衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)：高科技領(lǐng)域的低成本挑戰(zhàn)

          2020年，國家首次將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入新基建范疇，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)上升至國家戰(zhàn)略性工程。預(yù)計到2030年，中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)市場總體規(guī)模可達(dá)到千億級別。——劉百奇 星河動力（北京）空間科技有限公司CEO 

          日前，SpaceX首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克在西班牙巴塞羅那舉行的2021世界移動通信大會上表示，SpaceX的星鏈衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計劃正在快速推進(jìn)，預(yù)計總投資在200億至300億美元之間，未來可能在12個月內(nèi)擁有超過50萬用戶。 

          “截至2020年一季度，低軌通信衛(wèi)星在軌數(shù)量占比58.8%。隨著低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)概念的興起，人們對于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)所能提供的服務(wù)充滿期待?！?月16日，珠海歐比特宇航科技股份有限公司董事長顏軍在接受科技日報記者采訪時表示。 

          “2020年，國家首次將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入新基建范疇，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)上升至國家戰(zhàn)略性工程，遙感工程、導(dǎo)航工程等成為我國天地一體化信息系統(tǒng)的重要組成部分。預(yù)計到2030年，中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)市場總體規(guī)?？蛇_(dá)到千億級別。”星河動力（北京）空間科技有限公司CEO劉百奇說。 

          我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)尚處方案論證階段 

          “衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，即通過衛(wèi)星為全球提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球宣布部署衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座的公司近30家，計劃發(fā)射衛(wèi)星達(dá)10萬顆以上?！鳖佨娭赋?。 

          劉百奇介紹說，隨著以SpaceX和OneWeb為代表的商業(yè)航天公司公布數(shù)萬顆衛(wèi)星發(fā)射計劃，根據(jù)美國摩根士丹利的報告顯示，至2030年全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達(dá)到約454億美元。 

          “國外布局衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的公司主要包括SpaceX、OneWeb、亞馬遜等；國內(nèi)處于前期規(guī)劃階段，目前主要由中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司統(tǒng)籌組織。星座建設(shè)方面，SpaceX已發(fā)射1737顆星鏈衛(wèi)星，OneWeb已發(fā)射182顆一網(wǎng)衛(wèi)星。”精航偉泰測控儀器（北京）有限公司董事長郝海生在接受采訪時提到。 

          近年來，隨著國內(nèi)多個近地軌道衛(wèi)星星座計劃相繼啟動，我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)迎來快速發(fā)展機(jī)遇，多地在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域開始積極布局?！澳壳叭A北、中南和華東地區(qū)領(lǐng)跑國內(nèi)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，而西南、西北和東北地區(qū)則在產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)環(huán)節(jié)建設(shè)方面形成了鮮明特色?！鳖佨娬f。 

          不過，我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)目前尚處于方案論證與試驗(yàn)星階段?！凹夹g(shù)發(fā)展趨勢主要包括高中低多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)融合組網(wǎng)、低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)為主的用戶接入、不依賴海外站星間鏈路為主的數(shù)據(jù)落地等。國內(nèi)商業(yè)衛(wèi)星設(shè)計體系相對落后，建立基于模型定義衛(wèi)星技術(shù)的新型設(shè)計體系成為未來衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)趨勢之一?！焙潞Ｉf。 

          “由于低軌衛(wèi)星具有廣覆蓋、低成本的優(yōu)勢，因此衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可能是連接地面基站覆蓋不到的偏遠(yuǎn)地區(qū)的最佳選擇?！鳖佨姺治?，預(yù)計頻率更高的Q頻段、V頻段和太赫茲頻段將成為下一代衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)布局和爭奪的焦點(diǎn)。 

          與5G/6G的結(jié)合將帶來更多可能 

          “衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)包括衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、地面基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營、終端應(yīng)用等，是新型信息產(chǎn)業(yè)在太空的延展?！眲倨嬲f。 

          5G技術(shù)的發(fā)展為未來太空信息產(chǎn)業(yè)帶來更多可能?！皬男枨?、應(yīng)用、技術(shù)等多個維度判斷，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與5G是互補(bǔ)關(guān)系。而在6G時代，移動通信走向天地一體，低軌星座將與地面移動通信系統(tǒng)有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)對任何人、任何地點(diǎn)和任何時間的無縫覆蓋?！鳖佨娭赋觯?G的應(yīng)用場景基于5G，但未來更加廣闊，包括空中高速上網(wǎng)、全息通訊、進(jìn)階智能工業(yè)、智能移動載人平臺等，都是6G在未來可能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域。 

          “5G以及未來6G與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，將使得自動駕駛、航空WiFi、遠(yuǎn)洋航運(yùn)、野外勘探等領(lǐng)域迎來革命性的創(chuàng)新突破，創(chuàng)造一個新的萬億規(guī)模產(chǎn)業(yè)?！眲倨嬲f。 

          在郝海生看來，除發(fā)射衛(wèi)星外，國內(nèi)還應(yīng)開展信關(guān)站建設(shè)、采用相控陣天線的高性能終端、采用平板/反射面天線的低成本終端、建設(shè)無人值守邊境綜合監(jiān)測站等。 

          “受固有特性限制，5G/6G的基站鋪設(shè)密度需求遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)3G/4G網(wǎng)絡(luò)，全面鋪設(shè)成本過高，短期范圍內(nèi)基本只能保障城市覆蓋，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)則可實(shí)現(xiàn)對偏遠(yuǎn)、海洋等地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充覆蓋，海洋、石油、電力、農(nóng)林等產(chǎn)業(yè)可能會出現(xiàn)大量新的在線業(yè)務(wù)模式，野外探險、偏遠(yuǎn)直播等領(lǐng)域可能將獲得進(jìn)一步發(fā)展?！焙潞Ｉf。 

          打造中國版“星鏈”還需多方發(fā)力 

          目前，我國發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)還有哪些難題？ 

          郝海生分析，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)主要面臨多項基礎(chǔ)技術(shù)攻關(guān)，包括星載/地面相控陣天線、長時穩(wěn)定高速星間激光載荷、高精穩(wěn)長壽命衛(wèi)星平臺，以及多層星座構(gòu)型保持、復(fù)雜星座組網(wǎng)控制等。 

          “總體上看，國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星需突破低成本批量化生產(chǎn)難題。此外，國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星的運(yùn)載能力也存在瓶頸，目前的發(fā)射頻次、成本、運(yùn)力難以匹配大型星座低成本、海量、高頻次的發(fā)射需求。國內(nèi)商業(yè)航天綜合成本仍然較高，因此各類商業(yè)公司仍是以試驗(yàn)星為主，最多小批量發(fā)射，不利于商業(yè)航天技術(shù)體系的快速驗(yàn)證、試錯、迭代。”郝海生說。 

          顏軍認(rèn)為，未來應(yīng)通過新基建推動衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的科技創(chuàng)新發(fā)展，提高衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)科技產(chǎn)業(yè)上游的研發(fā)制造水平以及基礎(chǔ)原材料的供應(yīng)能力；提高衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)科技產(chǎn)業(yè)下游用戶端的應(yīng)用開發(fā)水平，以5G、人工智能等支持下游用戶端的智能應(yīng)用開發(fā)。把開發(fā)智能化應(yīng)用作為衛(wèi)星技術(shù)突破的起點(diǎn)和落腳點(diǎn)，不斷迭代下游用戶端解決方案。 

          顏軍表示，未來，通信、導(dǎo)航、遙感三大主流衛(wèi)星系統(tǒng)互聯(lián)互通，必然會產(chǎn)生海量的通信網(wǎng)數(shù)據(jù)，如何擁抱衛(wèi)星大數(shù)據(jù)時代，是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)需要面對的關(guān)鍵問題。 

          劉百奇認(rèn)為，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈條長、保障要求高，技術(shù)創(chuàng)新、資金投入、發(fā)射保障、空間資源等多個環(huán)節(jié)都為巨型衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 

          延伸閱讀 

          衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)也分個“高低” 

          根據(jù)通信衛(wèi)星所處軌道的不同，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可分為高軌和低軌兩類。目前衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)較多的是指利用地球低軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。相比高軌衛(wèi)星，低軌衛(wèi)星具有低時延、易于實(shí)現(xiàn)全球覆蓋的特點(diǎn)。 

          高軌衛(wèi)星的軌道距離地面約3.6萬公里，也叫作對地靜止軌道。盡管都在高速運(yùn)動，但該軌道上的衛(wèi)星軌道周期和地球自轉(zhuǎn)周期嚴(yán)格一致，相對地面保持“靜止”，其覆蓋的地區(qū)也是固定，因此建立通信服務(wù)比較容易。利用這個特點(diǎn)，可以通過高軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)寬帶通信，而且所需的衛(wèi)星數(shù)量不用太多。 

          但高軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)也存在天然的局限。地球半徑只有6378公里，用高軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)通信服務(wù)，相當(dāng)于從地球表面發(fā)信號到3.6萬公里以外，一來一回，再加上信號處理等過程，導(dǎo)致時延不小。這種時延對于一般的通話或訪問網(wǎng)頁來說影響不大，但對實(shí)時性要求高的應(yīng)用，如聯(lián)網(wǎng)游戲、無人機(jī)遙控等來說卻是“災(zāi)難”。此外，地面接收高軌衛(wèi)星信號的終端必須做得比較大，才能良好接收如此遠(yuǎn)距離的信號。 

          因此，人們把目光投向了500—2000公里范圍內(nèi)的近地軌道。在這個軌道上，地面和衛(wèi)星之間的通信傳輸時延達(dá)毫秒，足夠滿足車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛等需求，接收終端可做成手持的。 

          低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)如何實(shí)現(xiàn)？以1000公里的近地軌道為例，衛(wèi)星繞地球一圈100多分鐘，通過成百上千個衛(wèi)星在這個軌道高度組成星座，從而實(shí)現(xiàn)對全球的無縫覆蓋。對用戶來說，盡管衛(wèi)星始終在運(yùn)動，但每時每刻都有衛(wèi)星飛過頭頂，網(wǎng)絡(luò)信號始終保持穩(wěn)定覆蓋。