低軌道能容納的衛(wèi)星數(shù)量有限，從國家層面看，頻率和軌位都是戰(zhàn)略資源。正因如此，各國及各大商業(yè)巨頭近年來紛紛發(fā)力衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域風起云涌。

據(jù)外媒消息，9月初美國太空探索技術(shù)公司SpaceX向美國聯(lián)邦通信委員會提交的最新報告顯示，該公司計劃每月定期發(fā)射120顆星鏈衛(wèi)星。此前，SpaceX成功發(fā)射了第12批星鏈互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星。

而在國內(nèi)，北京九天微星科技發(fā)展有限公司的衛(wèi)星工廠已在河北唐山開工。該項目初期工程建成后，將擁有年產(chǎn)100顆衛(wèi)星的研制生產(chǎn)能力。這也是中國首個民營衛(wèi)星研發(fā)制造工廠。

隨著今年衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)被納入新型基礎(chǔ)設施建設的范圍，資本及產(chǎn)業(yè)迅速跟進。2020年也被業(yè)界稱為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)“元年”。

低軌互聯(lián)網(wǎng)星座成競爭焦點

因SpaceX進入大眾視野的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)其實并不新鮮。

航天專家黃志澄告訴科技日報記者，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是繼有線互聯(lián)、無線互聯(lián)之后的第三代互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設施。它包括地球靜止軌道高通量衛(wèi)星、地球中軌道互聯(lián)網(wǎng)星座和地球低軌道互聯(lián)網(wǎng)星座。“由于前兩者已經(jīng)得到廣泛應用，當前業(yè)界關(guān)注的熱點是低軌互聯(lián)網(wǎng)星座。”他說。

黃志澄介紹道，20世紀80年代開始發(fā)展的小衛(wèi)星技術(shù)，對星座的發(fā)展起到了巨大的推動作用。20世紀90年代初期，由于移動通訊和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，以“銥星”和“全球星”為代表的非地球靜止軌道的通信衛(wèi)星星座發(fā)展迅速，掀起了建設衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的第一個高潮。業(yè)界相繼提出了多個中低軌道互聯(lián)網(wǎng)星座的概念，其中包括微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨提出的“泰利迪斯”星座、法國阿爾卡特公司提出的“天空之橋”星座等。

但在地面移動通信系統(tǒng)迅猛發(fā)展的沖擊下，衛(wèi)星星座由于建設成本過高，并未得到廣泛應用。

得益于SpaceX成功的火箭設計、制造與發(fā)射能力，馬斯克在2015年提出了星鏈計劃。該計劃擬用4.2萬顆衛(wèi)星來取代地面上的傳統(tǒng)通信設施，從而在全球范圍內(nèi)提供價格低廉、高速且穩(wěn)定的衛(wèi)星寬帶服務。

“相較于高軌道衛(wèi)星，低軌互聯(lián)網(wǎng)星座傳輸延時更短、路徑損耗更少、成本更低，可以滿足地面網(wǎng)絡未通地區(qū)的需求，這也是國家的戰(zhàn)略需求。”九天微星聯(lián)合創(chuàng)始人彭媛媛分析。

截至2019年，全球仍有近一半人未實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)連接，這意味著世界上絕大多數(shù)發(fā)展中國家的人口無法享受優(yōu)質(zhì)的手機通信和上網(wǎng)體驗。地面互聯(lián)網(wǎng)僅覆蓋了地球陸地面積的20%，地球表面的5.8%，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是一種很好的互補方案。

“低軌道能容納的衛(wèi)星數(shù)量有限，從國家層面看，頻率和軌位都是戰(zhàn)略資源。”彭媛媛說，正因如此，各國及各大商業(yè)巨頭近年來紛紛發(fā)力衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。此外，黃志澄補充道，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)將是最重要的軍事指揮、控制和通信手段。

數(shù)據(jù)顯示，截至2019年12月底，全球在軌衛(wèi)星數(shù)量約為2218顆，未來10年內(nèi)預計數(shù)量將擴大10倍，增量部分主要來自低軌通信衛(wèi)星。

全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展步入快車道

據(jù)外媒報道，過去兩年，SpaceX在星鏈項目上的投資超過百萬美元;如今其每月可以生產(chǎn)120顆衛(wèi)星;迄今已部署超過650顆衛(wèi)星，是全球最大的衛(wèi)星星群。SpaceX還透露，將加快星鏈星群的部署，計劃利用獵鷹9火箭發(fā)射系統(tǒng)每月將120顆星鏈衛(wèi)星發(fā)送到軌道中。

此外，多個低軌互聯(lián)網(wǎng)星座計劃正在推進，包括計劃將3236顆網(wǎng)絡衛(wèi)星發(fā)射到近地軌道的亞馬遜“柯伊伯計劃”以及加拿大TeleSat公司的TeleSatLEO項目等。

在我國，中國航天科工集團“虹云工程”與中國航天科技集團“鴻雁星座”成功發(fā)射試驗星。由中國航天三江集團所屬行云公司負責建設運營的我國首個自主投資建設的低軌窄帶物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座“行云工程”，計劃在2023年前后建成由80顆低軌通信衛(wèi)星組成的星座，以期解決物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務因地面蜂窩通信網(wǎng)絡覆蓋不足導致的通信盲區(qū)難題。

民營航天公司也在該領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力。以九天微星、銀河航天為代表的一批衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)正蓄勢待發(fā)。

九天微星智能衛(wèi)星工廠9月1日在河北唐山開工建設。彭媛媛介紹道，作為九天微星衛(wèi)星研發(fā)基地，這一工廠將于2021年初步建成投產(chǎn)，屆時計劃實現(xiàn)年產(chǎn)百顆以上百公斤級衛(wèi)星的產(chǎn)能。九天微星的衛(wèi)星工廠不僅是衛(wèi)星整星總裝生產(chǎn)基地，還是衛(wèi)星技術(shù)與應用研發(fā)實驗室。

“我們將智能化、脈動式的工業(yè)生產(chǎn)線引入衛(wèi)星制造領(lǐng)域，將改變傳統(tǒng)衛(wèi)星制造模式，以批量化生產(chǎn)方式服務國家衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)新基建的建設需求。”彭媛媛說。

據(jù)國泰君安證券相關(guān)研究測算，未來10年，國內(nèi)低軌衛(wèi)星系統(tǒng)中衛(wèi)星規(guī)模有望達到3000—6000顆的水平。2030年，中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)總體市場可達到千億規(guī)模。

公開數(shù)據(jù)則表明，2020年上半年，中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)新注冊1128家，同比增長158%。

“未來幾年，國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星行業(yè)有望迎來爆發(fā)式增長，百公斤以上通信衛(wèi)星的批量化生產(chǎn)將成為行業(yè)剛需。”彭媛媛說，“從這個角度看，2020年不僅是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的‘元年’，也將是中國商業(yè)航天的‘分水嶺’。”

挖掘在各行業(yè)的深度應用是關(guān)鍵

得應用者得天下，在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域同樣如此。地面終端及應用市場蓄勢待發(fā)。

彭媛媛認為，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的最大挑戰(zhàn)在應用。“地面終端的開發(fā)，加快企業(yè)端用戶的應用示范，突破產(chǎn)業(yè)化的前期瓶頸，全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展是關(guān)鍵。”

黃志澄持同樣觀點。“應用方面，最大的技術(shù)難點是接收終端的開發(fā)，要達到普通消費者能用的程度，開發(fā)出手機大小的終端是比較困難的。”黃志澄說。

“衛(wèi)星發(fā)射可能是個千億級市場，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的終端產(chǎn)品是萬億級的，而應用則是個沒有天花板、充滿想象力的市場。”彭媛媛分析，為了迎接這一市場，九天微星人才團隊、技術(shù)儲備等方面均已提前部署。

“我們的技術(shù)人員除了衛(wèi)星制造方面的，還有來自國際巨頭的資深通信人員，以及來自石油勘探等不同領(lǐng)域的從業(yè)者。”彭媛媛說，如此配置的目的，就是未來挖掘衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在各行業(yè)的深度應用。她舉了個例子，“前段時間，西雙版納的人象沖突引起大家關(guān)注，后來客戶把這個項目交給了我們。我們就給大象套上項圈，通過衛(wèi)星監(jiān)測，實時跟蹤其軌跡，一旦它進入人類活動區(qū)域就會報警。”類似的應用可以拓展到遠洋船舶的全程追溯、霧霾監(jiān)測等各領(lǐng)域。

黃志澄透露，目前國家層面的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)工程計劃正在部署中，“前期的基礎(chǔ)設施建設可能還是以國家隊為主，民營企業(yè)可以在終端和地面站設計制造、發(fā)掘應用模式、降低成本等方面發(fā)揮重要作用”。

“匯聚各方面的資金和人才，做好工程的頂層設計和方案優(yōu)化，大力創(chuàng)新，盡快建成天地一體化的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，必將促進我國的航天技術(shù)和太空經(jīng)濟，邁上一個新的臺階。”黃志澄說。

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10萬顆衛(wèi)星發(fā)射計劃促衛(wèi)星量產(chǎn)

傳統(tǒng)意義上，航天應用屬“國家隊”領(lǐng)域，發(fā)射的衛(wèi)星通常在地球同步軌道，采用定制化生產(chǎn)方式設計、制造，發(fā)射周期理論上需要26—32個月，也正因生產(chǎn)周期長、技術(shù)和成本門檻高。截至2019年底，中國在軌衛(wèi)星300多顆，而全球在軌衛(wèi)星數(shù)量為2218顆。

然而，未來10年內(nèi)，10萬顆低軌衛(wèi)星將有可能在太空中重新定義“星羅棋布”：SpaceX的“星鏈計劃”4.2萬顆、Oneweb星座4.8萬顆、亞馬遜的“柯伊伯計劃”3236顆……國內(nèi)的衛(wèi)星星座計劃也已啟動。據(jù)不完全統(tǒng)計，發(fā)射數(shù)量在30顆以上的有10個項目，其中國字頭背景的“鴻雁星座”計劃發(fā)射300余顆衛(wèi)星，“虹云工程”計劃發(fā)射156顆衛(wèi)星。

如此龐大的發(fā)射計劃，迫使衛(wèi)星的設計和生產(chǎn)方式發(fā)生根本變化。星座計劃發(fā)射的衛(wèi)星基本都在距離地球2000公里以內(nèi)的近地軌道，其衛(wèi)星體積小、重量輕、在軌壽命短，且星座式組網(wǎng)方式可以做到一次性論證和設計、批量生產(chǎn)，衛(wèi)星的生產(chǎn)周期降至數(shù)周甚至天。這些都讓商業(yè)資本進入衛(wèi)星生產(chǎn)成為可能。

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