OneWeb衛(wèi)星星座“起死回生”了嗎？

2017年，OneWeb衛(wèi)星公司首次向FCC提交的文件中說明，“OneWeb”衛(wèi)星星座由720顆1200km高度近地軌道(LEO)衛(wèi)星和1280顆8500km高度的中地球軌道衛(wèi)星構(gòu)成，這些衛(wèi)星使用V波段，用于實現(xiàn)全球覆蓋。

2020年5月，OneWeb衛(wèi)星公司又向FCC申請在1200km高度的LEO，星座衛(wèi)星數(shù)量增加到約47844顆。

2021年1月，OneWeb衛(wèi)星公司又向FCC申請，將2020年5月申請資料中1200km高度LEO衛(wèi)星數(shù)量降低到6372顆。

按照OneWeb衛(wèi)星公司的設(shè)計，目前的“OneWeb”星座布局設(shè)計應(yīng)該包括6372顆LEO衛(wèi)星和1280顆中地球軌道衛(wèi)星，具體情況如以下圖表所示。

圖表：“OneWeb”衛(wèi)星星座布局設(shè)計情況

（資料來源：市場調(diào)研）

根據(jù)FCC的指示，OneWeb衛(wèi)星公司需要在2026年8月之前至少需要部署一半數(shù)量的衛(wèi)星，在2029年之前需要完成整個“OneWeb”衛(wèi)星星座的部署。根據(jù)OneWeb衛(wèi)星公司公開的資料，其原本打算在2020年底之前完成“OneWeb”衛(wèi)星星座第一階段，即648顆LEO衛(wèi)星的部署，分布在高度1200km、傾角87.9°的18個軌道面，相鄰軌道面間隔9°。但是因為2020年初的破產(chǎn)保護事件以及后續(xù)的融資事宜，“OneWeb”衛(wèi)星星座第一階段的部署計劃可能推遲到2022年底。第二、三階段分別完成其余LEO衛(wèi)星和8500km高度中地球軌道衛(wèi)星的部署。

2021年10月14日，“OneWeb”衛(wèi)星星座進行了第11批34顆衛(wèi)星的部署，其在軌衛(wèi)星數(shù)量增加到目前的358顆，這也是2021年“OneWeb”衛(wèi)星星座的第7次部署，預(yù)計2021年12月還將進行本年度最后一次34顆衛(wèi)星的部署。

“OneWeb”衛(wèi)星部署示意圖(上)和發(fā)射上面級(下)

“OneWeb”衛(wèi)星星座放棄了星間鏈路的設(shè)計，在全球(如英國、北歐、格陵蘭、冰島、北冰洋、加拿大、非洲、東南亞、美國主要地區(qū)以及我國中部)布設(shè)共44個關(guān)口站使衛(wèi)星聯(lián)網(wǎng)，星座采用Ku波段進行用戶通信，Ka波段進行關(guān)口站通信。

“OneWeb”衛(wèi)星星座關(guān)口站布局設(shè)計

圖表：“OneWeb”衛(wèi)星星座工作頻段

資料來源：市場調(diào)研

盡管“OneWeb”衛(wèi)星具備在地面到空間12.75～13.25GHz、29.1～29.5GHz頻段;空間到地面19.3～19.7 GHz、19.7～20.2GHz頻段內(nèi)工作的能力，但是FCC并沒有批準(zhǔn)“OneWeb”衛(wèi)星星座使用上述區(qū)間的工作頻率。

“OneWeb”衛(wèi)星在非赤道上空運行時，單顆衛(wèi)星可產(chǎn)生16個Ku頻段波束，實現(xiàn)多重覆蓋，保證每個用戶至少能在一個衛(wèi)星的視線(Line of Sight)內(nèi)。每個LEO衛(wèi)星覆蓋范圍1080km×1080km，交換帶寬為7.5Gbps，建成后的衛(wèi)星星座能夠覆蓋全球，甚至包括高緯度的北冰洋地區(qū)。用戶終端提出服務(wù)請求，由“OneWeb”衛(wèi)星通過Ku天線接收請求，由Ka天線轉(zhuǎn)發(fā)至星下點可用的關(guān)口站，關(guān)口站將請求提交給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，返回數(shù)據(jù)后再經(jīng)過“OneWeb”衛(wèi)星通過Ku天線將服務(wù)數(shù)據(jù)送給用戶終端。

“OneWeb”衛(wèi)星星座工作方式示意圖

“OneWeb”衛(wèi)星由空中客車防務(wù)及航天公司負責(zé)設(shè)計，由OneWeb衛(wèi)星公司負責(zé)生產(chǎn)。單個衛(wèi)星重約147.5kg，星上載荷包括兩個TT&C(遙測)天線、兩個Ku波段天線和兩個Ka波段天線，采用“太陽能板+鋰離子電池”供儲能系統(tǒng)，推進系統(tǒng)為氙氣電推進，在軌工作壽命約為5年，失效后通過可靠的氙氣電推進系統(tǒng)在5年內(nèi)將軌道近地點改為小于200km，最終墜落大氣層中燒毀。

在赤道上空的“OneWeb”衛(wèi)星為了不與地球同步軌道(GEO)衛(wèi)星的頻段發(fā)生干涉，特別設(shè)計了“漸進傾斜”(Progressive Pitch)技術(shù)。如果赤道上空的“OneWeb”衛(wèi)星剛好運行到GEO衛(wèi)星的下方，“OneWeb”衛(wèi)星的信號會受到干涉，此時只能關(guān)閉衛(wèi)星。但“漸進傾斜”技術(shù)可以通過改變非垂直干涉窗口衛(wèi)星的俯仰，逐步傾斜衛(wèi)星的波束，在垂直干涉窗口衛(wèi)星關(guān)閉的情況下，依舊可以為赤道星下點區(qū)域內(nèi)的客戶提供服務(wù)。

“OneWeb”衛(wèi)星“漸進傾斜”技術(shù)示意圖

“OneWeb”衛(wèi)星星座是目前提出第一個實現(xiàn)全球覆蓋的低軌商業(yè)通信衛(wèi)星系統(tǒng)，可以為偏遠地區(qū)的個人、企業(yè)用戶;鐵路、公路車輛;海上作業(yè)單位;航空器;應(yīng)急救援車輛等提供通信服務(wù)，OneWeb公司為各個應(yīng)用場景設(shè)計了用戶終端設(shè)備。完全部署的“OneWeb”衛(wèi)星星座將是覆蓋范圍最廣，衛(wèi)星覆蓋密度最高的低軌商業(yè)通信衛(wèi)星系統(tǒng)。如下圖所示，無論在人口最密集的北緯20～40°還是人口最稀疏的高緯度地區(qū)，用戶視線內(nèi)的“OneWeb”衛(wèi)星數(shù)量都遠超過其他低軌商業(yè)通信衛(wèi)星系統(tǒng)。

用戶視線內(nèi)的“OneWeb”衛(wèi)星數(shù)量

為保證經(jīng)濟性，OneWeb衛(wèi)星公司采取了流水線生產(chǎn)模式，可實現(xiàn)每月40顆衛(wèi)星的批量化生產(chǎn)，借鑒汽車制造業(yè)經(jīng)驗，創(chuàng)新的建設(shè)了世界首條衛(wèi)星生產(chǎn)流水線，實現(xiàn)了一體化的設(shè)計、生產(chǎn)、總裝與測試流程，生產(chǎn)中大量采用協(xié)作機器人、自導(dǎo)引運輸車等自動化措施，實現(xiàn)整星批產(chǎn)。在測試中，OneWeb衛(wèi)星公司將零部件測試流程提前到部件交付之前，并采用數(shù)字化測試，增強現(xiàn)實及大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)，大幅提升測試效率。

OneWeb衛(wèi)星公司位于美國佛羅里達州的衛(wèi)星流水線工廠

為了降低開發(fā)成本，提高衛(wèi)星效能、衛(wèi)星入軌成功率，OneWeb公司還與美國高通公司(Qualcomm，提供衛(wèi)星天線芯片)、美國休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)公司(設(shè)計地面關(guān)口站)、歐洲空中客車防務(wù)及航天公司(衛(wèi)星整體設(shè)計)、歐洲阿里安航天公司(Arianespace，發(fā)射業(yè)務(wù))、維珍銀河公司(Virgin Galactic，發(fā)射業(yè)務(wù))等合作。初步預(yù)測，“OneWeb”衛(wèi)星星座第一階段部署成本約19.4億美元，建設(shè)成本約合33.7萬美元/(Gbit/s)。在印度巴帝全球公司入股后，未來的衛(wèi)星發(fā)射還有可能用到印度GSLV MKⅢ運載火箭。

“OneWeb”衛(wèi)星星座預(yù)計在2021年底前正式開通北緯50°以上地區(qū)的服務(wù)業(yè)務(wù)。2021年下半年進行的4次發(fā)射(已完成3次)主要為對南半球服務(wù)的衛(wèi)星。這些發(fā)射把“OneWeb”衛(wèi)星星座在北半球的覆蓋范圍擴大到北緯 20°，同時也納入了南極地區(qū)，預(yù)計在2022年覆蓋赤道地區(qū)。

目前看來，“OneWeb”衛(wèi)星星座的資金方主要是印度和英國，英國在脫歐后無法再使用“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Galileo satellite navigation system)，而印度一直試圖建立屬于自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，奈何實力有限。可以看出，兩國都期望通過對OneWeb公司的注資，組建自有的通信、導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

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