九天说丨九天波粒：OneWeb No Web，Starlink Start Link

波粒 九天微星 昨天
大家好，我是九天波粒
 
2020年，转眼过半
这半年对于商业航天来说
跌宕起伏，喜忧参半 
低轨卫星互联网带头大哥OneWeb
遭遇“滑铁卢”
在今年3月份宣布破产重组 

多家巨头投资的OneWeb

而竞争对手SpaceX的Starlink星座
却一骑绝尘
目前已经成功发射了九批卫星
凭借总计538颗的组网卫星
一举成为全球拥有卫星数量最多的公司
同时，SpaceX也拿到了100万个终端的牌照授权
以及顺利在空军军机上做了下行600Mbps的实测
近日，SpaceX还宣布向公众开放服务测试申请
至此， Starlink星座成为在建星座中
离商业化运营最近的低轨通信星座

SpaceX 开放服务测试申请


这场生死悬殊的竞争
看似已成定局
却在2020年5月26日
美国FCC最新一轮卫星申请提交的最后一天
再次迎来变化
OneWeb竟然又提交了4.8万颗卫星的申请
7月2日，命运之锤终于落下
英国政府及印度电信运营商联合为OneWeb续命
谱写了商业航天领域的风云变换、暗潮汹涌


今天，回归商业本质
波粒尝试从一个基本逻辑
Cost Efficiency
费效比
分析低轨通信卫星星座的商业本质
请各位细品

COST 成本

火星之子Elon Musk在2019年1月31号
特斯拉扭亏为盈的时候说
“It’s all about cost，cost，cost！”
由此可见成本控制已融入马斯克商业帝国的血液
成为其商业基因的一部分
 

SpaceX完成火箭一子级回收


接下来我们就通过横向比较
Starlink和OneWeb卫星的各项指标
来看看当前低轨互联网卫星的成本究竟几何
同时，为方便大家了解高轨和低轨通信卫星的差别
波粒亦加入了Viasat-2 HTS这一参照量


先看前5项
这里主要包含了卫星的BOM成本
即卫星制造成本和火箭发射成本
关于卫星制造成本
Starlink单星重量是OneWeb的1.5倍，拥有更大功率
但Starlink单星制造成本却是OneWeb的1/2
关于火箭发射成本
OneWeb用的是俄罗斯的Soyuz火箭
单发火箭报价为4800万美金
每发火箭搭载34颗卫星，单星发射成本为140万美金
Starlink用的是SpaceX猎鹰9火箭
单发火箭报价为6000万美金
扣除30%的利润
自家火箭成本为4200万美金
但是Starlink用的都是3/4/5手火箭
单发成本按照3000万美金估算（实际应该更低）
因此单星发射成本仅为50万美金
总体估算，Starlink单星发射成本是OneWeb的1/3
再看白色部分的吞吐量计算
Starlink单星吞吐量是OneWeb的2倍
但Starlink用的是相控阵天线
OneWeb用的是缝隙阵天线

各星座的不同天线路线选择

所以从天线功率效率来看
Starlink要远远高于OneWeb
此处暂无详细的数据测算，波粒会在后期逐步挖掘
暂按Starlink的功率使用效率是OneWeb的2倍估算
单星有效吞吐量，Starlink是OneWeb的5倍
通过归一化计算
按5年的设计寿命计算，每M带宽每月成本
Starlink为3美金，OneWeb为37美金
后者成本竟然为前者的12倍之多！

而且，低轨卫星星座的出现
很大程度上是为了与高轨HTS卫星竞争
但是OneWeb每M带宽成本
居然比Viasat还要高出50%
要是没有Starlink
OneWeb降价的逻辑还需要时间来验证
但是既生瑜何生亮
Starlink的出现无疑给OneWeb的投资人敲了敲警钟

SpaceX堆叠式卫星排列设计
 
还有，Starlink当下的生产速度每天8颗
而OneWeb每天2颗
生产效率前者是后者的4倍！
经过简单的测算后
相信大家对Starlink和OneWeb的成本差距
已经有了初步感受
有没有学霸碾压学渣的感觉！ 
那么到底OneWeb和SpaceX相比到底差在哪呢？

借鉴《技术的本质》这本书的逻辑
我尝试总结一下
就一个字：
懒！
 
懒得去思考，
懒得去学习，
懒得去拆分，
懒得去创新。
 
首先明确几个概念：
1）技术是实现目的的手段；
2）几乎所有设计都是某个已知技术的新版本，
设计就是选择；
3）技术有两种发展机制：内部替换和结构深化；
4）技术层级关系为：模块、次级模块、零部件；
 

OneWeb与Airbus合资建设的卫星工厂
 
集成是个技术活
越往技术下层集成
就越需要动脑筋。
所以OneWeb懒的直接表现：
就是选择Airbus做总包商
这样做无疑违背了Elon Musk经常说的
First Principle的感知路径
也就封闭了降低成本的感知路径
 
在OneWeb眼里
一个通信载荷可能就是一坨通信载荷 
而在SpaceX眼里
一个通信载荷
是Antenna、Filter、LNA、Converter、IMUX、HPA
而一个HPA又被拆解
是CAMP、LZR、TWT、EPC或者是SSPA
单单列举就觉得很麻烦了
更何况要找供应商、要找研发人员
要全球比价、要自我集成
要一个一个的谈技术，一个一个的砍价格
但是天道酬勤，功不唐捐
最终的结果就是：
SpaceX的价格比OneWeb低很多！
 

SpaceX使用回收的子级组成火箭发射新任务

看到这儿，是不是可以猜想
SpaceX的新技术和新供应链选择太强了
自我学习和迭代的实力超群！ 
但是波粒还是想劝大家冷静冷静
因为，SpaceX的这种做法
从短期来看一定是对的
长期来看还有待进一步证明
这是因为新旧原理的更换需要时间
旧原理或者旧技术通常会存在较长的时间

主要是由以下三个原因导致的：
1）经过精致、繁复的过程后
成熟的旧原理比他的新对手好
2）采用新原理意味着改变周围的结构和组织
因为成本过高，可能不会被实现
3）业内人士不认可新原理带来的愿景 

因此
SpaceX这种低成本模式做的卫星到底能不能坚持5年？
综合成本是不是真的比OneWeb低？
主要还是看经济和技术交叉点后
相关供应链的成长速度和降价速度


Starlink低轨卫星星座示意图
 
前期是选择老牌总包商还是自己做总包商
是两个截然不同的逻辑
因为航天不只需要考虑成本，还需要考虑质量
除非你有足够的时间足够的钱让你失败
而且你的竞争对手不会跟你争夺市场
把握新旧原理或技术的替换周期是一门艺术
也是低轨商业卫星能否成功的关键因素
 
但是要注意的是：
只有原有技术创新是远远不够的
还要有“域”的更新
几个概念：
在解决某一行业问题的时候
个体技术会集成群，形成技术“域”
工程设计自动或下意识的选择域，叫做“域定”
重新域定，意味着技术的颠覆性改变

展开太阳翼的Starlink卫星
 
举个例子
以前你用C写程序
突然有一天C被Python替代了
因为后者更容易入门，更容易编写
这就是重新域定
SpaceX+Starlink
火箭与卫星合作互相改造
两者融为一体
就是重新的域定
而因为重新域定
Starlink单星发射成本降为OneWeb的1/3
而且未来还会越来越低！


Efficiency效率

回看上一部分的关键句
“It’s all about cost，cost，cost！”
这句话真的对吗？
只能说
对一半
成本之外，更要考虑Efficiency
这里不得不再提一下波粒最爱的铱星星座
通过两代铱星星座的故事
我们可以一窥效率的重要性

铱星星座与OneWeb星座对比
 
铱星一代花费约60亿美金，铱星Next花费约30亿美金
都是66颗卫星，但是二代的成本比一代降低了50%
可是单星综合成本仍为5000万美金
是Starlink的40倍，是OneWeb的14倍
如果只考虑成本的话
铱星可以直接倒闭关门了
因此导出，除了成本
还有一个神秘的因子主导着商业航天
那就是效率
 
影响效率主要由三个方面决定：
技术效率
业务效率
市场效率
 
技术效率
通过跟九天小伙伴的沟通，波粒得到启示
技术效率主要分为轨位效率和功率效率
对于轨位效率来讲，高轨要高于低轨
因为低轨卫星有效过顶时间有限
因此在同样的覆盖面积内
单颗低轨卫星提供的有效服务时间要远远低于高轨
但是在通信系统中，技术效率的本质是雷达方程
这一点对于卫星通信尤为重要
区别于地面通信系统的频率受限系统
卫星通信系统更属于功率受限系统
所以对功率的利用率决定了卫星通信的效率
OneWeb和Starlink在天线上最大的差别在于
OneWeb用的是9波束的缝隙阵天线
而Starlink用的是8波束的相控阵天线根本不“聚焦”
OneWeb的功率效率要远远低于Starlink

相控阵天线在不同轨位高度的效率对比示意图

但对于都是相控阵天线的高轨和低轨进行比较
低轨卫星要高于高轨卫星的功率效率
上图中左边示意为
如果高轨、中轨、低轨的相控阵覆盖面积一样
也就是三者的功率效率一样
那么高轨卫星需要更大的天线阵面
意味着更大的功率和更高的成本
右边示意为如果高轨、中轨、低轨的天线阵面一样
那么高轨卫星覆盖的面积要比低轨卫星更大
意味着功率效率极大降低

综合评定，对于HTS来讲
低轨卫星的功率效率要高于高轨 
另外还有几点比较复杂
如星间激光通信、星上处理、跳波束处理等技术
值得关注，但在此不作赘述
 
业务和市场效率


首先要和大家普及下低轨卫星互联网的业务类型
简单来说分为固定传输业务和移动接入业务
就像中国电信和中国移动的关系
而低轨卫星要突破高轨卫星原有的壁垒
一定是中国移动突破中国电信一样
重点布局移动接入应用场景
因为整个系统会拥有更多的波束
配合跳波束技术
可以将Mbps的年属带宽
拆解为Mbps/秒
更高效的为客户提供性价比更高的
可随时用或者不用的移动接入业务
就像铱星一样。
限于篇幅，市场和运营效率不作展开

综上，OneWeb的困局，根本上还在于选择了一条成本不足够低的道路。而SpaceX则从第一性原理出发，纵向垂直整合，极大的降低了成本，并通过强化通信思维，在设计之初，使单星的通信效率就具有明显优势。至此，SpaceX在美国走出了一条日渐清晰的低轨卫星互联网发展道路。而中国要想缩小与国际先进之间的差距，则要充分借鉴北斗星座建设的经验和地面运营商网络建设的经验，重新域定，抱团追赶。
 

九天波粒说

在新航天时代，究竟谁能代表先进生产力？我相信每家公司都有自己的认知和行动，波粒在此谨代表个人观点，提出几个不成熟的小建议，供大家参考：

1、预判趋势，提前布局：低轨通信卫星的节奏是先以制造业务为主，建设基础建设，再有终端研制及行业应用爆发，最后星座组网运营，提供大数据升维。对于卫星互联网领域的企业来说，要把握好自己的节奏。
 
2、找准自身定位：低轨通信卫星在低信息密度互联网场景的投入产出比优于地面网和高轨卫星，有明确且巨大的市场。在5G时代，卫星网络是地面网络的重要组成部分；6G时代，卫星网络将融入地面网络，无缝切换服务任何场景下的移动通信。但是要注意的是，市场突破的先后顺序一定是按照2G→2B→2C的顺序逐步推进。

3、竞争带来变化和效率：在找到最高效、成本最低的解决方案之前，用单一集成商的风险是极大的。竞争机制的引入，可以促进思考，极大地的激活创造力和创新力。

4、创业者和资本都要保持耐心：所有的硬科技都是长线布局，低轨通信卫星也是，因此全产业链都需要有充足的耐心，迎接产业的爆发。我相信因为欧美的紧密布局，中国的爆发也明确可期。
 
5、坚定信心，大胆探索：就像诺基亚破产不代表手机行业的终结，反而拉开了智能手机时代的序幕，OneWeb的“破产”也不代表行业早衰，涅槃重生正预示着卫星互联网进入全新的“智能”时代。
 
6、相信梦想，从量变达到质变：相信技术可以改变世界，遥想多年以后，人类成为跨行星物种，星球间的通信是必须先解决的问题。目前低轨通信卫星仅仅围绕地球人，但也必将是星球间通信的基础。我们必须积累下扎实的技术供我们下一代，下下代的子孙可用。马车时代到蒸汽机时代的转变不是技术的畸变，而是技术成百上千年的积累。我们要做的就是做这样的积累，即使我们这一代人有可能看不到行业的繁荣。

7、紧跟时代和国家的命运：相信趋势的力量，相信国家的力量，相信时代的力量。希望中国航天雄起！一起加油！


九天波粒，九天微星通信航天人一枚，清华未毕业电子系工程博士，人生信条：不会做行研的产品经理不是好BD。希望与商业航天同路人多多交流，共同开启新太空时代！


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