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前言、天基互联网建设全面启动
宽带互联网是人类文明进步和社会发展的最有力平台。建设天基宽带互联网，与地面宽带网络等互联融合，进一步满足人们对全球无缝覆盖的宽带网络需求，是互联网技术未来发展的一个重要设想。建立天基信息网络的概念由来已久，美国早在19世纪90年代就提出了天基综合信息网的基本概念，欧洲也提出了构建“面向全球通信的综合空间基础设施（ISICOM）”的设想，但此前多年由于技术和成本的限制并未付诸实施。
近年来，随着卫星制造和航天发射技术的进步，天基互联网的发展正在从梦想照进现实。以美国SpaceX公司为代表的技术先驱已全面启动天基互联网建设。
1、SpaceX星链（Starlink）计划
“Starlink”是美国SpaceX公司旗下的低轨宽带通信卫星系统计划。公司计划利用公司自主研发的猎鹰9号可回收火箭，将Starlink卫星送入轨道，组成小卫星互联网星座，并在全球范围内提供互联网接入服务，整个计划（目前已规划颗卫星）预计需要约亿美元。
年4月1日，SpaceX申请的颗Starlink卫星获得美国联邦通讯委员会（FCC）批准；年11月16日，SpaceX申请的颗Starlink卫星获得FCC批准，累计获批卫星数量颗。按照FCC的规则，SpaceX必须在6年内发射申请数量50%的卫星入轨，并在9年内发射所有卫星入轨，因此SpaceX必须在年11月前发射约至少颗卫星，年11月发射颗卫星。据网易新闻（年10月16日），SpaceX公司日前通过FCC向国际通讯联盟（ITU）提交申请（ITU审核并分配轨道和频率资源给FCC，FCC根据自己的标准向美国机构发放指标），计划后续增加3万颗Starlink卫星。若该申请获批，则“Starlink”星座最终卫星数量将扩充为4.2万颗。公司计划年在北美地区提供天基互联网服务），并于年快速拓展至全球。
目前进度
年10月22日，SpaceX首席执行官埃隆·马斯克成功通过Starlink发送推特，并表示Starlink已能提供天基互联网服务。据SpaceNews，SpaceX使用猎鹰9号可回收火箭，分别于年1月6日和1月29日各发射了60颗Starlink低轨道宽带卫星。截至年1月底，SpaceX共计发射颗Starlink卫星，是目前全球卫星在轨数量最多的商业卫星系统。
年11月11日至今发射的Starlink1.0卫星均未装备星间激光通信装置，仍需地面设施通信组网。SpaceX计划将在年下半年开始发射装备有星间激光通信链路的卫星，逐渐摆脱对地面设施的依赖。据经济日报，SpaceX将在年发射超过次火箭，其中发射24次Starlink卫星，共计颗。
2、卫星产业概述
卫星按照用途大致可分为：通信卫星、遥感卫星（狭义指民用地球观测卫星，广义还包含军事侦查卫星）、导航卫星（提供位置服务）、技术试验卫星等。根据SIA（美国卫星产业协会）数据显示，截至年底，全球共有在轨卫星颗，其中通信卫星、遥感卫星、导航卫星的占比分别为40%、26%、6%。年，全球共发射颗卫星，其中通信卫星、遥感卫星、导航卫星的占比分别为33%、22%、3%。
根据SIA数据，-年全球在轨卫星中，通信卫星占比最高，基本保持在50%左右（除年因遥感卫星占比大幅增加外），遥感卫星占比小幅增加。从全球卫星发射情况来看，遥感卫星年起成为发射数量占比最高的卫星类别，通信卫星发射数量占比受遥感卫星发射数量大幅增加的影响，年起发射数量占比在18%-26%之间波动。
值得注意的是，SpaceX于年开始使用“一箭60星”的方式发射Starlink通信卫星，或将显著提升此后全球在轨卫星中通信卫星的占比。
卫星产业链可大致分为卫星制造业、发射服务业、地面设备制造业、卫星服务业。
上游的卫星制造和发射服务是卫星产业的基石，但市场规模相对较小，年全球卫星制造和发射收入为亿美元，同比增长27.86%，占卫星产业收入的9.26%。
全球卫星地面设备制造业年收入达到亿美元，同比增长5%，占卫星产业收入的45.13%。
卫星服务是全球卫星产业的支柱，年全球收入达亿美元，同比减少1.7%，占卫星产业收入的45.6%，主要包括卫星宽带通信、地球观测、位置信息、科学研究等服务。
3、低轨宽带通信卫星系统概况
3.1、低轨宽带通信卫星系统定义及工作原理
3.1.1、低轨宽带通信卫星系统定义
低轨宽带道通信卫星系统由大量（通常为数百或数千颗）低轨道小型通信卫星组成卫星系统/星座，通常使用Ku、Ka、Q/V等高频频段进行宽带通信。部分低轨宽带道通信卫星系统中包含少量中高轨卫星，其多作为节点/中转星，大部分通信数据链仍在低轨卫星和地面之间完成。
由于地球曲率的影响，高轨道卫星能够以更少的数量实现全球覆盖，而低轨道卫星则需要成百甚至上千颗卫星组成星座才能实现全球覆盖，即“站得高，看得远”。在卫星制造成本和发射成本高居不下的时代，低轨道卫星系统由于组网复杂、所需发射量大，并不具备经济可行性。近年来，伴随技术的进步，卫星的体积、质量、成本逐步下降、可靠性、集成度不断提升，同时伴随火箭发射成本的显著下降，低轨道小型卫星系统的大规模部署已逐渐具备条件。
按照通信卫星运行的轨道不同，卫星通信（系统）可分为：
低轨道（LEO）卫星通信：LEO卫星较小，运行于距地面-km的轨道上，具有传输时延（Starlink双向通信时延为50-70ms）、覆盖范围、链路损耗、功耗较小等特征。典型系统为美国铱星通讯公司(IRDM)的第二代铱星系统。
中轨道（MEO）卫星通信：MEO卫星运行于距地面-0km的轨道上，其传输时延（MEO卫星系统O3b双向通信时延约为ms）、覆盖范围、链路损耗、功耗大于LEO但小于GEO。典型系统为英国Inmarsat公司的国际海事卫星系统。
高轨道（GEO）同步卫星通信：GEO卫星运行于距地面km的地球同步静止轨道上。传统的GEO通信系统的技术最为成熟，但由于存在较长的传播时延（双向通信时延ms以上）和较大的链路损耗，在实时通信中存在显著的延迟。
低轨小卫星一般指运行于距地面-km的轨道上，重量在0kg以下的现代卫星，具有通信、导航、遥感等一种或多种功能。虽然小卫星在工作功率、有效载荷、在轨功能等方面弱于大型卫星，但在低轨通信卫星系统中，小卫星较低的功率反而更加节能（低轨道离地面距离较近，信号传输所需功率相对较小），且其有限的功能可以通过庞大的卫星数量来弥补。加之小卫星较大卫星具有成本低、研制周期短、发射灵活等特点，因而低轨通信系统中往往以小卫星为主。
低轨宽带通信卫星系统的优势
1）轻小型化：与传统通信卫星系统中重达几吨的卫星相比，低轨通信卫星系统中使用的小卫星重量通常在1吨以下。轻型复合材料技术以及集成化应用是小卫星轻型化发展的重要前提。卫星的重量下降使得单次发射所能搭载的卫星数量进一步提升，从而降低了平均发射成本。
2）制造成本低：传统大卫星的研制周期一般需要5年左右，且项目投资大、发射费用高、项目风险大。小卫星的研制周期一般为2年左右，研制成本大大降低。此外，低轨通信卫星系统所需卫星数量庞大，有望极大地降低卫星制造边际成本。
3）灵活发射：小卫星可以作为大卫星的附属物一起发射，也可以是几十甚至上百个微小卫星搭载同一个火箭一齐发射。运载和发射工具包括火箭、导弹、空间飞行器等，发射地点可以为地面、大气层或太空平台。
4）冗余组网：小卫星网络的快速部署能力和抗毁能力强。利用大量小卫星组成冗余备份，当某颗卫星失效或摧毁时，附近卫星可以快速补位。虽然单颗小卫星功能有限，但通过多颗微小卫星组成卫星系统或编队进行网络部署，呈现出空间拓展优势。
5）信号接收方便：地球同步轨道（高轨道）卫星对用户终端接收机性能要求较高，其需要采用12米以上的星载天线(L波段)对准卫星进行通信以保证通信速率，而手持机难以直接通过卫星进行高速通信。低轨通信卫星对用户终端的要求低，可以采用微型/小型手持用户终端，如Starlink系统可通过大小为6-9寸便携式地面设备（带有支撑杆的圆盘结构，装有可自动追踪卫星的相控阵天线，插入插座并保持露天即可工作）实现高速通信，较高轨道卫星接收信号更加方便。
6）低时延：传统卫星通信系统多采用中轨或高轨卫星，以减少卫星部署数量。然而中轨、高轨卫星离地面较远，导致其双向通信时延分别为ms和ms量级；而低轨卫星双向通信时延为50ms左右，具有天然的时延优势。
3.1.2、低轨宽带通信卫星系统工作原理
低轨通信卫星系统与传统通信卫星系统工作原理较为相似：以个人通信为例，卫星通信系统通过在地球表面形成蜂窝状服务小区，服务区内用户至少被一颗卫星覆盖，对应的卫星在处理语音与数据等多种信息的同时，与陆地无线移动通信网相互协调配合，使用户通过所持的便携式移动终端将信号直接发向最近的卫星，再经卫星之间的转发，把信号传送到地面电话网中的接收用户，从而完成在全球范围内的个人通信。尽管每颗低轨道卫星所能覆盖的地域比同步卫星小得多，但由于离地表近，其信号强度、可使用频率、数据带宽等都远强于同步卫星。
根据应用方向和支持的业务，低轨通信卫星系统可以划分为移动和宽带两类。其中低轨移动通信卫星系统采用L、S低频段工作，以中低带宽业务为主，支持面向手持移动通信和低功耗小型化物联网服务，如Iridrum（铱星系统）、Globalstar（全球星系统）；低轨宽带通信卫星系统又称为低轨高通量卫星系统，采用Ku、Ka、Q/V等高频段工作，卫星数量多，以中高速业务为主（几十兆比特每秒到吉比特每秒量级），支持互联网接入、网络节点互联以及基站回程等服务，如OneWeb计划、Starlink（星链）计划等。此外，低带宽的移动通信星座接收器较为简单，可为手持机、船载/车载站、一体化终端等；而低轨宽带通信卫星一般无法直接与用户终端通信，需要地面设备中转信号，如Starlink计划使用大小为6-9寸地面设备中转信号，但仍较高轨通信卫星系统接收信号更方便。
3.1.3、低轨通信卫星系统发展趋势：高频、高通量（即高速或宽带）是未来主流发展方向
自20世纪90年代以来，低轨宽带通信卫星系统开始受到各国广泛