高地高风险:创新和国防投资能否帮助静止轨道卫星与低轨卫星星座竞争?

高地高风险:创新和国防投资能否帮助静止轨道卫星与低轨卫星星座竞争?

本文发表于 2025年03月24日 编译自interactive.satellitetoday.com

在《孙子兵法》中,孙子强调了高地作为军事战略基石的价值,“绝山依谷,视生处高”。葛底斯堡战役就是这一原则的一个有力例子。联邦军队抓住了防御高地的战略优势,击退了南部联盟的无情进攻。因此,确保高地的安全使战争的轨迹向有利于联邦的方向转变。

虽然被认为已经过时,但静止轨道卫星是宇宙的高地。与葛底斯堡的联邦据点一样,静止轨道卫星代表着重要的领土,一个太空主权领域。静止轨道卫星可以将卫星锚定在连续覆盖区域,可以在成本效益高的通信方式中提供连续的区域覆盖。

不幸的是,传统的静止轨道卫星卫星行业最近面临着几个重大挫折:ViaSat-3、Astronis Arcturus卫星、Intelsat-33e,而波音和空中客车可能会完全放弃其太空业务。此外,国际卫星通信公司/SES和Viasat/海事卫星公司的合并是市场收缩的明显标志。

与此同时,Starlink的收入迅速增长。根据独立估计,2023年,星链公司的年收入超过了SES和国际卫星通信公司的年收入总和。除了这一挑战之外,SES和国际卫星通信公司都已开始转售Starlink服务,这一令人不安的事态发展标志着静止轨道卫星运营商的市场份额受到侵蚀,正在竭力保持存在感。这些发展引出了一个问题:为什么静止轨道卫星行业难以与新兴的低地球轨道(低轨卫星星座)网络保持竞争力?

起初,静止轨道卫星运营商否认了低轨卫星星座系统的潜力,自信地断言“低轨卫星星座没有一个商业案例可以结案。”许多人认为Starlink将追随Iridium的命运,后者雄心勃勃的计划最终失败了。然而,Starlink通过筹集超过100亿美元的资本金打破了这些预期,使其能够克服财务障碍并迅速扩大规模。对伊隆·马斯克个性的崇拜进一步推动了Starlink的迅速崛起,吸引了广泛的关注和用户采用。

在这笔资金的推动下,Starlink开始全面垂直整合,从而实现了低成本架构和快速扩张。其与T-Mobile的战略合作伙伴关系使Starlink在卫星直连手机连接方面处于领先地位,逐渐接近成为事实上的标准,甚至超过了5G NTN标准的部署。

几十年来,静止轨道卫星行业一直处于寡头垄断的环境中,客户几乎没有其他选择。被困在自己的文化轨道上的静止轨道卫星运营商,习惯了缓慢的部署周期,看着SpaceX火箭前进。当一种可行、更便宜的替代方案出现时,客户毫不犹豫地迅速转向低轨卫星星座解决方案。

静止轨道卫星行业早期的成功直接扼杀了创新。直到最近,卫星通信的大多数进步都是渐进的,而不是变革性的,除了行业按照自己较慢的轨道发展之外。缺乏突破性的创新-性能提高10倍或成本降低-使静止轨道卫星系统容易受到星链激进定价的影响。这是安德鲁·格罗夫战略转折点的一个典型例子,在这个转折点,生存取决于快速果断地适应市场变化的能力。

然而,尽管低轨卫星星座拥有9200多颗活跃卫星,计划再部署数千颗,但低轨卫星星座的快速扩张暴露了需要关注的重大挑战。这种拥堵导致了数量惊人的避碰轨道机动,仅Starlink卫星在2023年的六个月内就执行了近50000次轨道调整。低轨卫星星座的密度不断增加,约有28000个编目物体,这使得凯斯勒综合症——一系列空间碎片碰撞摧毁低轨卫星星座——成为一种日益紧迫的威胁,将其从理论上的可能性转变为实际的“何时”而不是“如果”问题。

因此,静止轨道卫星行业的疲软不仅仅是一个专业问题,它对美国来说是一个国家安全风险。随着静止轨道卫星卫星超过其使用寿命,进入垃圾轨道,运营商陷入困境,外国对手将愉快地登上宇宙高地。这一据点的侵蚀威胁到商业和国防利益,强调了静止轨道卫星部门迫切需要变革性创新。

为了避免被操纵进入垃圾轨道,静止轨道卫星行业必须优先考虑实现10倍或更大系统改进的进步,特别是提高频谱效率的进步,使运营商能够支持比竞争对手更多的用户和/或更高的吞吐量。自由空间光通信系统有望提供万亿级的吞吐量,这将是静止轨道卫星在地面到空间和空间到地面吞吐量方面的巨大飞跃。

此外,静止轨道卫星必须通过提供灵活的服务加以区分。与Starlink不同的是,静止轨道卫星运营商可以通过提供灵活性来区分自己,Starlink依靠垂直整合来大规模提供低成本、统一的产品。例如,运营商可以为国防部提供独特的功能,如LPI/LPD(低截获/检测概率)波形或其他各种服务。

幸运的是,其他变革性技术正在出现,以支持地面部分的这一演变。数字中频互操作性(DIFI)标准为数字化中频信号传输提供了一种协议,显著降低了运营成本,提高了地面灵活性,并开辟了各种新的应用。基于DIFI,Waveform Architecture for Virtualized Ecosystems(WAVE)联盟致力于标准化架构,实现跨通用硬件平台或基于云的实例(如AWS的F2)的波形虚拟化,可以提高效率、可扩展性和灵活性。

去年,国防部发布了“商业空间一体化战略”,强调了对混合商业卫星通信和军事卫星通信能力的迫切需求。该战略概述了三个主要好处:通过共享基础设施节省成本,通过高度适应性、多样化的网络增强弹性,扩大全球覆盖范围,以及利用商业卫星更快地集成和部署新技术,实现快速创新。2020年,国防部的作战卫星通信愿景也强调了对能够适应不断变化的任务要求的敏捷终端和灵活地面段的需求。

为了支持卫星通信的这一愿景,国防部必须继续成为静止轨道卫星工业的催化剂,以避免其被边缘化。不幸的是,在当前的财政压力和文化轨道的束缚下,静止轨道卫星行业处于风险相反的境地。通过向有兴趣开发转型技术的公司(如前所述)提供适当的资金,该行业将迅速做出反应。这种响应能力的一个明显例子是企业数字中频多载波调制解调器项目的快速进展,该项目是国防部的第一个DIFI调制解调器,极大地推动了DIFI标准的采用。

同样,为提高频谱效率和网络灵活性的创新提供有针对性的资金——例如通过WAVE标准——是至关重要的。通过在这些领域的投资,国防部可以塑造静止轨道卫星行业,使其面向具有竞争力和相关性的未来,以尖端技术和强大的作战能力满足商业和军事需求。

国防部有一个独特的机会,通过支持这些核心技术的研发,塑造和振兴静止轨道卫星工业。通过有针对性的投资,国防部可以确保静止轨道卫星部门不仅重新获得竞争优势,而且确保其作为国家安全和全球卫星通信市场的关键组成部分的作用。

胡安·迪顿博士是WAVE联盟的执行董事,负责为董事会提供战略技术指导,并积极推动行业合作以促进卫星通信标准发展。同时,他还担任Alignment咨询与工程公司的首席协调官,协助客户制定业务拓展与技术研发战略。胡安拥有弗吉尼亚理工学院电气与计算机工程博士学位,在卫星通信领域深耕多年,担任DIFI联盟董事会成员,并参与制定了DIFI V1.1规范。工作之余,他专注于在美国爱达荷州莫斯科市陪伴妻子,共同抚育四个孩子。



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