近日消息，我国首个天基互联网系统——“虹云工程”将于明年投入示范应用。今年10月，美国Spacex马斯克通过星链（Starlink）网络成功发送一条推特消息，表明星链已经可以提供天基互联网服务。今年2月，OneWeb成功发射首批6颗卫星，预计在2021年实现天基互联网。种种进展告诉我们，天基互联网正从理想照进现实...同时，全球科技巨头们“逐鹿之战”拉响...
万物互联时代：不止“地基”，更是“天基”
随着互联网的发展，越来越多的电子设备接入网络，形成巨大的万物互联网。而万物互联的实现，离不开通信基础设施——“地基”和“天基”，即地面互联网与天基互联网。
天基互联网，也叫全球移动宽带卫星互联网系统，指发射卫星上天组网，以卫星为基站，形成覆盖全球的通信系统，为地面用户提供互联网服务。简单点理解就是卫星网络、全球wifi。
天基互联网系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成。它是一种微波通信，利用卫星上的转发器作为中继站，转发无线电波，实现地球上的两个或多个卫星通信站之间的通信。
目前，卫星星座主要以C频段(4-8GHz)和Ku频段(12-18GHz)为主，少部分卫星采用Ka频段(27-40GHz)。频率的高低，决定了通信传输带宽的大小，频率越高，单位时间传输的数据量上限也越高。所以高通量卫星采用Ka频段为主。但在发射功率给定的情况下，频率越高，传输距离则越小。因此，高通量卫星运行轨道主要以低轨道为主，目前全球计划卫星规模最大的星链，按计划，其12000颗卫星都将部署在低轨道，分别是在340公里、550公里和1150公里这三个低轨道。
而目前真正组网并进行运营的中低轨道通信卫星系统只有三个，分别为：即铱(Iridium)、全球星(Globalstar)和轨道通信(Orbcomm)系统。这些系统可实现远距离的话音、数据、图像、视频传输等业务功能，是远程通信的重要手段之一。
通过天基互联网，处于地球上任何地点的任何人或者任何物体，都可以在任何时间实现信息互联，因此，天基互联网对于推进全球上网覆盖有着非常重要的意义。
目前，全球仅有5%的海洋面积和20%的陆地面积覆盖了地面通信基站。大部分网络的连接来自陆地和海底光纤电缆，但这些基础设施的铺设受限颇多且成本极其高，这导致有些地区的互联网接入率非常低。比如，2016年非洲东北部的厄立特里亚国只有1.2%，作为对比，冰岛是98.2%。
而天基互联网在空中布设卫星，能覆盖全球每一个角落，解决互联网接入低的问题。一个卫星基站覆盖的半径，大约是4G基站的近五百倍，且可服务终端的数量巨大。
日渐庞大的物联网也对现代通信系统提出了更高的要求。近年来，全球无人机数量迎来井喷式增长，现已超10000架；地面移动测量系统与智能驾驶汽车超过300万辆；城市的各种智能监控传感器无处不在，据统计单中国城市视频头就已达到2000多万个；以智能手机、智能手表为代表的智能终端数量已达数十亿。这些具有通信、导航、定位、摄影、摄像和传输功能的应用设备，数量众多，对空间信息的获取—传输—处理的响应速度趋向实时化，需要覆盖面广泛、带宽高、速率快的通信系统来支持。而低轨卫星可以实现十个乃至十几个毫秒的延时，让各类型应用产生更大的价值空间。
天基互联网蕴含巨大商业价值，万亿级市场引爆物联网浪潮
据在线统计数据门户Statista提供的数据，全球75亿人口中，大约只有45%可以接入互联网。世界各地仍有数十亿人无法使用互联网。而天基互联网在空中布设卫星，覆盖全球，让未接入互联网的人也卷入互联网浪潮，背后将是不可估量的商业价值，将引爆新一轮互联网浪潮，Spacex马斯克与Facebook扎克伯格早已瞄准了这一机遇，几年前就开启了天基互联网项目。
而具体到产业商业化上，天基互联网还能与物联网、5G、自动驾驶等新兴技术结合，开发极具竞争力的应用场景。
天基互联网可接入各种物联网终端。不仅能把手机等智能终端直接接入卫星星座，提供高清晰语音服务等即时通信服务，还能服务于低能耗微型化物联网终端，重点开拓环境监测、远洋物流、危化品监控、交通管理、智慧海洋等新型产业需求。
随着产业互联网发展的迅猛上扬，天基物联网的市场需求在持续高涨。权威咨询机构高德纳公司预测，到2020年全球联网设备数量将达260亿台，物联网市场规模将达1.9万亿美元。而根据麦肯锡预测，预计在2025年前，天基物联网产值可达5600亿美元至8500亿美元，约等于6万亿的产值规模。因此，天基互联网结合物联网将是极为巨大的蓝海市场。
天基互联网在5G领域，同样潜力巨大。据相关机构测算，2035年，5G将拥有价值高达12万亿美元的市场规模。近日，高通本分析师也预测5G手机数量将迅速增长，将超1.75亿台。而基于采用5G标准的低轨移动通信星座，可向全球提供天基5G服务，并与地面5G网络透明连接，为地面5G基站提供数据回传等服务，让用户无感切换天地5G网络。
在自动驾驶领域，据全球市场调研机构IHSMarket预测，伴随5G推动L4/5自动驾驶逐步落地，2030年国内自动驾驶出行服务收入规模有望突破万亿。如果天基互联网也走向落地，那么自动驾驶将会迎来更广阔的市场。天基互联网能为自动驾驶汽车、无人机、无人船等提供低延迟的卫星网络基础、连接服务，实现随时随地联网，即使是山路高速国道乡路等没有普通信号的地方。以及增强汽车导航能力，转发北斗差分改正信息，为机载、车载定位终端提供更加精准可靠的位置服务。
此外，天基互联网还将广泛服务于电力，石油，金融等国家安全领域，以及农业，林业，运输业等国民经济领域。比如充分利用卫星广域覆盖的特性，可快速推送热点信息，实现灾害预警、公共安全警告、天气播报、头条新闻播发、交通广播等热点焦点信息的实时播发推送；也可通过全周期跟踪全球飞机和船舶，提供统计数据增值服务等等。
科技巨头斥资百亿，逐鹿天基互联网
面对天基互联网万亿级市场，全球科技巨头早已瞻前布局，抢先进入赛道。私人航天企业太空探索（Spacex）创始人埃隆·马斯克、电子商务巨头亚马逊创始人杰夫·贝索斯、全球社交网络巨头Facebook创始人扎克伯格等大佬纷纷进军卫星互联网领域，世界级的科技巨头谷歌、三星、OneWeb和软银等知名企业也参与其中，还有不少发达国家都计划在未来数年，发射数百颗低轨道卫星组建卫星物联网星座，以提早抢占市场资源。天基互联网市场未兴，硝烟已四起。
相较于国内，国外基于天基信息系统开展的数据采集，监测和控制，在某些领域已经发展非常成熟，譬如大名鼎鼎的Argos系统和Orbcomm系统，在本质上都属天基物联网的范畴。Argos是由法国和美国等国家的航天部门在1978年创建的卫星系统，是世界上第一套采用多普勒定位技术的卫星；而美国的Orbcomm系统诞生于1993年，如今也已将市场从科学研究，拓展到农业，电力，交通等诸多领域。建设天基互联网成本昂贵，动辄百亿，故目前天基互联网基本上属于国家和资本雄厚的全球科技巨头们的游戏。
SpaceX
SpaceX首席执行官埃隆·马斯克认为，人们对低成本全球宽带功能的需求未得到满足，所以开启了星链项目，以建立一个全球通信系统。从长远来看，SpaceX真正要做的是在太空中重建互联网。SpaceX旨在为地球上服务欠缺的地区提供宽带互联网连接，并为城市地区提供价格具有竞争力的服务。让大部分远程互联网流量和大约10%的本地消费者和商业流量，都通过星链网络传输，而90%用户的本地访问仍然可能通过光纤进行。
SpaceX星链（Starlink）不仅是目前民营互联网星座计划中规模最大的，同时也是进度最快。SpaceX星链从2015年就开始研发，2018年2月发射首批两架原型飞行卫星，2019年5月24日，发射了首批60颗运行卫星，截至2019年11月，SpaceX已部署了122颗卫星。SpaceX后续计划每两周发射一次，每次发射60颗卫星。到2020年，将总共部署近12,000颗卫星，以后可能扩展到42,000颗。
同时，SpaceX正在开发火箭Starship，据悉，Starship一次可发射400颗卫星。如果Starship研发成功，那么星链的进度将会大大加快。但今日据媒体报道，Starship的测试版本在进行地面测试时发生部分爆裂，喷发出大量气体，使一些硬件四处飞射。该原型机旨在测试Starship的设计，该公司正在致力于利用这艘飞船把货物和人员运送到月球和火星等深空目的地。爆炸发生后，马斯克在Twitter上表示，SpaceX可能不再使用该特定原型，而将使用更新的型号进行飞行测试。
据悉，星链的商业运作可能于2020年开始。
OneWeb
当马斯克在2015年宣布开启Starlink项目时，英国商业大亨RichardBranson宣布对同样研发卫星星座的OneWeb进行投资。
OneWeb成立于2012年，其卫星星座研究比星链还早，于2014年6月就开始了。OneWeb的前身是全球通信公司WorldVu，2014年，WorldVu获得了卫星频谱，这是通过卫星提供宽带Internet服务的更早尝试。值得一提的是，当时WorldVu与马斯克密切合作，共同探索卫星互联网服务。
OneWeb主要致力于构建覆盖全球的高速宽带网络，提出了“卫星群+近地轨道”的解决方案，摒弃了36000公里高的地球同步静止轨道，运行高度大约为1200公里，由此可以大大减少卫星与地表的距离，加速数据传输。
OneWeb技术实力强大，是SpaceX最大的竞争对手。2019年2月27日，OneWeb成功发射首批6颗5G卫星，计划共将发射900颗卫星。同时，OneWeb已经开始推进商业化，已签署相差协议，将向非洲和中东提供Quika低延迟宽带服务以及向欧洲提供IntermaticaSpA服务。
三星
三星是与Spacex同时期入场卫星互联网的，2015年，三星提出“空中互联网”计划，欲发射4600颗微型卫星，分布在1400公里（900英里）的低地轨道里，打造全球性廉价空中网络，实现全球互联网覆盖，为用户提供低成本的互联网接入。
三星称，该网络每月可以最高处理1ZB流量，也就是相当于每月为50亿用户每人供200GB的流量，而且可以大大提高地面局域网、广域无线网络、无线回传网络以及通过无人机或卫星接入网络的数据传输速率。
但相比于其他玩家的逐步推进，三星并未宣布任何具体的实际行动计划。
谷歌
为了能为发展中国家提供廉价及稳定的网络连线，谷歌2012年开启了ProjectLoon（热气球网络项目）的研究。ProjectLoon希望透过架设在离地20公里的热气球，成为网络接点，多个热气球组成一个空中网络，然后与地面网络连接，为世界各地网络服务不足的人们提供连接。
GoogleX用了18个月时间研究，终于2013年6月在新西兰进行ProjectLoon实验。2019年7月，GOOGLEHAS宣布ProjectLoon将进行首次商业试用。谷歌表示其后会表示与全球移动网络运营商合作，以扩大其LTE服务的覆盖范围，并计划在澳洲、智利、乌拉圭、巴拉圭及阿根廷等地建设热气球网络。
亚马逊
亚马逊于2019年4月宣布将建设一个大型宽带互联网卫星星座，计划在未来十年内发射3,236颗卫星，全球覆盖率达95%，这称为亚马逊 "ProjectKuiper"（库伊珀计划 ）。该卫星星座将与亚马逊先前宣布的12个大型卫星地面站设施（AWSGroundStation）协同工作。
2019年5月23日，亚马逊宣布AWSGroundStation正式运营，AWSGroundStation基于云的系统，上课用于控制卫星和下载卫星数据。通过位于全球AWS区域附近的卫星地面站网络，客户可以更快地下载，处理，存储，分析和处理卫星数据，并节省大量成本。
如今，AWSGroundStation可通过AmazonWebServices的美国东部（俄亥俄州）和美国西部（俄勒冈州）天线安装使用。在10年内，霍桑设想在美洲，欧盟，中东，亚洲，非洲和澳大利亚建立数百个天线。
亚马逊虽然入场晚，但却极速实现商业落地。目前，AWSGroundStation已拥有太空公司Thales、卫星物联网连接提供商Myriota和信息服务公司CapellaSpace等多家客户。
据外媒报道，Facebook计划在2019年发射自己的互联网卫星Athena，由Facebook旗下公司PointViewTech负责开发。但如今快年底了，Facebook仍无发射消息。
Athena不是Facebook第一次公布的互联网卫星计划，Facebook过去多年一直在发展卫星互联网研究。
2014年时，Facebook曾聘请了OneWeb的创始人GregWyle一起开展互联网卫星计划，但因为担心这项预计耗资10亿美元的计划无法收回成本，项目公布还不到1年就终止了。
2016年，Facebook准备发射一颗以色列Spacecom公司的卫星，待其进入轨道后可以向一些甚少乃至没有互联网接入的地区提供网络，但这个计划被马斯克的SpaceX火箭给搅黄了。2016年，SpaceX公司的猎鹰九号火箭原计划发射，它装载这颗以色列Spacecom公司卫星，但却在发射时发生了爆炸，Facebook的第一颗上网卫星被炸毁。扎克伯格精心设计的一次非洲上网推广计划也流产。
之后Facebook启动了激光互联网计划。即用激光通讯器来把空中信号传递到地面，主要依靠续航时间长、价格相对较低的“天鹰座”无人机（Aquila）来完成这项任务。但2018年6月底，Facebook宣布放弃该无人机互联网项目。
尽管经历了多次的失败，但Facebook的天基互联网建设之路从未终止，过去多年，Facebook一直在推进亚非拉地区的上网覆盖。Facebook和谷歌是全球两大互联网巨头和网络广告霸主，随着Facebook产品业态逐步老化，该公司增加广告收入的主要手段将是扩大Facebook、Messenger、Instagram、WhatsApp等明星产品的用户规模，而随着欧美地区网络接入走向普及，亚非拉将成为网络用户的增长来源。
软银
2019年4月，日本软银宣布谷歌Alphabet合作，启动实现空中手机基站的项目，共同开发平流层通信网络。计划在离地20公里的平流层上，部署时速110公里、翼长78米的太阳能无人机，每架无人机可覆盖直径200公里的通信范围，约40架可以覆盖整个日本列岛。声称可连续飞行6个月，最多于2023年实现上网服务。
除巨头外，我国也在积极推进天基互联网。
国内最早启动的天基物联网项目是“行云工程”，计划发射80颗行云小卫星，建设中国首个低轨窄带通信卫星星座，打造最终覆盖全球的天基物联网。目前行云工程正按照既有轨道运行：2017年1月，首颗技术实验星“行云一号”卫星已经成功发射；两颗开展应用试验的卫星“行云二号”01星与02星的发射准备工作，正在紧张有序进行；接下来，他们计划在2021年发射12颗卫星，完成小规模组网并拓展行业应用；最终在2023年发射80颗卫星，完成星座组网并大规模推广应用。
而具体到商业模式上，行云公司赋予自身的角色定位是运营商，主要依靠卖终端和收取服务费，未来不断向服务环节渗透，并延伸产业链条，从各领域用户的增值服务中受益。
除了“行云工程”，我国还开展了规模更大的“虹云工程”。“虹云工程”规划建设由一百多颗互联网卫星组成的星座，它们在距离地面1000公里的轨道上组网运行，构建一个天基宽带全球移动互联网络，建成后将实现全球无死角的互联网接入服务。“虹云工程”将于2020年初投入使用。
结语：
在天基互联网这场长久争夺战中，技术实力强和资本雄厚是核心竞争力。
尽管天基互联网市场潜力巨大，但卫星互联网企业想实现盈利，不熬上几年是不可能实现的，因为卫星互联网服务至少5至10年以后才可能普及。有业内人士预测，大多数进入这个行业的企业都会被淘汰，最终只能有两家左右的企业留在市场上。