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

          2020年，國(guó)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(guó)家戰(zhàn)略性工程。預(yù)計(jì)到2030年，中國(guó)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)總體規(guī)模可達(dá)到千億級(jí)別。——?jiǎng)倨?星河動(dòng)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(dòng)通信大會(huì)上表示，SpaceX的星鏈衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃正在快速推進(jìn)，預(yù)計(jì)總投資在200億至300億美元之間，未來可能在12個(gè)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(duì)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(zhǎng)顏軍在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示。 

          “2020年，國(guó)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(guó)家戰(zhàn)略性工程，遙感工程、導(dǎo)航工程等成為我國(guó)天地一體化信息系統(tǒng)的重要組成部分。預(yù)計(jì)到2030年，中國(guó)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)總體規(guī)?？蛇_(dá)到千億級(jí)別。”星河動(dòng)力（北京）空間科技有限公司CEO劉百奇說。 

          我國(guó)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(jì)，全球宣布部署衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座的公司近30家，計(jì)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(jì)劃，根據(jù)美國(guó)摩根士丹利的報(bào)告顯示，至2030年全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到約454億美元。 

          “國(guó)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(guó)內(nèi)處于前期規(guī)劃階段，目前主要由中國(guó)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?！本絺ヌy(cè)控儀器（北京）有限公司董事長(zhǎng)郝海生在接受采訪時(shí)提到。 

          近年來，隨著國(guó)內(nèi)多個(gè)近地軌道衛(wèi)星星座計(jì)劃相繼啟動(dòng)，我國(guó)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。“目前華北、中南和華東地區(qū)領(lǐng)跑國(guó)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(guó)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(shì)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(guó)內(nèi)商業(yè)衛(wèi)星設(shè)計(jì)體系相對(duì)落后，建立基于模型定義衛(wèi)星技術(shù)的新型設(shè)計(jì)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(shì)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(shì)，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(jì)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(zhēng)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(yíng)、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?！皬男枨蟆?yīng)用、技術(shù)等多個(gè)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(shí)代，移動(dòng)通信走向天地一體，低軌星座將與地面移動(dòng)通信系統(tǒng)有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)任何人、任何地點(diǎn)和任何時(shí)間的無縫覆蓋?！鳖佨娭赋觯?G的應(yīng)用場(chǎng)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(dòng)載人平臺(tái)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(dòng)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(gè)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(guó)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(cè)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(duì)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(huì)出現(xiàn)大量新的在線業(yè)務(wù)模式，野外探險(xiǎn)、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(guó)版“星鏈”還需多方發(fā)力 

          目前，我國(guó)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(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)攻關(guān)，包括星載/地面相控陣天線、長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定高速星間激光載荷、高精穩(wěn)長(zhǎng)壽命衛(wèi)星平臺(tái)，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(guó)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(guó)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(guó)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(cuò)、迭代。”郝海生說。 

          顏軍認(rèn)為，未來應(yīng)通過新基建推動(dòng)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(huì)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(shí)代，是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)需要面對(duì)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(zhǎng)、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(gè)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(gè)“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(shí)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(duì)地靜止軌道。盡管都在高速運(yùn)動(dòng)，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(duì)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(gè)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(hào)到3.6萬公里以外，一來一回，再加上信號(hào)處理等過程，導(dǎo)致時(shí)延不小。這種時(shí)延對(duì)于一般的通話或訪問網(wǎng)頁(yè)來說影響不大，但對(duì)實(shí)時(shí)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(hào)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(hào)。 

          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(gè)軌道上，地面和衛(wèi)星之間的通信傳輸時(shí)延達(dá)毫秒，足夠滿足車聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)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(gè)衛(wèi)星在這個(gè)軌道高度組成星座，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全球的無縫覆蓋。對(duì)用戶來說，盡管衛(wèi)星始終在運(yùn)動(dòng)，但每時(shí)每刻都有衛(wèi)星飛過頭頂，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)始終保持穩(wěn)定覆蓋。