【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”，中國互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（DCCI）未來智庫專家胡延平對觀察者網(wǎng)指出，先到先得、誰占誰用的原則，使得相關(guān)資源爭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6萬顆，預(yù)計到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、立項等不同狀態(tài)的星座計劃，正在展開一場前所未有、勢在必得、不容有失的競賽。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。有觀點指出，“星鏈”計劃的4.2萬顆衛(wèi)星部署成功實施后，將對于我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)形成重大競爭和挑戰(zhàn)，威脅到我國空間安全乃至國防安全。
中國航天領(lǐng)域早已重視，2020年，中國將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入“新基建”范疇，同時將其提升為國家戰(zhàn)略性工程。
3月5日，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丙運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的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)有何進(jìn)展。這個問題，或許可在本月初銀河航天02批衛(wèi)星的星座驗證組網(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02批衛(wèi)星的組網(wǎng)試驗星座與Starlink的分析對比，以及該領(lǐng)域下一步各種動向與趨向的分析，可以清晰觀察到中國衛(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，也可以對該領(lǐng)域未來多種可能性有所預(yù)見。
除銀河航天這類商業(yè)航天公司之外，“十三五”期間中國以航天科技、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)計劃，并發(fā)射了試驗星。從目前國內(nèi)已發(fā)布的衛(wèi)星星座項目來看，衛(wèi)星發(fā)射將集中在2022-2025年；從建設(shè)進(jìn)展來看，目前已發(fā)射的多為試驗星，尚未實現(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)星共同組成我國首個低軌寬帶通信試驗星座，并構(gòu)建星地融合5G試驗網(wǎng)絡(luò)“小蜘蛛網(wǎng)”，具備單次30分鐘左右的不間斷、低時延寬帶通信服務(wù)能力，將用于天地一體、天基互聯(lián)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)驗證。這次任務(wù)對于推動我國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，銀河航天成立的時間不長。2018年，哈工大畢業(yè)的徐鳴辭去獵豹移動總裁職務(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)過程中，通信容量是一項關(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)計通信容量超過40Gbps，該批衛(wèi)星主要用于技術(shù)驗證，用于低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)新體制、新架構(gòu)的探索及各類場景服務(wù)的驗證，為日后大規(guī)模組網(wǎng)應(yīng)用積累經(jīng)驗。
“銀河航天所說的容量是指對地面用戶終端也就是對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)星對地面用戶終端+衛(wèi)星對信關(guān)站’的通信容量總和”，胡延平對觀察者網(wǎng)分析，“考慮到之前銀河01首發(fā)星對信關(guān)站的最大通信能力達(dá)到48Gbps的后續(xù)公開信息，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，Starlink今年可能會發(fā)布單星通信容量80Gbps的Gen2也就是第二期衛(wèi)星（此前有申請披露），但其實際發(fā)射可能要等到Gen1也就是第一期一萬多顆星組網(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，在這一過程中，衛(wèi)星的多用戶服務(wù)能力一直是重點和痛點，只有覆蓋更多的用戶，才能實現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。據(jù)銀河航天透露，此次驗證組網(wǎng)的星座具備同時給幾千個用戶提供通信服務(wù)的能力。
Starlink單星可同時接入用戶數(shù)量在100-200之間，銀河航天則稱，此次驗證組網(wǎng)的星座“具備同時給幾千個用戶提供通信服務(wù)的能力”，在胡延平看來，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)到幾千個地面用戶。不過，個人認(rèn)為大概率可能是衛(wèi)星對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對比來看，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)，但這一點目前還沒有得到證實。
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、波束定向的多點波束技術(shù)，結(jié)合頻率復(fù)用，可以在快速移動中支持單星同時接入較高數(shù)量級的地面用戶，且平均功耗低、信號增益高。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。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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