【文/觀察者網(wǎng) 呂棟 編輯/周遠(yuǎn)方】
俄烏沖突中，特斯拉及SpaceX CEO馬斯克響應(yīng)烏克蘭要求，用“星鏈”（Starlink）支持在烏啟動(dòng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。去年12月，兩顆星鏈衛(wèi)星靠近中國(guó)空間站，后者不得不進(jìn)行了緊急規(guī)避以避免災(zāi)難性碰撞。兩件事再度引發(fā)外界輿論對(duì)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)注。
“不發(fā)展是最大的不安全”，中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（DCCI）未來(lái)智庫(kù)專家胡延平對(duì)觀察者網(wǎng)指出，先到先得、誰(shuí)占誰(shuí)用的原則，使得相關(guān)資源爭(zhēng)奪的緊迫性空前凸顯。
近地軌道可容納的衛(wèi)星數(shù)量大約6萬(wàn)顆，預(yù)計(jì)到2029年，地球近地軌道就將部署大約57000顆衛(wèi)星。全球處于組網(wǎng)、試驗(yàn)、立項(xiàng)等不同狀態(tài)的星座計(jì)劃，正在展開(kāi)一場(chǎng)前所未有、勢(shì)在必得、不容有失的競(jìng)賽。頻譜資源的緊迫性高于軌道資源，目前已經(jīng)到了刻不容緩的程度。只有快速組網(wǎng)、形成規(guī)模，才可能有一席之地。有觀點(diǎn)指出，“星鏈”計(jì)劃的4.2萬(wàn)顆衛(wèi)星部署成功實(shí)施后，將對(duì)于我國(guó)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)形成重大競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)，威脅到我國(guó)空間安全乃至國(guó)防安全。
中國(guó)航天領(lǐng)域早已重視，2020年，中國(guó)將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入“新基建”范疇，同時(shí)將其提升為國(guó)家戰(zhàn)略性工程。
3月5日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭成功將銀河航天02批六顆低軌寬帶通信衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，該任務(wù)還搭載一顆遙感衛(wèi)星。隨著2022年衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在全球進(jìn)入加速發(fā)展期，外界也十分好奇中國(guó)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)有何進(jìn)展。這個(gè)問(wèn)題，或許可在本月初銀河航天02批衛(wèi)星的星座驗(yàn)證組網(wǎng)中找到一些答案。
胡延平向觀察者網(wǎng)分享了他的觀察與分析：通過(guò)02批衛(wèi)星的組網(wǎng)試驗(yàn)星座與Starlink的分析對(duì)比，以及該領(lǐng)域下一步各種動(dòng)向與趨向的分析，可以清晰觀察到中國(guó)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。結(jié)合相關(guān)技術(shù)走勢(shì)，也可以對(duì)該領(lǐng)域未來(lái)多種可能性有所預(yù)見(jiàn)。
除銀河航天這類商業(yè)航天公司之外，“十三五”期間中國(guó)以航天科技、航天科工為首的央企也分別提出了自己的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，并發(fā)射了試驗(yàn)星。從目前國(guó)內(nèi)已發(fā)布的衛(wèi)星星座項(xiàng)目來(lái)看，衛(wèi)星發(fā)射將集中在2022-2025年；從建設(shè)進(jìn)展來(lái)看，目前已發(fā)射的多為試驗(yàn)星，尚未實(shí)現(xiàn)星座組網(wǎng)，典型代表有“鴻雁”星座、“虹云”工程、“行云”工程等項(xiàng)目。
銀河航天批量研制的低軌寬帶通信衛(wèi)星 圖源：銀河航天（下同）
單星通信容量與星鏈相當(dāng)
銀河航天本次發(fā)射的02批衛(wèi)星將在軌與首發(fā)星共同組成我國(guó)首個(gè)低軌寬帶通信試驗(yàn)星座，并構(gòu)建星地融合5G試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)“小蜘蛛網(wǎng)”，具備單次30分鐘左右的不間斷、低時(shí)延寬帶通信服務(wù)能力，將用于天地一體、天基互聯(lián)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)驗(yàn)證。這次任務(wù)對(duì)于推動(dòng)我國(guó)6G通信技術(shù)發(fā)展也具有積極意義。
作為一家商業(yè)衛(wèi)星公司，銀河航天成立的時(shí)間不長(zhǎng)。2018年，哈工大畢業(yè)的徐鳴辭去獵豹移動(dòng)總裁職務(wù)創(chuàng)辦銀河航天。成立2年后，該公司完成B+輪融資，投后估值近80億。
在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，通信容量是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。2020年1月，銀河航天首發(fā)星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功，成為中國(guó)首顆通信能力達(dá)48Gbps的低軌寬帶通信衛(wèi)星，也是全球首顆低軌高頻毫米波衛(wèi)星。
銀河航天向觀察者網(wǎng)透露，02批衛(wèi)星單星設(shè)計(jì)通信容量超過(guò)40Gbps，該批衛(wèi)星主要用于技術(shù)驗(yàn)證，用于低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)新體制、新架構(gòu)的探索及各類場(chǎng)景服務(wù)的驗(yàn)證，為日后大規(guī)模組網(wǎng)應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。
“銀河航天所說(shuō)的容量是指對(duì)地面用戶終端也就是對(duì)多用戶上傳加下載的總體能力，Starlink的指標(biāo)是單星平均20Gbps，當(dāng)然也有可能銀河的40Gbps指的是雙向‘衛(wèi)星對(duì)地面用戶終端+衛(wèi)星對(duì)信關(guān)站’的通信容量總和”，胡延平對(duì)觀察者網(wǎng)分析，“考慮到之前銀河01首發(fā)星對(duì)信關(guān)站的最大通信能力達(dá)到48Gbps的后續(xù)公開(kāi)信息，02批次單星通信容量即使用這種算法，也已經(jīng)達(dá)到了與Starlink總體相當(dāng)或?qū)嶋H高于Starlink的水平”。
不過(guò)，Starlink今年可能會(huì)發(fā)布單星通信容量80Gbps的Gen2也就是第二期衛(wèi)星（此前有申請(qǐng)披露），但其實(shí)際發(fā)射可能要等到Gen1也就是第一期一萬(wàn)多顆星組網(wǎng)完成，最快也要兩三年以后，由星艦發(fā)射到比目前高不少的上層近地軌道。
事實(shí)上，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史最早可以追溯到上世紀(jì)80年代，在這一過(guò)程中，衛(wèi)星的多用戶服務(wù)能力一直是重點(diǎn)和痛點(diǎn)，只有覆蓋更多的用戶，才能實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。據(jù)銀河航天透露，此次驗(yàn)證組網(wǎng)的星座具備同時(shí)給幾千個(gè)用戶提供通信服務(wù)的能力。
Starlink單星可同時(shí)接入用戶數(shù)量在100-200之間，銀河航天則稱，此次驗(yàn)證組網(wǎng)的星座“具備同時(shí)給幾千個(gè)用戶提供通信服務(wù)的能力”，在胡延平看來(lái)，這可能是02批衛(wèi)星取得的主要進(jìn)展之一。
“即使按照‘幾千’的最低值2000計(jì)算，單星服務(wù)多用戶的能力也比Starlink高不少”，胡延平分析，“當(dāng)然幾千個(gè)用戶也有可能指的是天地一體、衛(wèi)星通信與5G融合的情況下，透明轉(zhuǎn)發(fā)、5G回傳，星座直接間接服務(wù)到幾千個(gè)地面用戶。不過(guò)，個(gè)人認(rèn)為大概率可能是衛(wèi)星對(duì)地面用戶終端的直接服務(wù)。”
天線技術(shù)與可接入用戶數(shù)直接相關(guān)。與Starlink對(duì)比來(lái)看，如果銀河航天02批衛(wèi)星直接接入用戶的確可以達(dá)到數(shù)千，就有理由猜測(cè)這批衛(wèi)星上采用了與01星不同的星載天線技術(shù)，或者采用了低軌寬帶衛(wèi)星側(cè)相控陣天線技術(shù)，但這一點(diǎn)目前還沒(méi)有得到證實(shí)。
胡延平指出，相控陣天線以“平板天線”的體積和凈重，以波束賦形、波束定向的多點(diǎn)波束技術(shù)，結(jié)合頻率復(fù)用，可以在快速移動(dòng)中支持單星同時(shí)接入較高數(shù)量級(jí)的地面用戶，且平均功耗低、信號(hào)增益高。但LEO低軌道寬帶衛(wèi)星在總質(zhì)量只有200公斤左右的迷你體積下，所需相控陣天線技術(shù)難度，與GEO同步軌道、HEO高橢圓軌道、MEO中軌道等大型衛(wèi)星天線的集成度/通信密度不可同日而語(yǔ)。Starlink已經(jīng)全面相控陣化，銀河航天衛(wèi)星與信關(guān)站之間可能還是拋物面天線。
規(guī)模化組網(wǎng)，要多少軌道和衛(wèi)星？
除了單顆衛(wèi)星的天線技術(shù)外，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)要想服務(wù)更多用戶，大規(guī)模組網(wǎng)就必不可少。
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