OneWeb卫星星座“起死回生”了吗？
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导读
2014年成立的英国一网公司(OneWeb)目标是打造低轨卫星星座，为偏远地区或互联网基础设施落后的地区提供价格适宜的互联网接入服务。2016年1月，英国OneWeb公司和欧洲空中客车防务及航天公司(Airbus Defence and Space)合资成立OneWeb卫星公司(OneWeb Satellite)，进行“OneWeb”卫星星座的生产。2017年6月，一期“OneWeb”星座的系统设计(720 颗卫星组成星座)和频率规划获得美国联邦无线电管理委员会(FCC)批准; 2019 年 2 月，一期“OneWeb”星座的首批6颗卫星进入轨道;2020年完成两次各34颗卫星发射。
由于OneWeb公司资金能力不足，同时受新冠肺炎疫情影响，导致其资金链断裂，公司不得不在2020年3月递交了破产保护申请。随后，英国政府和印度巴帝全球公司(Bharti Global)最终与英国OneWeb公司达成收购协议，分别注资5亿美元。外加软银集团(SoftBank)、美国休斯网络系统公司(Hughes Network Systems LLC)、欧洲通信卫星公司(Eutelsat S.A.)等投资者的注资，“OneWeb”星座目前已得到了强大的资金支持。
2017年，OneWeb卫星公司首次向FCC提交的文件中说明，“OneWeb”卫星星座由720颗1200km高度近地轨道(LEO)卫星和1280颗8500km高度的中地球轨道卫星构成，这些卫星使用V波段，用于实现全球覆盖。
2020年5月，OneWeb卫星公司又向FCC申请在1200km高度的LEO，星座卫星数量增加到约47844颗。
2021年1月，OneWeb卫星公司又向FCC申请，将2020年5月申请资料中1200km高度LEO卫星数量降低到6372颗。
按照OneWeb卫星公司的设计，目前的“OneWeb”星座布局设计应该包括6372颗LEO卫星和1280颗中地球轨道卫星，具体情况如以下图表所示。
图表：“OneWeb”卫星星座布局设计情况
（资料来源：市场调研）
根据FCC的指示，OneWeb卫星公司需要在2026年8月之前至少需要部署一半数量的卫星，在2029年之前需要完成整个“OneWeb”卫星星座的部署。根据OneWeb卫星公司公开的资料，其原本打算在2020年底之前完成“OneWeb”卫星星座第一阶段，即648颗LEO卫星的部署，分布在高度1200km、倾角87.9°的18个轨道面，相邻轨道面间隔9°。但是因为2020年初的破产保护事件以及后续的融资事宜，“OneWeb”卫星星座第一阶段的部署计划可能推迟到2022年底。第二、三阶段分别完成其余LEO卫星和8500km高度中地球轨道卫星的部署。
2021年10月14日，“OneWeb”卫星星座进行了第11批34颗卫星的部署，其在轨卫星数量增加到目前的358颗，这也是2021年“OneWeb”卫星星座的第7次部署，预计2021年12月还将进行本年度最后一次34颗卫星的部署。
“OneWeb”卫星部署示意图(上)和发射上面级(下)
“OneWeb”卫星星座放弃了星间链路的设计，在全球(如英国、北欧、格陵兰、冰岛、北冰洋、加拿大、非洲、东南亚、美国主要地区以及我国中部)布设共44个关口站使卫星联网，星座采用Ku波段进行用户通信，Ka波段进行关口站通信。
“OneWeb”卫星星座关口站布局设计
图表：“OneWeb”卫星星座工作频段
资料来源：市场调研
尽管“OneWeb”卫星具备在地面到空间12.75～13.25GHz、29.1～29.5GHz频段;空间到地面19.3～19.7 GHz、19.7～20.2GHz频段内工作的能力，但是FCC并没有批准“OneWeb”卫星星座使用上述区间的工作频率。
“OneWeb”卫星在非赤道上空运行时，单颗卫星可产生16个Ku频段波束，实现多重覆盖，保证每个用户至少能在一个卫星的视线(Line of Sight)内。每个LEO卫星覆盖范围1080km×1080km，交换带宽为7.5Gbps，建成后的卫星星座能够覆盖全球，甚至包括高纬度的北冰洋地区。用户终端提出服务请求，由“OneWeb”卫星通过Ku天线接收请求，由Ka天线转发至星下点可用的关口站，关口站将请求提交给网络服务器，返回数据后再经过“OneWeb”卫星通过Ku天线将服务数据送给用户终端。
“OneWeb”卫星星座全球覆盖示意图
“OneWeb”卫星星座工作方式示意图
“OneWeb”卫星由空中客车防务及航天公司负责设计，由OneWeb卫星公司负责生产。单个卫星重约147.5kg，星上载荷包括两个TT&C(遥测)天线、两个Ku波段天线和两个Ka波段天线，采用“太阳能板+锂离子电池”供储能系统，推进系统为氙气电推进，在轨工作寿命约为5年，失效后通过可靠的氙气电推进系统在5年内将轨道近地点改为小于200km，最终坠落大气层中烧毁。
在赤道上空的“OneWeb”卫星为了不与地球同步轨道(GEO)卫星的频段发生干涉，特别设计了“渐进倾斜”(Progressive Pitch)技术。如果赤道上空的“OneWeb”卫星刚好运行到GEO卫星的下方，“OneWeb”卫星的信号会受到干涉，此时只能关闭卫星。但“渐进倾斜”技术可以通过改变非垂直干涉窗口卫星的俯仰，逐步倾斜卫星的波束，在垂直干涉窗口卫星关闭的情况下，依旧可以为赤道星下点区域内的客户提供服务。
“OneWeb”卫星“渐进倾斜”技术示意图
“OneWeb”卫星星座是目前提出第一个实现全球覆盖的低轨商业通信卫星系统，可以为偏远地区的个人、企业用户;铁路、公路车辆;海上作业单位;航空器;应急救援车辆等提供通信服务，OneWeb公司为各个应用场景设计了用户终端设备。完全部署的“OneWeb”卫星星座将是覆盖范围最广，卫星覆盖密度最高的低轨商业通信卫星系统。如下图所示，无论在人口最密集的北纬20～40°还是人口最稀疏的高纬度地区，用户视线内的“OneWeb”卫星数量都远超过其他低轨商业通信卫星系统。
用户视线内的“OneWeb”卫星数量
为保证经济性，OneWeb卫星公司采取了流水线生产模式，可实现每月40颗卫星的批量化生产，借鉴汽车制造业经验，创新的建设了世界首条卫星生产流水线，实现了一体化的设计、生产、总装与测试流程，生产中大量采用协作机器人、自导引运输车等自动化措施，实现整星批产。在测试中，OneWeb卫星公司将零部件测试流程提前到部件交付之前，并采用数字化测试，增强现实及大数据等先进技术，大幅提升测试效率。
OneWeb卫星公司位于美国佛罗里达州的卫星流水线工厂
为了降低开发成本，提高卫星效能、卫星入轨成功率，OneWeb公司还与美国高通公司(Qualcomm，提供卫星天线芯片)、美国休斯网络系统公司(设计地面关口站)、欧洲空中客车防务及航天公司(卫星整体设计)、欧洲阿里安航天公司(Arianespace，发射业务)、维珍银河公司(Virgin Galactic，发射业务)等合作。初步预测，“OneWeb”卫星星座第一阶段部署成本约19.4亿美元，建设成本约合33.7万美元/(Gbit/s)。在印度巴帝全球公司入股后，未来的卫星发射还有可能用到印度GSLV MKⅢ运载火箭。
“OneWeb”卫星星座预计在2021年底前正式开通北纬50°以上地区的服务业务。2021年下半年进行的4次发射(已完成3次)主要为对南半球服务的卫星。这些发射把“OneWeb”卫星星座在北半球的覆盖范围扩大到北纬 20°，同时也纳入了南极地区，预计在2022年覆盖赤道地区。
目前看来，“OneWeb”卫星星座的资金方主要是印度和英国，英国在脱欧后无法再使用“伽利略”卫星导航系统(Galileo satellite navigation system)，而印度一直试图建立属于自己的卫星导航系统，奈何实力有限。可以看出，两国都期望通过对OneWeb公司的注资，组建自有的通信、导航定位系统。
1. ONEWEB NON-GEOSTATIONARY SATELLITE SYSTEM (LEO)
2. https://eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/content/-/article/oneweb
3. A Simulation of the SpaceX, Amazon, Telesat and OneWeb Broadband Satellite Constellations
4. 马忠成，李心蕊，章罗娜，饶建兵，高利春.“星链”“一网”星座研发运行架构分析[J].国际太空，2020(10)：24-28.
5. 梁晓莉，王聪，李云.“一网”星座最新发展分析[J].中国航天，2019(07):29-31.
本文转载自“高端装备产业研究中心”，原标题《“一网”（OneWeb）卫星星座最新发展情况》，文 | 太阳谷
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