星鏈Starlink：衛星互聯網領軍者

星鏈計劃（Starlink）作為全球衛星互聯網領域的參與者和領跑者，因為其創始人——埃隆·馬斯克的獨特風格而廣為人知。近來，在俄烏沖突中，美方向烏方提供了數千臺星鏈終端設備用以支援有關方面的通訊能力，這一新聞為馬斯克的星鏈計劃又籠上了一層神秘面紗，甚至傳出將之與衛星互聯網鼻祖“銥星計劃”相提并論的聲音。星鏈計劃是什么？它和傳統互聯網有何區別？它是新世紀的銥星計劃么？本文將嘗試一一作答。

【中國金融案例中心 文：胡畔 編輯：謝彬彬 】

1.1 計劃概述

星鏈（Starlink）是應用于通信領域的近地軌道衛星星座，計劃由4.2萬顆衛星組成，可以為用戶提供高容量、低延遲的衛星互聯網服務。該計劃由有“硅谷鋼鐵俠”之稱的埃隆馬斯克（Elon Musk）在2015年提出，其名下公司——美國太空探索技術公司（SpaceX）于2018年2月發射了兩顆原型衛星“丁丁A和B”(Tintin A and B)。首發成功后，2019年5月開始，SpaceX幾乎保持著每次發射50-60顆衛星的效率，截至2022年10月14日已發射了3399顆衛星，其中有3168顆在軌運行（2700顆正在服務），報廢了231顆。根據SpaceX公司的披露，其用戶目前主要包括北美大部分地區、歐洲、拉丁美洲部分地區和澳大利亞大部分地區（如圖1所示）。

圖1 星鏈服務范圍

注： ①亮藍色為當前正在服務的范圍；藍色為星鏈已覆蓋的范圍，可訂閱服務；深藍色為星鏈尚未覆蓋或尚未獲得行政許可的地區。②數據統計時間為2022年10月6日。

圖片來源：Starlink官網

星鏈既有的在軌衛星已可以為全球用戶提供高通量、低延遲的衛星互聯網服務，具體可分為家用、商用、房車專用和航海專用四類。在服務范圍內的用戶可以直接在Starlink官網下單，方便快捷。盡管作為全球第一款衛星互聯網產品，相比于人們所熟悉的傳統光纖式的互聯網更加前衛，但從客戶體驗的角度來看，并不會有明顯差異（如圖2所示）。Starlink的主要裝置為衛星信號接收裝置，并允許客戶搭配使用第三方路由器。值得注意的是，星鏈的航海衛星接收裝置目前使用的是2個商用版本的接收裝置，未來將在2023年為用戶免費更換為航海專用版接受裝置（如圖3所示）。

圖2 Starlink衛星網絡接收器與使用示意圖

圖片來源：俄羅斯媒體mil.in.ua；H.M.V.R.Herath ，Starlink : A Solution to the Digital Connectivity

圖3 Starlink Maritime

圖片來源：Starlink官網

1.2 現價比對

在價格方面，對于考慮性價比的普通居民使用而言，星鏈的收費標準可以說是極高的。以美國紐約為例，該地區主要的五家居民網絡供應商在最低網速達300Mbps（超過星鏈的最高網速）的情況下，每月的費用還不到星鏈費用的一半。但對于其他用途，特別是在海上使用，星鏈則具有較為明顯的優勢。以主流的VSAT ISP為例，其月網費為165000美元，星鏈5000美元/月的收費標準僅為其三十分之一（見圖4、表1）。

圖4 星鏈與紐約主要網絡供應商網費對比（每月）

數據來源：allconnect.com

數據來源：據公開資料整理

將美國主流衛星互聯網服務商提供的固定用戶套餐進行對比可以發現，Starlink在衛星互聯網服務中，在下載速度和流量方面有明顯優勢，但同時無論是月收費還是固定設備安裝費用都為用戶選擇Starlink設置了較高的門檻（如表2所示）。

數據來源：SatelliteInternet.com

2.1 信號覆蓋范圍廣

相比于市場滲透率高的傳統互聯網服務，衛星互聯網收費過高，沒有競爭力；但在傳統互聯網難以觸達的地區，衛星互聯網有著明顯的價格優勢，這主要源于衛星互聯網全球覆蓋的特點。

由于衛星互聯網是對衛星通信的一種具體應用，衛星通信系統是以通信衛星轉發器作為中繼站，通過發射或者轉發無線信號實現地面間的信號傳輸，地面信號的接受并不像傳統互聯網需要依靠架設大量路基設備才能進行傳遞，因此即使是在人跡罕至的地區，如沙漠戈壁、極地和海洋也能提供服務（如圖5所示）。

圖5 衛星通信示意圖

圖片來源：申萬宏源-《天地融合，衛星互聯網投資全景結構》

2.2 低延遲

由于信號在兩地之間傳遞需要時間，因此產生了延遲。在使用衛星網絡進行信號傳輸所產生的延遲大抵由“信號在地面裝置與衛星之間的往返”和“信號在衛星之間的傳遞”兩部分組成。

首先，衛星距離地面的距離與信號傳輸時間長短呈正比關系。較低的軌道高度有利于降低信號傳輸過程中的延遲。根據Starlink公布的數據，信號在地面至高軌衛星再返回地面需要大約240毫秒，而信號在地面至離地550公里高度的低軌衛星Starlink之間往返一周的時間約3.4毫秒，是使用高軌衛星所需時間的1/70（如圖6所示）。實際上，SpaceX最早于2016年向美國聯邦通信委員會（FCC）申請的軌道高度為距地面1110-1325公里，并計劃發射4425顆衛星；后來出于降低延遲的目的，公司在2018年向FCC申請，將于2016年申請的4425顆衛星中的1584顆的運行高度降軌至距地面550公里。由于SpaceX的軌道殼上端高度為570公里，與其競爭對手——亞馬遜的低軌衛星星座Kuiper最低570公里的軌道高度僅相差20公里，于是SpaceX在2019年又將剩余的2841顆申請降軌至540-570公里高度。

圖6 Starlink的低軌道帶來低延遲優勢

注：GEO為地球靜止軌道簡稱，軌道高度35786公里，位于該軌道的衛星主要用于通信、導航和氣象觀測。Starlink所在的LEO為低地球軌道，軌道高度300-2000公里，位于該軌道的衛星主要用于對地觀測、測地和通信等。

圖片來源：Starlink官網

其次，由于衛星在550公里的高度僅能覆蓋半徑為500公里的范圍，這意味著地面上距離超過500公里的兩個裝置間信號的傳輸至少需要兩顆衛星在太空中進行“接力”——即一顆衛星在接收到地面信號后，通過激光將信號傳遞給另一顆距離地面接收點更近的衛星，再由該衛星將信號傳遞回地球（如圖7所示）。由于在實踐中，進行信號“接力”的衛星很可能并不在同一平面，由于彼此速度不同，可能會出現激光信號在傳遞過程中因相對位置發生變化發生信號丟失，需要重新發射激光信號到其他衛星上的情況，并由此產生延遲。據了解，Starlink每一顆衛星裝有5個激光通訊組件，可以穩定保持與4顆衛星的信號連接。

圖7 信號在多個衛星間傳遞

圖片來源：作者根據公開資料繪制

根據倫敦大學Mark Handley教授的研究估算，Starlink衛星互聯網理論上的延遲是43毫秒，這一速度相對傳統信息通信速度有極大的提升。作為對比，使用公共線路在美國紐約與英國倫敦之間傳遞信息的延遲時間為65毫秒，使用造價3億美元的私人光纜可以將延遲時間降低至59.95毫秒。5.05毫秒對于大多數普通人而言沒有顯著區別，但對于一些利用時間差、價格差盈利的金融機構（如對沖基金）而言卻意義非凡。由此可預設，衛星互聯網在某些特定應用場景中可以產生重大影響。

2.3 成本低廉

衛星互聯網建設成本本身就遠低于傳統互聯網建設成本。以在美國全面覆蓋衛星互聯網/5G網絡為例，全面覆蓋5G網絡所需的總建設投資約為6000億美元，年運營成本為231.1億美元；相比之下，衛星互聯網的總建設投資需要約962億美元，年運營成本25.7億美元。無論是在初始投資還是后續運營成本方面，衛星互聯網都更具成本優勢。

由于顯著的成本優勢，大量市場參與者涌入該賽道。盡管同為衛星互聯網建設，但在衛星制造和發射方面，眾多參與者相互之間仍有不小的差距，而星鏈正是在這一方面擁有其他廠商難以匹及的優勢。

在衛星制造方面，根據馬斯克和SpaceX首席運營官肖維爾（Shotwell）在2020年的表述，星鏈的單科衛星制造成本已降到了50萬美元以下。相比之下，Starlink最具實力的競爭對手之一——OneWeb的單顆衛星制造成本在100萬美元，而繼承了衛星互聯網鼻祖“銥星計劃”衣缽的Iridium Next的單顆衛星制造成本更是高達3067萬美元（如表3所示）。

資料來源：艾瑞咨詢研究院

在衛星發射方面，SpaceX一箭多星的發射能力和單次發射成本都極具競爭力，構成了SpaceX在衛星互聯網星座搭建過程中的核心競爭力。根據艾瑞咨詢的數據，Starlink的單次發射價格為3692萬美元，僅為OneWeb的一半，而單次發射衛星數量為其2倍，因此單顆衛星的發射成本僅為OneWeb的四分之一。而Iridium Next由于外包發射業務給SpaceX，自然不能像Starlink一樣享受發射成本價，因此其單次發生成本為Starlink的1.7倍。再加上Iridium Nex衛星設計與發射火箭缺乏整體設計，且單顆衛星質量是Starlink的3.3倍，單次發射衛星數量僅為9-10顆，最終Iridium Nex單顆衛星的發射成本為Starlinke的近10倍（如表4所示）。

資料來源：艾瑞咨詢研究院

3.1 銥星計劃介紹

銥星計劃始于摩托羅拉工程師在1985年的偉大構想，計劃由77顆沿11條地球經線運行的衛星構成，由于運行軌跡類似化學元素銥核外電子的運行軌跡，因此將這些衛星取名為銥星。后來計劃改進，將7條軌道減少至6條，衛星總數也因此減少至66顆，但仍沿用了銥星的名稱。

銥星星座為近地軌道衛星星座，軌道高度780千米，由美國"德爾它2型"、俄羅斯"質子k型"和中國"長征2號丙改進型"火箭承擔了發射任務。銥星計劃于1996年首次實驗發射，到1998年2月全部部署完畢，同年11月開始提供全球窄帶通訊互聯網服務。

基于銥星計劃的衛星通信網絡，地面不設基站，用戶接收和發送信號需要借助單獨的手持設備（如圖8所示）。銥星電話單機價格高達3000美元，遠高于同時期支持2G通信的普通手機的幾百美元的價格，并且每分鐘通話費用3-8美元，普通用戶難以承擔。銥星計劃總投資34億美元，衛星設計使用壽命為5年，經測算該項目欲達到盈虧平衡點需在市場上保有65萬用戶，而現實是在項目破產前夕，即1999年8月，銥星計劃僅擁有不到2萬名用戶。

圖8 摩托羅拉公司的銥星電話

圖片來源：網絡公開資料

1999年8月，銥星公司申請破產保護，2000年3月，實際耗資50-75億美元的銥星公司正式進入破產程序。在破產重組后，第二代銥星系統（即Iridium Next）主要為美國軍方和各類小眾用戶（如航海、航空、極限運動參與者）提供服務。根據銥星公司公布的經營狀況，截至2021第四季度，公司擁有172.3萬計費用戶，同比增長16.7%，其中商業計費用戶157.6萬人，政府用戶14.7萬人，商業服務創收占比64%，政府采購占比17%，其他收入包括設備和工程支持，合計占比19%。

3.2 二者比對

星鏈計劃和銥星計劃，一個是當前衛星互聯網領軍者，一個是三十年前的衛星通信鼻祖，人們自然會將二者聯系一起進行對比，討論前者成功的原因和后者失敗的教訓。但事實上，衛星通信技術的發展和服務的普及尚不成熟，世界多國仍在該賽道上大力發展（如表5所示）以作為5G乃至6G的補充，此時判斷星鏈的成功為時尚早。僅能從階段性分析星鏈計劃與銥星計劃二者之間的區別。

注：數據統計截至2020年10月6日

資料來源：天風證券研究所，《低軌衛星通信網絡領域國際競爭：態勢、動因即參與策略》

首先在技術儲備方面。銥星計劃的提出是在上世紀90年代，無論是通信技術、衛星設計與制造、還是航天技術，都有大量技術難點需要攻關。相比之下，在星鏈計劃提出的2015年，相關技術都有了質的飛躍，甚至許多科研院所、高等院校和私人企業都具備了發射自主研制衛星的能力。技術的發展和普及直接影響了項目的成敗。

其次在成本方面。近三十年銥星計劃耗費50-75億美元，而現如今世界各國衛星互聯網計劃的成本大多能控制在這一數值以下。考慮通貨膨脹的影響，如今的衛星互聯網計劃的成本壓力明顯低很多。而作為眾多衛星互聯網服務商中的佼佼者，SpaceX同時掌握了回收并重復利用火箭的技術，更是進一步降低了衛星發射成本。

除此之外，考慮到如今社會經濟的快速發展，有越來越多的用戶有能力承擔成本相對傳統互聯網更高的“新鮮事物”，同時還有更多的人類活動涉及一些偏遠地區和極限環境，并且現在的衛星互聯網會搭配地面基站從而支持用戶使用自己原有的智能手機，這使得衛星互聯網的用戶數量相比三十年前大幅增加。增大的用戶群體攤薄了單戶費用，從而降低了用戶進入門檻，這又進一步擴大了用戶群體，從而有機會形成良性循環。

相比于曾經摩托羅拉銥星計劃的宏偉創新，當前包括Starlink在內的衛星互聯網計劃更多地是站在巨人肩膀上的，在通信技術和航空航天技術領域的進一步攀登。

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