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科技
作者:赵佳雯-EO
2020-03-11 11:26
[亿欧导读]

经历了破产重组又东山再起的铱星公司,已于2019年完成铱星二代星座的部署,服务能力也上升了一个等级,仍然在低轨星座的竞争中占据重要地位。

铱星

题图来自“外部授权”

文丨赵佳雯

编辑丨杨阳

铱星系统,原名Iridium SSC,现用名Iridium Communication Inc,是美国摩托罗拉公司在上世纪90年代部署的低轨卫星通信星座。

铱星的发展过程中充满变数:一代系统于1987年提出,1990年对外发布,1997年开始部署,1998年系统正式上线运营,却在仅仅9个月后申请破产。这个部署了13年、在轨运营66颗卫星、成本高达60亿美元的星座计划,被Don Colussy花费2500万美元收购,成交价仅为成本的0.42%。

虽然铱星公司的破产是20世纪商业航天领域的最大遗憾,但铱星星座仍然创造了诸多第一:全球第一个也是唯一一个提供无缝实时语音通信的卫星系统,第一个在卫星上使用相控阵天线的卫星系统,第一个用单星四向星间通信的卫星系统,也是第一个把通信交换系统(Switch)带到太空的卫星系统。

经历了破产重组又东山再起的铱星公司,已于2019年完成铱星二代星座的部署,服务能力也上升了一个等级,仍然在低轨星座的竞争中占据重要地位。

20世纪最完美的低轨星座

铱星卫星通信系统(Iridium Satellite Communications)最初由摩托罗拉牵头开发,初始设计理念是在地球低轨道部署77颗卫星,覆盖地球表面任何地方,满足实时通话需求。之所以取名“铱星”,正因为铱是原子序数为77的元素。不过,后来经计算表明,只需66颗卫星就能完全满足需求。

铱星星座示意图

铱星星座示意图

一代铱星星座的66颗卫星运行在780km的太空轨道上,倾角为86.4度。每条轨道上除布星11颗外,还多布1至2颗作为备用。铱星使用Ka频段与关口站进行通信,使用L频段和终端用户进行交互,每颗卫星质量在680kg左右,功率为1200瓦,采取三轴稳定结构,服务寿命5-8年。

铱星系统采用了多波束技术,每颗星有48个点波束,实现了极高的频率复用率,大大提高了系统的通信容量。在相同面积的区域内,铱星系统可提供的话音信道是GEO卫星通信系统的2倍。同时,铱星系统采用极地轨道,实现了GEO系统所未能做到的极地地区的通信覆盖。

其中,铱星系统的最大特点是使用了单星四向星间通信,这在当时是独一无二的,四颗卫星之间的交叉链路运行速度为10Mbps/秒,免除了用户长时延、大回声的烦恼。

铱星系统于1998年11月1日正式开始运营,这是世界上首个大型低轨通信卫星系统。尽管这在技术上是一次重大突破,但是在实际运营时却出现了很多问题,比如铱星电话只能在空旷的地方使用,室内和车上不能通话,可靠性和清晰度也较差;铱星系统在欧洲、非洲和亚洲的很多国家都无法使用等。 

最为核心的问题是,铱星的高成本导致了高价格,使其竞争力较弱。据铱星公司最初估算,需要大约65万个用户能够实现盈亏平衡,但铱星系统运行期间只有2万左右的用户,市场需求的下降以及初期市场估算时过于乐观,导致铱星公司的经营很快就难以为继。尽管后期为了挽救市场,铱星电话大幅降价,但为时已晚。到公司破产时,铱星的全球用户只有6万左右,与预想的用户数量相差甚远。

此外,海底电缆和光纤的大量铺设,让人类的洲际通信不再单纯依赖于卫星,且以诺基亚为代表的手机通话和短信业务的崛起,也让通信的应用场景发生改变。

就这样,一个耗费60亿美元建立的完美低轨星座,以破产收场。但实际上,铱星的故事并没有终结。

新时代已经到来

2000年3月17日,铱星破产。3月23日,和平号空间站进入大气层,结束了它长达5519天的在轨生涯,但摩托罗拉坚持让所有铱星坚持在轨运行。

2001年,铱星公司得以重组,并在2003年的伊拉克战争中战时通信方面发挥了重要作用。自此,美军成为铱星的最重要客户,并为其支付3600万美元的包年费用。

铱星一期星座从1997年就开始入轨,当时已逐渐进入寿命的终期阶段,需要新的铱星来替换。铱星二代(Iridium NEXT)项目应运而生。

2007年,铱星公司发布了新的铱星星座卫星招标。2010年,欧洲最大的卫星研制公司泰雷兹公司中标。铱星二代的单星质量为860kg,设计在轨使用寿命为15年,比第一代铱星耐用了不少。

 此外,铱星二代的66颗在轨工作卫星和9颗在轨备份卫星全部由SpaceX公司的猎鹰9号运载火箭来发射,发射订单总金额达4.92亿美元,这是有史以来最大的一笔商业航天发射订单。不过,每颗卫星的入轨服务价格仅为656万美元,每公斤发射价格不足8000美元,已经十分划算了。

在发射时,SpaceX公司将10颗铱星分成两组,每组5颗,呈中心环抱状组成一个卫星环,之后将两个卫星环上下叠放起来,并装入整流罩。从2017年1月14日到2019年1月11日,75颗卫星分8次,在不到2年时间里完成部署。

铱星一代与铱星二代的对比

铱星一代与铱星二代的对比 

从业务能力来看,铱星二代的电话业务速率较一代提升2倍,达4.8Kbps;物联网及短信业务速率提升40倍,达88Kbps;数据基站业务速率提升10倍,达1.4Mbps。从商业逻辑来看,铱星二代将聚焦窄带业务,拓展宽带业务,并逐步向宽带业务转变。

在已经入轨运行的低轨星座当中,铱星二代无论在规模、轨道高度还是服务模式上,都最为接近国内企业畅想中的低轨宽带星座,但这绝不是一桩卫星上天之后就可以坐着收钱的生意。不过,由于铱星二代已部署完毕,未来至少十年时间,铱星的固定资产投入基本为0,而商业能力和市场能力已得到初期验证。

 Iridium Certus宽带服务

Iridium Certus宽带服务

2019年1月16日,铱星公司推出了Iridium Certus宽带服务,这是专门为开发专业应用而设计的独特平台,也是目前全球唯一真正运行的宽带服务。铱星首次提出的服务命名为Iridium Certus 350,即可为用户提供352 Kbps的通信速度。Iridium Certus可为部署该服务的团队提供移动办公功能,并为自动驾驶汽车、火车、飞机、传播提供双向远程通信,还可以满足在蜂窝网络覆盖范围之外用户的关键信息搜索需求,包括急救人员和搜救组织。

2020年2月27日,Iridium Certus 700正式上线,最高下载速度较上一代翻一番,已达702Kbps。用户不需要购买新的硬件,只需要进行简单的固件更新,便可使用Iridium Certus 700。这也使得铱星在当前竞争激烈的低轨星座中,仍然能占据一席之地。 

作为商业化低轨卫星的鼻祖,从闪耀登场到中场落幕再到东山再起,铱星演绎着好莱坞式的电影情节。但铱星用技术创新和商业模式创新一次次颠覆质疑者,直到目前,铱星仍然是最具创造力的星座,期待未来能带来更多惊喜。

参考资料:

1、《低轨宽带星座是一场有进无退的冒险》

2、《低轨物联网星座,想说爱你不再难——走出低轨星座的铱星阴影》

3、https://www.iridiumnext.com

4、https://en.wikipedia.org/wiki/Iridium_satellite_constellation

5、https://www.iridium.com

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