持后續(xù)擴(kuò)張。

KSAT和SSC公司可以說都是“自營”起步。而歐美新興的地面站網(wǎng)運營公司則不約而同全部采用“共享模式”起步，逐漸開始“自營”。共享模式的優(yōu)勢和劣勢同樣明顯，優(yōu)勢是可以快速擴(kuò)張，價格低廉；劣勢則是多個國家的資源整合協(xié)調(diào)障礙大，服務(wù)保障較差。

但共享模式的興起從側(cè)面反映了一個現(xiàn)實：具有閑置時長的地面站實在太多了。

地面站作為衛(wèi)星入軌后與地面通信的必要手段，在過去很長時間內(nèi)，一顆衛(wèi)星配一個站甚至一顆衛(wèi)星配多個站是常見現(xiàn)象。因為對于一顆動輒數(shù)億美元的衛(wèi)星，數(shù)百萬美元單價的地面站算不上很大的開支。因此作為地面基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，不少昂貴的衛(wèi)星系統(tǒng)都擁有自己獨立的地面站網(wǎng)系統(tǒng)。

但存在閑置資源，代表著一定能共享到這些資源嗎？通過上述對初創(chuàng)站網(wǎng)公司的分析可見，RBC Signals和ATLAS作為美國“共享站網(wǎng)”概念的代表，三年時間取得了全球20多個地點的共享資源，這與它們的預(yù)期一致；日本InfoStellar，意大利Leaf Space，盡管也曾雄心壯志地誓在三年內(nèi)開拓全球20個以上站點資源，但到目前為止都只取得了4個。這在一定程度上表明，美國作為世界上全球化做得最好的航天產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國，美國公司從事基于“共享經(jīng)濟(jì)”概念的全球化地面站網(wǎng)擴(kuò)張，大概天生具備了良好的基因。

其實“共享”并非創(chuàng)業(yè)公司的專利，即使作為傳統(tǒng)勢力的代表，SSC公司目前運營的站網(wǎng)系統(tǒng)，也有12個站點是“共享”得來的。不僅SSC公司，世界航天的“老大哥”NASA的地面站網(wǎng)系統(tǒng)，也是“湊”出來的。NASA的SCaN系統(tǒng)的15個站點，只有4個是自建（圖8）。其余站點中，1個屬于美國國家海洋和大氣管理局（NOAA），1個屬于南非航天局（SANSA），3個屬于KSAT公司，6個屬于SSC公司?？梢娫诘孛嬲揪W(wǎng)領(lǐng)域，各方對于“共享”、“合作”的理念已達(dá)成共識。

歐空局也不例外，其用于自身任務(wù)的站點，只有7個是自建，11個是合作站點。由于NASA和歐空局本身也是很多項目的用戶，因此其對地面站網(wǎng)的需求和部署都是站在成本和效能的角度綜合考慮的。而由于這兩個組織本身很多項目就是與商業(yè)公司或國家航天局合作的，因此其共享合作的站點多，就不足為奇了。

綜上所述，幾乎全球的地面站網(wǎng)運營商都按照全球布站模式制定戰(zhàn)略與目標(biāo)，但具體發(fā)展路徑分為兩派：“自營”出身的歐洲SSC和KSAT雄踞南北，在中緯度地區(qū)通過共享合作的形式拓展其站網(wǎng)覆蓋以覆蓋全球；“共享”出身的多家初創(chuàng)公司，尤其以美國公司為代表，通過合作共享迅速達(dá)到全球覆蓋的目標(biāo)，在積累一定訂單后，逐步開始建設(shè)“自營”站以提升服務(wù)能力。而NASA和歐空局則根據(jù)實際使用需求，與商業(yè)公司和他國國家航天局達(dá)成合作，具備全球覆蓋的能力。

圖8 NASA SCa N系統(tǒng)里的15個地面站，多數(shù)為“共享”而來

圖9 ATLAS公司計劃在芬蘭部署的多波束電控天線

2、低成本

微納衛(wèi)星，特別是立方星的興起，為航天產(chǎn)業(yè)帶來了一個新的供應(yīng)鏈體系，也培育了一個新的下游服務(wù)體系。服務(wù)于大衛(wèi)星的傳統(tǒng)地面站動輒13m以上的天線口徑，數(shù)千萬的建設(shè)費用，高冗余的硬件配置和昂貴的使用費用，根本不是微納衛(wèi)星運營商們負(fù)擔(dān)得起的。

在許多商業(yè)公司的創(chuàng)新及努力下，3U和6U立方星的報價已經(jīng)能夠達(dá)到100萬美元以下，而100kg級別的微小衛(wèi)星，成本也不過幾百萬美元。對于此類衛(wèi)星，如果測控費用需要一年50萬美元甚至更高，再加上300美元/軌的數(shù)傳站使用費，那么從用戶角度來說，小衛(wèi)星的成本優(yōu)勢將蕩然無存。

與過去幾十年中地面站越大越好的思路截然相反，今時今日，無論是傳統(tǒng)地面站網(wǎng)運營商，還是新興地面站網(wǎng)公司，都選擇了3.7m或者4.2m的地面站天線尺寸作為后續(xù)發(fā)展的主要方向，而地面站的射頻或基帶系統(tǒng)，都采用成熟的產(chǎn)品構(gòu)架或SDR設(shè)計，究其原因，都是追求建設(shè)的低成本。而“共享”的思路對低成本的追求更是“赤裸裸”，通過使用閑置的地面站資源，省去運營商或用戶的建站費用，以期大幅度降低整體運營成本。

在德國柏林召開的第10屆遙感小衛(wèi)星會議上，KSAT更是通過一個報告，“游說”小衛(wèi)星用戶買服務(wù)比建設(shè)地面站更劃算。

世界范圍內(nèi)地面站網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)成本的降低，帶來的正是使用價格的降低。以InfoStellar公司為例，其UHF頻段的TT&C服務(wù)價格，地面站使用費為2.7美元/分鐘，包月費用則優(yōu)惠至每天能夠使用40分鐘，月費用3000美元，但在此之外，還需要額外繳納一筆160美元/月的地面站許可費，按照一顆立方星每天4圈測控量算，每年的測控費用約為40000美元，合不到30萬人民幣。這對運營商來說，相信是普遍可以接受的。

圖10 Empower Space Alliance提供的光學(xué)數(shù)據(jù)分發(fā)解決方案示意圖

表1 近年各國進(jìn)行的部分星地激光通信試驗項目一覽

3、相控陣天線

眾所周知，相控陣天線目前尚未在各領(lǐng)域普及應(yīng)用的主要原因就是“貴”，這似乎與上一項趨勢“低成本”相矛盾，但新的應(yīng)用業(yè)務(wù)場景的出現(xiàn)，已經(jīng)使“貴”也有了價值，因為同時過頂?shù)男l(wèi)星數(shù)量越來越多，如果在一個站址想要同時跟蹤更多衛(wèi)星的狀態(tài)，建設(shè)多個地面站與使用價格高昂的相控陣天線，很難說哪個是更優(yōu)方案？

很難追溯是誰第一個提出在地面站使用相控陣天線，但可以肯定的是，1981年就已經(jīng)有關(guān)于在地面站應(yīng)用相控陣天線的專利出現(xiàn)。因為相控陣天線在這一應(yīng)用場景的優(yōu)勢，是顯而易見的。

而美國的SBIR項目也在2011年開放了一項用于納衛(wèi)星地面站通信的相控陣天線的課題，其中要求同時能夠跟蹤2顆以上衛(wèi)星，支持UHF、S和C頻段的通信，數(shù)據(jù)速率2Kbps~6Mbps，天線增益在所有支持頻段不低于10dB，目標(biāo)為30dB。

在2018年2月硅谷的Smallsat Innovation的會議上關(guān)于地面站的研討環(huán)節(jié)中，KSAT公司CEO表示KSAT關(guān)注相控陣技術(shù)的應(yīng)用，但其仍然太貴；RBC Signals公司CEO表示他非常“垂涎”于低成本的電掃描、多波束的相控陣技術(shù)，盡管現(xiàn)在的價格仍沒有達(dá)到預(yù)期；而ATLAS公司CEO則直接說2018年3月，他們將在芬蘭部署一個多波束電控天線（圖9），可以同時與多顆衛(wèi)星通信。但他同時表示，除非用戶強(qiáng)烈希望有多顆衛(wèi)星的同時跟蹤能力，目前相控陣的成本仍然太高。

新事物的發(fā)展總是需要經(jīng)歷市場和成本的考驗，目前來看，相控陣天線技術(shù)的市場已經(jīng)具備，接下來各方需要努力的方向主要還是降低成本。

4、激光通信

在本專題第一篇關(guān)于中繼衛(wèi)星的文章中提到，美國及歐洲的中繼衛(wèi)星計劃都已經(jīng)決定采用星間激光中繼的方式，但星地通信在很長一段時間內(nèi)，由于各方面原因，并未有計劃大規(guī)模使用。但事實是，全球各國、各類型激光星地鏈路的試驗確實越來越多了（見表1）。

對于地面站網(wǎng)運營商來說，已經(jīng)出現(xiàn)了像BridgeSat這樣專注于從事激光通信地面站網(wǎng)運營的公司，也出現(xiàn)了像LaserLight這樣致力于要用激光通信建立全球地面骨干網(wǎng)的通信系統(tǒng)的公司。所以，誰都沒有放過這個新方向。

2017年4月，SSC公司與BridgeSat公司簽署合作協(xié)議，將由BridgeSat為SSC公司的某些射頻地面站點安裝衛(wèi)星光通信設(shè)備。SSC指出，現(xiàn)在有越來越多的衛(wèi)星運營商在下載數(shù)據(jù)時開始考慮光通信，BridgeSat與SSC的互補(bǔ)性使得這一合作能夠持續(xù)開展。

2018年8月，ATLAS公司與Xenesis、LaserLight公司宣布，將成立Empower Space Alliance，該聯(lián)盟將為全球的航天器用戶提供“交鑰匙”的光學(xué)數(shù)據(jù)分發(fā)解決方案(圖10)。這是地面站網(wǎng)運營商ATLAS第二次觸及光通信領(lǐng)域，上一次是在2017年6月，ATLAS與Astrobotic公司宣布，將由ATLAS提供Astrobotic公司在月球任務(wù)中的激光通信載荷對地通信的地面站網(wǎng)接收服務(wù)。

2018年10月，KSAT公司與TESAT公司簽署諒解備忘錄，借此合作KSAT未來將實現(xiàn)光通信的下行鏈路服務(wù)以應(yīng)對越來越多的航天器的對地激光通信需求。