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未来用低轨卫星上网,除了美国“星链”,你还能选谁?

发布时间:2019-11-26 10:47:09 编辑:小狐 来源:sohu

继2019年5月首批60颗“星链”卫星被送入太空后,美国太空探索技术公司(SpaceX)11月11日用一枚“猎鹰9”火箭将第二批60颗“星链”卫星送入太空,继续构建其全球太空互联网。

SpaceX公司当天在一份中称,“星链”卫星预计发射6次后,可向美国和加拿大部分地区服务,发射24次后可为人口密集地区全球性服务。该公司日前透露还准备再增加3万颗互联网卫星,使卫星总数达到约4.2万颗。

不过,如今不只SpaceX一家公司在布局“星链”计划,众多竞争者的涌现,逐渐让越来越多的普通大众了解到低轨宽带通信星座的魅力。

未来用低轨卫星上网,除了美国“星链”,你还能选谁?(图1)

11月11日,美“星链”计划第二批60颗卫星成功发射

“星链”由来

当前,全球网络的覆盖仍然面临巨大—地面基站很难覆盖沙漠、海洋、森林、山区等所有区域,因此卫星通信技术的突破将有助于解决网络覆盖的难题。加之5G时代已经来临,以5G为代表的创新技术将使数据连接能力提升10倍,用户可以观看更快、更炫的4K电视,但是如果5G网络覆盖问题没有解决的话,这些体验都将无法实现。

而低轨宽带通信星座可以更好地对全球进行通信网络覆盖与升级。早在2015年1月,SpaceX公司CEO马斯克就宣布其打算发射约1.2万颗通信卫星到太空轨道的“星链”计划,从2020年开始工作,旨在为全球消费者廉价、快速的宽带互联网服务。

根据欧洲航天局的最新数字,目前地球轨道上共有2000多颗工作卫星,“星链”计划如果完成部署,其新入轨的卫星总数就会是目前所有国家在轨的卫星总数的将近21倍,成为迄今为止人类提出的规模最大的星座项目。

目前全球绝大多数通信卫星以地球静止轨道卫星为主,由于轨道资源有限,这些卫星只能在一个拥挤的环境下工作。且这些地球静止轨道卫星部署在地球赤道上空约3.6万千米处的轨道上,向偏远地区互联网接入时会产生延时。而低轨道卫星(轨道高度为200~2000千米)可将延时从500毫秒降至20毫秒,达到家用光纤接入网络水平。

未来用低轨卫星上网,除了美国“星链”,你还能选谁?(图2)

2019年5月23日,太空探索公司的一枚“猎鹰9”火箭在佛州卡纳维拉尔角空军基地升空 /美联

市场前景与应用

未来,以低轨宽带通信星座为代表的太空互联网将给生活带来方方面面的改变。随着5G卫星通信的逐步建成,可实现天基网络与地面网络的融合互补,有效提升现有网络的覆盖能力和解决现有网络的覆盖盲区,不仅偏远地区的电视观众可以随时收看到4K/8K的高清,记者还可以在任何极端环境下随时随地“秒传”大容量的数据以及高清的采访。

此外,未来的5G时代还有无数的应用场景与需求等待挖掘。

例如,各国金融业目前已对低轨宽带卫星网络表达出了极大的兴趣:单就从欧洲金融中心伦敦出发前往世界金融中心纽约,使用卫星链路理论上能较海底光缆降低数十毫秒的延迟。

在高频交易场上,应用私有专用微波通信走捷径也是常有的事,为节省1~2毫秒的延迟时间,其成本远远超过普通大众的想象。

而在欧洲前往亚洲,抑或是跨太平洋通信等场景时,在太空中“走直线”的低轨宽带卫星节省延迟时间的效应将更加显著。换句话说,使用太空互联网的金融机构将比其他竞争对手提早几毫秒察觉市场变化。而这几毫秒的延迟不容小觑—哪怕是1毫秒的延迟,对于使用计算机算法进行自动操作的“高频交易”行业来说都是决定性差距。因此,说低轨宽带星座能改变未来高频交易市场的格局,乃至扭转亿万美元资产的去向,一点都不为过。

同时,对于众多终端用户的信息播发功能来说,可以保证终端用户的信息首发同步,比如彩票业务、网络游戏等。

再比如,太空互联网是航班上网最优质的解决方案,有广阔的市场空间。

对于经常乘坐航班、远途出行的人来说,旅途中上网是其迫切的需求。但目前乘坐航班时使用的客舱内的WiFi,不是太贵,就是网速太慢,还经常断网。而且在国内,并不是所有商业航线都能航空网络服务。

有报告显示,到2022年,全球一半的商用航班将航空网络服务。到2035年,航空网络服务将覆盖全球航班,这将催生约1300亿美元的新市场。

对于国内来说,此前航空业内曾预测,到2022年,全球装配机载卫星上网设备的飞机将达到1.1万余架次,其中19%的飞机属于亚太地区航空公司,尤以中国为主要增长地区。这也意味着,中国领域或将是太空互联网最先成熟的应用市场,存量和增量市场都有广阔的成长空间。

未来用低轨卫星上网,除了美国“星链”,你还能选谁?(图3)

2018年9月12日,在阿里境内拍摄的银河 记者 普布扎西 摄

中国机会

目前,全球多家企业纷纷开始打造非静止轨道卫星星座,全球宽带互联网接入服务。除了SpaceX公司,美国一网公司(OneWeb)亚马逊公司、加拿大TELESAT公司、跨国企业SES的O3b星座、波音、三星等的互联座计划也在积极推进中。

同样,中国也在积极布局低轨宽带星座。由大型国企主导的两个低轨互联网卫星—航天科技的“鸿雁星座”航天科工的“虹云工程”都将于2022年、2023年前后建成。

在天基互联网的基础上,中国还将打造首个“天基物联网”—“行云工程”两颗试验验证星将于2019年年底发射。该将通过由80颗低轨通信小卫星构建的星座,将全球范围内各种信息节点和传感器等智能终端进行有效连接,形成覆盖全球的物联网信息。

天基物联网将在地面信号无法覆盖的地区,对地面物联网进行有力补充。除了集装箱远洋运输之外,还能应用于海洋岛屿通信、石油电力、农机数据采集与运输、工程机械信息传输等众多行业领域。

而在马斯克已经一箭60星批量发射卫星,并率先布局4.2万颗卫星的情况下,中国商业航天的机会在哪里?还有“弯道超车”的可能吗?

中国民营商业航天公司银河航天的合伙人、卫星技术专家张世杰对《环球》杂志记者表示,“商业航天的发展离不开三个基本要素:足够大的用户市场、完整的航天工业体系以及开放的政策。”

在市场方面,从长远来看,商业航天将是中美两国国家实力的角力场,而中国商业航天发展有自身的优势。

根据市场预测,到2020年,全球商业航天市场将超过1.7万亿元规模,中国市场包括运载火箭、卫星应用、空间宽带互联网等将达到8000亿元。此外,数据显示,截至2019年6月,中国网民数量已达到8.54亿人,位居世界第一;中国5G市场发展前景广阔,有机构预计,2030年5G将带动中国直接经济产出6.3万亿元、经济增加值2.9万亿元,中国巨大的市场优势将为中国商业航天的发展机遇。

在行业基础方面,回眸中国航天发展历程,经过几代航天人的不懈奋斗,中国航天从无到有、从小到大,建立了一套完整的科研生产创新体系,造就了一支高素质人才队伍,中国已经成为一个不折不扣的航天大国,这为商业航天的发展建立了坚实的基础。近两年,国内已涌现出一批商业火箭、卫星公司,这些商业公司开始扩充传统的航天体系,正在成为世界商业航天中的生力军。

同时,中国具有全球领先的制造能力。以卫星生产为例,未来在卫星的批量生产中,中国高素质的技术工人以及全球领先的制造能力将发挥优势。此外,中国有完善成熟的工业体系,一些汽车、机器人等产业的产品供应商,也逐渐开始为商业航天供货。在充分市场竞争的情况下,未来航天上下游的零配件、火箭的发射成本都有望逐渐降低,理想状态下,投入低轨道通信卫星的成本将有机会降到基站建设的1%。

第三,中国在商业航天方面的政策正在逐步开放。2016年12月,公室发布的《2016中国的航天》白皮书提出,鼓励引导民间资本和社会力量有序参与航天科研生产、空间基础设施建设、空间信息产品服务、卫星等航天活动,大力发展商业航天。

此外,2016年国防科工局、国家发布的《关于加快推进“一带一路”空间信息走廊建设与应用的指导意见》明确提出,将积极推动商业卫星发展,支持以企业为主体、市场为导向的商业航天发展新模式,并鼓励社会资本参与,加强基于北斗的位置、导航和授时的商业化服务。

可以预见,未来随着政策的进一步开放,中国商业航天领域的发展将会有更大的空间。

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正在展示中的银河航天结构星

“换道超车”实践

在企业层面,中国商业航天企业正在通过不断创新,寻求突破的机会。当然,对于这些商业航天突围者来说,想要对标甚至追赶国际上SpaceX、一网等头部玩家,则必须要有硬核的关键武器。

目前,中国首个对标国际最先进技术水平的5G低轨宽带卫星,已由银河航天自主研发成功,不久将发射。这不仅是中国商业航天领域的首颗200公斤量级的通信卫星,还是自主研制的国内首套Q/V低轨宽带通信载荷,首次实现10吉比特每秒(Gbps)的天地通信能力。

这其中,Q/V频段载荷技术尤其值得一提。

张世杰介绍说,目前,Ku/Ka频段资源已经趋于饱和,随着频率协调的难度日益增大,国际商业通信卫星在继续使用传统C、Ku频段的基础上,已经逐步向频率更高的Ka频段发展,可以预见的是Ka频段的资源也会日趋拥挤。尤其是一网公司和“星链”已采用了Ka频段。

仍以车道为例,规划了相同宽度的道路,对修路技术也提出要求,比如高速公路修路技术修出来的道路要比县级公路修路技术能跑更快的车。银河航天能够研制更高性能、更低损耗的Q/V频段通信载荷,已经走在前面。

“做Q/V载荷绝对需要强大的内心,当时银河航天刚起步,团队里的技术专家有两种不同声音,一种保守方案是,应该从已有技术积累的Ka/Ku通信载荷做起,这样风险更低;另一种大胆的设想则是,做频段更高的Q/V通信载荷,对标国际上低轨宽带卫星可以实现的10Gbps带宽,但并没有可借鉴的Q/V低轨宽带卫星载荷技术和研制经验,这无疑是一场充满的征程。”银河航天董事长兼CEO徐鸣表示。

“最终,银河内部决定做Q/V载荷,因为我们如果做了保守选择,已经在国际赛场上起跑落后的银河航天,在低轨宽带星座竞争中突围的可能性就更低了,并且可以预计的是,未来低轨频率资源需求必将持续增长,尽早布局高频段才有‘换道超车’的可能,哪怕是承担无数不可预料的风险。”

未来用低轨卫星上网,除了美国“星链”,你还能选谁?(图5)

银河航天首发星的研发过程

做一枚“懂事儿”的卫星

对于卫星数量庞大的“星链”计划,国际天文学界一直对于其可能影响天文学观测表示担忧。数量众多的小卫星还可能增加航天器碰撞风险。2019年9月,欧航局“风神”气象卫星险些与“星链44”卫星发生碰撞。

“要在5~7年内完成星座建设,平均每天要发射20颗星左右,如何完成如此大规模的卫星制造、发射,以及未来的至关重要。”张世杰表示,“此外,在与服务方面,面对地面通信网络的竞争压力,如何制定能充分发挥太空互联性的商业模式,如何完成地面配套设备,避免铱星的商业悲剧再次发生(上世纪90年代布局低轨卫星的铱星企业经历了失败)都是‘星链’今后要面临的问题。”

对于卫星会否造成太空垃圾的担忧,张世杰表示,银河航天的低轨宽带卫星在寿命末期,将通过自身的电推进,把自己推到300~400公里轨道,依赖稀薄大气进行轨道衰减直到坠入稠密大气层烧毁,做一枚“懂事儿”的卫星,不生成太空垃圾,也不会砸到地面的花花草草。

本文相关词条概念解析:

卫星

卫星所属现代词,指的是在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体,人造卫星一般亦可称为卫星。人造卫星(ArtificialSatellite)环绕地球在空间轨道上运行(至少一圈)的无人航天器。人造卫星基本按照天体力学规律绕地球运动,但因在不同的轨道上受非球形地球引力场、大气阻力、太阳引力、月球引力和光压的影响,实际运动情况非常复杂。人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。人造卫星发射数量约占航天器发射总数的90%以上。

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