在过去的3年中，在历史悠久的卫星通信市场中，人们可以看到围绕低轨道（DOE）卫星超级巨星星座的一种不错的宣传-电信系统由成千上万个卫星组成，价格昂贵且雄心勃勃。 对我而言，深入研究这些项目的技术和经济细节并谈论其前景似乎很有趣。
今天和过去30年的卫星通信主要是对地静止中继卫星，分别位于对地静止轨道上，该卫星相对于地面观察者大致静止不动，相当于位于35,000公里高度的塔上的常规无线电中继。 此外，从大约35％的地球区域中可以立即看到一颗卫星，其中三颗足以覆盖极地以外的整个表面。
今天的对地静止通信卫星是非常重的机器，重达4吨（在工作轨道上），可提供高达数百吉比特的通信通道。 这些卫星的出现，一方面是由于卫星无线电信号的巨大覆盖范围（有多少无线电塔可以为50亿潜在客户提供服务？），另一方面是设备的重量，它们可以从可用无线电频谱中挤出最大带宽。
Eutelsat 8 West B对地静止卫星天线方向图的对准。 在当今的卫星项目中，空间光谱特性的协调是一项非常艰巨的任务，低轨道系统也不例外。注意“可用无线电频谱”一词。 卫星通信的工作频率范围为1.5至60 GHz，但是在如此宽的无线电范围内可用的卫星并不多。 首先，在1.5至10 GHz的范围内，有许多地面无线电频谱用户-一个典型的例子是在2.4和5.5 GHz中心附近的wi-fi。 其次，在20 GHz以上，雨水，冰雹和混浊开始影响无线电信道的运行。 第三，可用频段必须至少划分为两个，以便组织卫星地球频道。 结果，活跃使用的卫星通信范围（以字母S，C，Ku，Ka表示）仅为6 GHz频段，为此，许多运营商之间进行了一场致命的战斗。
但是最初，6 GHz已经足够了。 毕竟，在15年前，通过通信卫星传递给订户的主要内容是电视，而相同的无线电信号可以一次将电视内容传递给数千万订户。 但是，随着2000年代的到来，市场越来越倾向于数字双向通信，其中对带宽的需求随着用户数量的增长而线性增长。
伽利略导航卫星的组装。 实际上，现代卫星的组装简化为将人造卫星系统组件手动安装在配电盘上，以及手工追踪连接它们的数十条电缆和管道，以及对由此产生的综合设施进行的大量功能测试。 在这方面，与飞机相比，卫星更像是精密工业设备。GSO卫星通过频率的空间复用来响应市场的变化-卫星发射许多相对较窄的波束，在这些波束中会遇到相同的频率（根据蜂窝网络的原理）。 但是，需求的这种转变也将GSO机器的最优性转向了其他解决方案。
从高飞行的GSO卫星，让我们继续前进到低轨道的卫星。 这个想法是用一群低轨道飞行代替一颗沉重的准静止卫星。 这个想法很明显，但是由于赞成与反对的平衡，直到90年代才被使用。
低轨道卫星比GSO卫星有什么优势？
- 低轨道要低得多...是的。 实际上，这极大地减少了无线电信道中的能量损耗（最多降低了4个数量级），从而允许在地面和卫星上使用小型天线和低功率发射机
- 低轨道也意味着低信号延迟-当通过GSO进行的电话非常明显时，对话者的应答会暂停（一种方式为250 ms）
- “许多卫星”的结构使您可以在每个卫星上重复使用频率资源（略微简化情况），并在理论上在相同频谱上获得更大的总体吞吐量，并为更多的用户服务。
但是业务不仅仅局限于优势，很明显：
- 低轨道系统意味着要维护一个较大的卫星星座和许多用于与通信网络接口的地面站-通常，部署的资本支出要大得多。
- 卫星在用户头顶上方移动，这意味着您需要使用全向天线或非常先进的跟踪系统，这几乎完全消除了高能效的优势。
- 为了在现实中而不是在纸上提供大范围的系统带宽和频谱的多次复用，需要高级天线系统，高速数字开关，带跟踪的高速卫星间通信等极其复杂的卫星-这些都没有在1990年代初以其最终形式存在。
尽管利弊之间没有明显的平衡，但仍有几家运营商急于实现1990年代卫星通信的新想法。 当时最著名的项目称为
Teledesic ，意指840个在700公里高空运行的设备，其任务是向地面用户提供互联网。 Teledesic筹集了大约10亿美元，但没有成功。 从1990年构思该项目到1998年发射第一颗实验卫星的那一刻，地面运营商设法赢得了Teledesic瞄准的很大一部分市场，财务模型显示成本收回了90亿美元（以今天的美元计算约为200亿美元），因此该项目在破产之前就已经破产了部署之前。
Teledesic卫星星座的仿真（简化为288个设备）。 可以看出，随着纬度在圆极轨道上星座的均匀排列，纬度增加，卫星的工作区域发生了多次重叠。 看起来这并不是一个简单的问题，需要在45度以上的纬度上断开部分卫星的工作，或者在卫星接近两极时在卫星上配备许多精密的设备以重新配置工作区域。Teledesic很快找到了两个竞争对手-Iridium和Globalstar项目，它们的重点是当时比较熟悉的卫星电话市场，GSO运营商通常几乎无法进入该市场（直接从对地静止台的电话需要地面上的大天线或地面上的大天线）卫星）
由于在700公里的轨道上有72颗卫星（6x11飞机+每架飞机保留1颗卫星）的星座，铱星项目具有全球覆盖性。 每颗卫星重680公斤，但按当今的标准能力，它只能与大约1,500个订户同时工作，因此具有中等水平。 对于NOU分组，卫星轨道的平均高度为780 km。
第一代铱星卫星。 卫星侧面的三个48波束用户天线给我们带来了铱的耀斑现象。 在卫星的基础上，可见5个Ka波段旋转天线，可提供卫星间通信以及与地面传送器的通信。铱卫星已经开发了卫星间通信设备，该设备允许将呼叫路由到地面通信站或用户卫星网络订户。 通常，此设备确定卫星的重量。
该小组部署后几乎立即破产，只有专家才知道这是否对五角大楼不利，因为五角大楼认为该系统对军事用途非常有用：破产的铱铱被五角大楼承包商购买，承包商开始从军事上使用该系统以从军事上赚钱，注销了一部分资本成本。
Iridium的竞争对手是Globalstar-一年后部署的系统，最初是根据更经济的标准创建的。 只有48颗重550公斤的卫星，轨道高度为1400公里，分布在8架飞机中的6颗卫星上。 在如此轨道上运行的如此众多的车辆无法覆盖整个地球表面，并且通信只能在大约70个纬度上进行。 但是，Globastar只能用作从用户到地面网关的中继器，因此在北极它几乎没有用。
星座“ Globalstar”。 决定将极地地区停运的决定一方面节省了很多钱，另一方面又使Globalstar失去了在北极地区工作，研究和旅行的客户-应该指出的是，在所有卫星电话客户中，相当大的一部分。
Globastar卫星安装在分配器上以进行轨道运行。 黑色和橙色的奇怪部分是订户人造卫星和Teleport-Sputnik频道的接收和发射天线。这样便宜的模式使Globalstar的使用寿命更长，尽管最终他破产了。
最终，在1990年代，又创建了两个可能鲜为人知的低轨道（NOO）小组-国内的“ Messenger”和美国Orbcomm。 “信使”源于军事间谍卫星系统，它暗示了离线传输小数据包或语音消息的可能性（即，卫星被用作飞行信箱）。 实际上，这是Globastar的进一步简化，老实说，我一生中从未听说过将此系统用于商业目的。
Orbcomm基本上采用了相同的“卫星-离线邮箱”方法，并在1998年部署了36颗卫星来提供M2M服务（从远程设备收集数据）。 与其他所有公司一样，Orbcomm也破产了，但由于最初对该系统的投资很少（没有地面传送器，最轻的卫星，对覆盖范围的连续性要求较低等），Orbcomm得以整顿并一直活到今天以及上面列出的其他3个项目。
Orbcomm项目是第一个利用总体上减小电子设备和卫星尺寸的优势的项目，使用重量仅为40 kg的设备进行操作。
因此，1990年代的悲惨经历得出的结论是，NOU交流团体是可能的，但在经济上并不健全。 在接下来的十年中，投资者从关于这个主题的新提案中逃了出来，例如从香火中逃脱。 但是，所有的坏事很快就被忘记了，现在，到2010年代初，全世界看到了寻求投资的“低轨道”的新潮。
一些逻辑陈述支持了这一曙光。 首先，互联网从1990年代的一个有趣的非营利性小工具变成了最强大的消费渠道之一，并且在任何地方都非常流行，但是与此同时，仍然有一些地方的地面操作人员无法接触到他们的光学元件。 其次，自1990年代以来，卫星和电信设备的发展已经走得很远，创建动态多波束卫星到地面工作场，数据路由，卫星间高速激光通信的任务现在可以在重量为150-200 kg的航天器中解决。 20年前1000公斤。
最后，地面用户设备在功能上也取得了长足进步。 在1990年代，向用户提供AFAR设备（有源相控阵天线）非常疯狂，这将允许使用接收天线的主波束跟踪天空中的卫星。 至少没有一些合理的钱来生产这种天线的技术。 具有两级机械驱动的天线也不便宜，也不适合大规模解决方案，但是，与此同时，宽带信道的放射物理学要求天线具有良好的放大率（即定向性）。
如今，使用具有动态波束的AFAR的卫星通信解决方案正在逐渐渗透到卫星通信市场-到目前为止，主要是为船舶和飞机提供Internet，并且在不久的将来，这种天线可能会变得越来越普及。
用于O3b系统的AFAR天线（如下所述），安装在飞机和轮船上。 由于GPS和MEMS陀螺仪，天线知道其在空间中的位置并形成最大增益的波束，精确对准卫星，以补偿设备的运动和侧倾。O3b项目是电信卫星星座新一轮发展的第一个迹象，该项目于2007年启动。 这个项目与其他项目不同，但更不用说这是错误的。 该项目是在Iridium和Globalstar的财务损失之痛尚未被遗忘之时启动的，该项目并非针对最终用户，而是致力于将互联网提供给a）邮轮b）小岛c）飞机-所有这些都在赤道地区附近，最高纬度为45。 最初的8颗卫星星座和完整配置的16颗卫星星座在地面以上8100公里的同一轨道上旋转，即 距地球静止轨道大约1/4的高度。 每个卫星都有12个带有两级控制的天线，可以创建10个客户波束，直径约700 km，每个波束的带宽为1.6 Gbit。 剩下的2根天线将查看与全局网络的接口点（信号员将这些点称为传送器）。
重达700公斤的O3b卫星。
分配器上的O3b卫星。 可以看到12组带有两级驱动器的无线电光学系统，用于组织客户光束。该项目成功为发射筹集了资金，并在2019年3月完成了完整的16颗卫星星座的部署，在实施上花费了约15亿美元。
构建O3b分组的原理。 显然，很棒的利基解决方案。有趣的是，O3b的思想家和创造者是一个名叫格雷格·威勒（Greg Wyler）的人，他随后发起了一个全新的卫星项目，这标志着超群热潮的开始。 因此，欢迎您-1600个“ OneWeb”卫星系统。
该公司成立于2012年（名称为WorldVu），设想将2,000多颗卫星（数量随时间变化）发射到近地轨道。 WordVu所需的人造卫星数量惊人，可与地球轨道上的所有其他活动卫星媲美。
问题不仅仅在于数量。 当您尝试快速组装并发射2,000颗卫星时，将出现难以置信的困难。 迄今为止，人造卫星的组装就像瑞士的手表一样，它是珠宝的手工劳动，具有大量的控制权和“碎片”，因此，上帝禁止将有机物用于隔热或通过静电放电损坏电子设备。 空间是残酷的。 因此，建议不仅传达卫星的组装，而且传达空间质量的许多必要组成部分（电子，连接器，化学和
电反应引擎等）。
获得空中客车公司生产合同的OneWeb卫星实现了Teledesic功能，其重量减轻了六倍，价格降低了三倍。但是，这样一个雄心勃勃的计划具有逻辑性。 假设您决定创建一个仅分发一百台设备（而不是2000台设备）的Internet的系统。那么您将遇到这样一个事实，即每台设备的有限带宽将不可避免地占几百万平方公里。 而且，如果在海洋上拥有稀有的客户游艇，那就太好了，而在人口稠密的国家/地区则恰好相反。 您在中国，欧洲，整个东南亚的100个卫星系统中的每个，将有2颗卫星，而在南美，则有多达3颗卫星，这样的组可以为多少客户提供服务？ 不行 这足以收回投资吗？ 也不行 有必要增加卫星的数量。 如果发射2000-4000颗卫星并通过小区数量创建与早期GSM网络相当的卫星用户波束方向图，则商业模式会共同发展，甚至说，美国大都市郊区也非常适合寻找客户。
但是，问题在于财务模型很棒，但是只有通过部署网络才能了解这些太空项目的实际盈利能力和需求。 但是在部署上需要花费数十亿美元，而在一个完整的网络中期望的卫星越多，就需要越多的数十亿美元。
OneWeb广告视频，其中第一批卫星的装配框架也在其中闪烁。 尽管部分操作是机械化的，但还不能说传送带装配技术在某处可见。现在，OneWeb（由最大的GSO运营商Intelsat购买）正在尝试在网络带宽不足与投资者无法找到的太大初始投资之间的狭窄道路上走。 虽然这条路看起来很复杂-不久前该项目决定将已部署的卫星总数减少到1600，初始阶段从900减少到600。
同时，该项目将以飞机和轮船（许多其他卫星运营商已经在其中工作）的形式将更多的重点放在客户上，而不是在普通百姓上。令人不安的迹象。前6颗OneWeb卫星是由来自库鲁国际机场的Soyuz-2.1B火箭于2018年2月发射的。直到2021年，我们似乎都不会看到该系统的全面部署。尽管如此，OneWeb项目仍在开发中，正在筹集资金（投资者已经投资了约30亿美元，足以部署前600颗人造卫星），而且它还有竞争对手：SpaceX Starlink和Amazon Kuiper超群项目，并且其组合比Telesat Leo和LeoSat更为适度（LEO =低地球轨道，因此是名称中对这个词的承诺）。目前，SpaceX Starlink可以在初始阶段部署1584颗卫星，完整配置时最多可以部署12000（!!!）。计划使用550公里（40个轨道平面，每个66个）的海拔，330公里（这里的主要卫星质量为7,500）和1,150公里（另外约3,000）的高度。在无线电通信方面，它还可以立即使用多个频带（包括V范围，该频率在50+ GHz时很难被组件掌握），但是在第一阶段，传统的Ku（10-20 GHz）带宽为每颗卫星几吉比特。卫星间激光通信的速度为数百吉比特。
Starlink卫星比OneWeb更加先进，具有创新的electric电反应引擎，工业电子产品以及依靠轨道储备而不是可靠性等优势。但是，今天至今还不清楚所有细节。简而言之，Starlink项目雄心勃勃，必须与地面电缆运营商争夺客户，以期获得回报。该项目的前景仍然不明确（包括筹集部署最小运营小组所需资金的计划），但是上周一次发射一次就成功部署了60颗卫星（我想提醒您，OneWeb发射了6颗），这使我心跳加速。首批264颗卫星发射后，模拟Starlink轨道星座。
并在完全部署的1584颗卫星群中通过Starlink进行通信仿真。另一个同样雄心勃勃的公司是亚马逊，该公司已在Kuiper项目中申请部署3236颗卫星。到目前为止，对这个项目知之甚少，除了“ 30亿未连接互联网的人”这样的传统用语（好像问题出在技术难题上，而不是互联网上没有这30亿美元）。但是，对于世界上最大的在线商店之一，从其自身通过卫星星座传输流量，至少可以看到协同作用。从这里我们可以期望Kuiper项目有更好的实施机会。除了高度复杂的项目OneWeb，Starlink，Kuiper，还有波音和三星的几笔交易，但这些公司似乎不敢进行这样的风险投资。最后，简要介绍一下雄心勃勃但利基略小的Telesat Leo和LeoSat。这两个项目都旨在与地面光纤骨干网竞争。他们的任务是从企业客户那里获得相当宽的宽带流量，并通过卫星星座将其传输到地球另一端的某个传送端口。这两个项目都涉及发射约110颗卫星，而Telesat Leo则通过创建两种类型的星座（在45度左右的轨道和极地轨道），优雅地解决了高纬度卫星的带宽问题，并均匀地填充了倾斜轨道。这两个项目仍在筹集资金，而Telesat（GSO卫星的大型卫星运营商）看起来更有希望。通过Telesat LEO系统进行的通信仿真总之，我想指出的是，接收到难以置信的订单的卫星和卫星组件制造商仍然对新的繁荣感到满意。发射服务运营商还期待着订单的惊人增长（包括Roscosmos，OneWeb以各种形式向其订购了Soyuz-2的21）。将通信网络转移到太空的新现实是否会得到解决？谁知道 但是，如果发生这种情况，那么人类显然将在太空探索中得到明显的推动，并降低制造太空技术的成本和有效载荷的回收。