馬斯克做不到的，我們可以做到

【文/觀察者網(wǎng)專(zhuān)欄作者 陳藍(lán)】 北京時(shí)間2023年11月23日18時(shí)，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心使用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭，成功將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。 圖1 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射升空（圖源：互聯(lián)網(wǎng)） 如果您一直關(guān)注中國(guó)航天，一定會(huì)記得幾個(gè)月前幾乎一模一樣的一條新聞：北京時(shí)間2023年7月9日19時(shí)00分，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭，成功將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。 除了火箭、發(fā)射時(shí)間和地點(diǎn)，此次發(fā)射幾乎就是一次復(fù)刻。美國(guó)軍方的空間物體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還發(fā)現(xiàn)，兩次發(fā)射都是一箭多星，上次是兩顆星，這次則是三顆。它們都進(jìn)入了傾角50度左右、高度1100公里的圓軌道。 那么，是什么樣的衛(wèi)星系統(tǒng)需要國(guó)家隊(duì)來(lái)發(fā)射這樣一個(gè)小星座進(jìn)行試驗(yàn)？答案已經(jīng)呼之欲出，那就是1.3萬(wàn)顆星的星網(wǎng)（又稱(chēng)國(guó)網(wǎng)，以下統(tǒng)一用星網(wǎng)簡(jiǎn)稱(chēng)），我國(guó)規(guī)劃的巨型低軌互聯(lián)網(wǎng)星座。 筆者在上篇文章中已經(jīng)全面介紹了移動(dòng)衛(wèi)星通信40年的漫長(zhǎng)發(fā)展歷史，那么本文就作為它的續(xù)篇，對(duì)我國(guó)在未來(lái)通信技術(shù)最重要的發(fā)展方向（沒(méi)有之一）——天地融合的寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座方面的發(fā)展做一個(gè)展望。 雖然低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座在30年前就曾成為過(guò)媒體熱點(diǎn)，但銥星和全球星的商業(yè)失敗讓比爾·蓋茨等投資者最后知難而退。真正讓低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)的是馬斯克的星鏈，目前星鏈衛(wèi)星數(shù)量已經(jīng)超過(guò)5000，活躍用戶數(shù)量超200萬(wàn)，而且還在過(guò)去一年中實(shí)現(xiàn)了盈利。 星鏈讓眾多懷疑論者不得不承認(rèn)了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)可行性。它成功地進(jìn)行了市場(chǎng)教育，也為包括中國(guó)在內(nèi)的后來(lái)者完成了多項(xiàng)技術(shù)和商業(yè)驗(yàn)證：·衛(wèi)星使用定向多波束平面相控陣天線，保證了容量和信號(hào)強(qiáng)度； ·地面移動(dòng)終端使用平面相控陣天線，用電子定向波束自動(dòng)跟蹤衛(wèi)星是可行的； ·低軌星座可以實(shí)現(xiàn)比地面光纖更短的通信延遲（因消除了光纖內(nèi)部反射和復(fù)雜路由）； ·星間鏈路能進(jìn)一步縮短通信延遲，減少地面關(guān)口站數(shù)量，從而降低系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本； ·平板衛(wèi)星技術(shù)可行，層疊發(fā)射能實(shí)現(xiàn)一箭60星以上； ·使用可復(fù)用火箭可以做到每年50次以上的高頻率組網(wǎng)發(fā)射； ·巨型低軌星座技術(shù)上是可行的，商業(yè)上是成立的。 圖2 星鏈一箭60星發(fā)射（圖源：SpaceX） 必須承認(rèn)，在這個(gè)領(lǐng)域我們落后了。但事實(shí)上，我們起步并不是太晚，我國(guó)在十年多前就開(kāi)始低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的規(guī)劃和預(yù)研。那么，這些年都發(fā)生了什么？我們先回顧一下。 我國(guó)最早嘗試低軌星座的，是我上篇文章中提到過(guò)的大唐通信所屬北京信威通信技術(shù)公司。這個(gè)曾開(kāi)發(fā)SCDMA（大靈通）、TD-SCDMA、McWill等通信技術(shù)的技術(shù)公司，后來(lái)因連年虧損差點(diǎn)倒閉。2010年商人王靖入主信威后，開(kāi)始實(shí)施低軌通信星座的宏偉計(jì)劃。2014年9月，和清華合作研制、號(hào)稱(chēng)國(guó)內(nèi)首顆低軌移動(dòng)通信衛(wèi)星的“靈巧通信試驗(yàn)衛(wèi)星”發(fā)射并進(jìn)行了成功的初步測(cè)試，但從此沒(méi)了下文。十來(lái)年前，國(guó)內(nèi)類(lèi)似信威的商業(yè)衛(wèi)星項(xiàng)目還有不少，但都未能成正果。 航天科技和航天科工兩大集團(tuán)早在上個(gè)十年就宣布了低軌寬帶“鴻雁”和“虹云”星座。按照規(guī)劃，鴻雁一期由60顆衛(wèi)星組成，整個(gè)系統(tǒng)由324顆衛(wèi)星組成，預(yù)計(jì)于2025年建設(shè)完成，可實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的互聯(lián)網(wǎng)接入。“虹云”星座計(jì)劃發(fā)射156顆衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球組網(wǎng)，也計(jì)劃于2025年完成建設(shè)。2018底，兩大工程的首發(fā)驗(yàn)證星相繼發(fā)射成功，間隔只有7天。但此后都陷入沉寂，兩個(gè)項(xiàng)目的組網(wǎng)發(fā)射均未發(fā)生。 迄今為止，國(guó)內(nèi)真正實(shí)施、已初步完成組網(wǎng)發(fā)射并投入使用的低軌星座，是國(guó)電高科的天啟物聯(lián)網(wǎng)星座。但它只是一個(gè)窄帶通信星座，只能用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集。天啟也規(guī)劃了寬帶星座，但近幾年民營(yíng)的銀河航天非常活躍，它已經(jīng)進(jìn)行了三次發(fā)射。 2020年1月16日，銀河航天首發(fā)星上天。該衛(wèi)星采用Q/V和Ka頻段，具備10Gbps速率的透明轉(zhuǎn)發(fā)通信能力，號(hào)稱(chēng)國(guó)內(nèi)首顆低軌寬帶通信衛(wèi)星。2022年3月5日，銀河航天02批6顆星一箭多星發(fā)射成功，單星容量達(dá)40Gbps。7顆衛(wèi)星構(gòu)成的“小蜘蛛網(wǎng)”低軌通信試驗(yàn)系統(tǒng)傳輸速率超200Mbps，延遲小于30毫秒。但受衛(wèi)星數(shù)量限制，通信時(shí)長(zhǎng)不超過(guò)30分鐘。銀河航天曾有過(guò)巨型星座計(jì)劃，但目前已不再提起。7月23日，銀河航天發(fā)射成功靈犀03星，重點(diǎn)轉(zhuǎn)到平板衛(wèi)星和柔性電池板等新技術(shù)試驗(yàn)。 其實(shí)，在星鏈快速取得巨大成功以后，明眼人都能看得出，我國(guó)的這些星座計(jì)劃規(guī)模都偏小，性能和星鏈差距甚大，競(jìng)爭(zhēng)力不足，被打入冷宮也在情理之中。 情況在2020年9月出現(xiàn)了變化。中國(guó)在國(guó)際電聯(lián)為名為GW的巨型星座注冊(cè)了無(wú)線電頻率，星座規(guī)模12992顆，分布于500-600公里和1100公里左右兩種高度。你可能注意到，今年發(fā)射的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星就位于其軌道之一。 這才是一個(gè)真正對(duì)標(biāo)星鏈的計(jì)劃，目前世界上也沒(méi)有第三個(gè)。它顯然整合了包括“鴻雁”和“虹云”在內(nèi)的多個(gè)原有星座，一舉達(dá)到了新的高度。2021年4月，中國(guó)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)星網(wǎng)公司）在雄安掛牌成立。中國(guó)巨型互聯(lián)網(wǎng)星座正式登場(chǎng)。 歸納一下，這些年來(lái)，我們一方面密切跟蹤星鏈的進(jìn)展（所謂摸著鷹醬過(guò)河），另一方面不斷自我摸索和低成本試錯(cuò)，以便制定后發(fā)制人的優(yōu)化方案。所以，我們的進(jìn)展看起來(lái)確實(shí)緩慢，但避免了大的方向性錯(cuò)誤和彎路。巨型星座不可能一夜間從天而降，我們這些預(yù)研所積累的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，是接下來(lái)厚積薄發(fā)的重要基礎(chǔ)。 近來(lái)，國(guó)內(nèi)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)展的新聞越來(lái)越多，我們能感覺(jué)到前進(jìn)的步伐在不斷加快。 在通信技術(shù)方面，天地融合的NTN（非地面網(wǎng)絡(luò)）近日一直是關(guān)注熱點(diǎn)。它是3GPP 5G-A（5.5G）和未來(lái)6G標(biāo)準(zhǔn)的一部分，一旦實(shí)現(xiàn)，衛(wèi)星將成為太空基站，手機(jī)（包括目前不支持衛(wèi)星通信的存量手機(jī)）將能直連衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通話和寬帶上網(wǎng)。華為、中興等通信設(shè)備廠商和中國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商都在緊鑼密鼓地開(kāi)發(fā)NTN相關(guān)產(chǎn)品或進(jìn)行NTN地面試驗(yàn)。 9月初，中國(guó)移動(dòng)攜手中興通訊、是德科技共同完成國(guó)內(nèi)首次運(yùn)營(yíng)商N(yùn)R-NTN（寬帶）低軌衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)室模擬，成功驗(yàn)證了NR-NTN透明轉(zhuǎn)發(fā)和星上再生兩種基本組網(wǎng)模式下的手機(jī)直連低軌衛(wèi)星的技術(shù)可行性，實(shí)現(xiàn)了端到端全鏈路貫通及數(shù)據(jù)傳輸驗(yàn)證。11月13日，中國(guó)電信聯(lián)合中興通訊等發(fā)布5G NTN技術(shù)白皮書(shū)。11月21日，華為在重慶發(fā)布了下一代手機(jī)直連衛(wèi)星的研究成果，并公布了NR-NTN再生衛(wèi)星在軌測(cè)試驗(yàn)證結(jié)果。 10月底，銀河航天公司透露，靈犀03星成功實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首例終端到終端低軌衛(wèi)星通信測(cè)試。這意味著用戶將能避免地面信關(guān)站，直接使用星上交換設(shè)備實(shí)現(xiàn)兩個(gè)用戶的通話。 在衛(wèi)星技術(shù)方面，銀河航天的靈犀03星是我國(guó)首款平板式衛(wèi)星，和星鏈衛(wèi)星非常類(lèi)似。發(fā)射后第四天，靈犀03星堆疊壓緊分離機(jī)構(gòu)在軌分離成功，柔性太陽(yáng)翼展開(kāi)，QV天線成功解鎖并展開(kāi)到位。 11月21日，銀河航天創(chuàng)始人徐鳴在重慶透露，公司正在研制相控陣天線和太陽(yáng)翼一體化的“翼陣合一”通信衛(wèi)星，目前已完成衛(wèi)星的二維展開(kāi)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。這個(gè)技術(shù)對(duì)未來(lái)存量手機(jī)直連衛(wèi)星非常重要，因?yàn)橹挥行l(wèi)星裝備了巨大的平面相控陣天線，才能有足夠的發(fā)射功率讓地面手機(jī)收到信號(hào)，也能接收來(lái)自地面極其微弱的信號(hào)。美國(guó)AST SpaceMobile的藍(lán)行者三號(hào)衛(wèi)星已經(jīng)通過(guò)實(shí)測(cè)證明存量手機(jī)也能直連衛(wèi)星，它的天線/太陽(yáng)翼面積達(dá)64平方米。 圖3 銀河航天平板衛(wèi)星（圖源：銀河航天） 圖4 銀河航天“翼陣合一”衛(wèi)星（圖源：銀河航天） 這次發(fā)射的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星由航天科技五院研制，估計(jì)發(fā)射重量和通信容量更大，但衛(wèi)星的具體信息沒(méi)有透露。 按照國(guó)際電聯(lián)規(guī)定，衛(wèi)星登記頻率后，必須在限定時(shí)間內(nèi)完成發(fā)射。所以，從明年開(kāi)始，我們將見(jiàn)證星網(wǎng)大規(guī)模組網(wǎng)發(fā)射的開(kāi)始。那么，如此規(guī)模和密度的發(fā)射，我們準(zhǔn)備好了嗎？我們有足夠的火箭用來(lái)發(fā)射嗎？我們的發(fā)射成本能降下來(lái)嗎？ 答案是：沒(méi)有問(wèn)題，已經(jīng)準(zhǔn)備好了。我們的航天人期待這一天已經(jīng)很久了！ 毫無(wú)疑問(wèn)，火箭國(guó)家隊(duì)依然將是巨型低軌星座發(fā)射的主力。海南商業(yè)航天發(fā)射場(chǎng)就是為了支持未來(lái)大規(guī)模高密度發(fā)射而建設(shè)的。更具體地講，短期內(nèi)就是為了支持星網(wǎng)星座發(fā)射而建設(shè)的。2022年7月6日和10月30日，一號(hào)二號(hào)工位相繼開(kāi)工。目前發(fā)射場(chǎng)建設(shè)已接近尾聲，今年年底將完成硬件建設(shè)，2024年實(shí)現(xiàn)常態(tài)化發(fā)射。長(zhǎng)征八號(hào)將成為海南商業(yè)發(fā)射場(chǎng)主力，而二號(hào)工位未來(lái)可支持多達(dá)19型火箭發(fā)射。 圖5 建設(shè)中的海南商業(yè)航天發(fā)射場(chǎng)（圖源：互聯(lián)網(wǎng)） 中國(guó)近年來(lái)成長(zhǎng)起來(lái)的多家商業(yè)火箭公司自然也能分到一杯羹。星際榮耀、星河動(dòng)力、中科宇航、天兵科技、藍(lán)箭航天都已經(jīng)展示了入軌發(fā)射的能力。東方空間等后來(lái)者也即將加入俱樂(lè)部（預(yù)期12月首發(fā)）。為了降低成本，幾乎所有火箭公司都在加速可復(fù)用型號(hào)的研制。11月2日，星際榮耀成功進(jìn)行了雙曲線二號(hào)甲烷箭的發(fā)射和回收。11月21日，藍(lán)箭宣布了朱雀三號(hào)可復(fù)用型號(hào)。 圖6 雙曲線二號(hào)回收（圖源：中國(guó)航天報(bào)） 圖7 朱雀三號(hào)發(fā)布（圖源：互聯(lián)網(wǎng)） 巨型星座極大地拉動(dòng)了火箭需求，能通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)有效降低發(fā)射成本，加速火箭技術(shù)的進(jìn)步。和星鏈用獵鷹九號(hào)單一型號(hào)完成組網(wǎng)不同，中國(guó)巨型星座采用的火箭將會(huì)百花齊放、百家爭(zhēng)鳴。中國(guó)幾乎所有火箭公司都盯著星網(wǎng)的發(fā)射。它們之間的競(jìng)爭(zhēng)將非常激烈，也將非常精彩。星網(wǎng)計(jì)劃對(duì)中國(guó)商業(yè)火箭公司的影響極大，篇幅有限這里就不展開(kāi)了，下次有機(jī)會(huì)再專(zhuān)文討論。 作為后來(lái)者，我們的星網(wǎng)在功能和性能上大概率應(yīng)該能追平星鏈。而且，站在巨人的肩膀上，實(shí)現(xiàn)對(duì)星鏈的超越也不是沒(méi)可能。由于星網(wǎng)的技術(shù)資料非常少，我們目前沒(méi)有辦法對(duì)具體功能做出判斷。但可以肯定，星網(wǎng)最終一定會(huì)支持手機(jī)直連；也許，在星鏈之前。 從衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)目前進(jìn)展看，星網(wǎng)公司、兩大航天集團(tuán)、三大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商、華為、中興、銀河航天、民營(yíng)火箭公司等都已經(jīng)深度參與。未來(lái)，我國(guó)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)完全有可能會(huì)走向一個(gè)開(kāi)放式體系。我們期望看到，從星上和地面通信設(shè)備到單體衛(wèi)星，從火箭載荷接口到移動(dòng)終端硬件、應(yīng)用軟件，都有標(biāo)準(zhǔn)化的接口，不同廠商的產(chǎn)品都能方便地集成和互通。和任何新技術(shù)一樣，基于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)也會(huì)出現(xiàn)我們目前無(wú)法想象的各種應(yīng)用。這將是一個(gè)新的生態(tài)。生態(tài)越開(kāi)放，參與者越多，規(guī)模就會(huì)越大，價(jià)值也越大。 這樣的一個(gè)生態(tài)，是我們相比星鏈的后發(fā)優(yōu)勢(shì)。我們應(yīng)充分發(fā)揮我們的體制優(yōu)勢(shì)來(lái)建立這個(gè)生態(tài)。馬斯克做不到的，我們可以做到。 放到中美競(jìng)爭(zhēng)的大圖景中看，作為下一代通信技術(shù)的核心，巨型低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的重要地位無(wú)論怎么強(qiáng)調(diào)都不為過(guò)。它不僅具有重要的經(jīng)濟(jì)和軍事價(jià)值，也將（繼手機(jī)后）再次改變我們每個(gè)人的生活方式。只有在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中勝出，我們才能真正掌握自己的命脈。 今天在中國(guó)，大部分衛(wèi)星發(fā)射都已經(jīng)變得平淡無(wú)奇、少人關(guān)注。但幾十年后回過(guò)頭來(lái)看，有些平淡無(wú)奇的發(fā)射注定會(huì)成為重要?dú)v史事件的一部分。 這樣的歷史事件或許很快就會(huì)發(fā)生。 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