低轨卫星互联网可行吗 (超低轨卫星网络)

据银河航天官方消息,2月16日,中国第一颗通信能力达10Gbps的低轨宽带卫星顺利完成通信能力测试,这也是国内第一次验证低轨Q/V通信,堪称中国“太空互联网”的—大步。

1月16日,银河航天的这颗首发星搭乘快舟一号甲运载火箭,在酒泉卫星发射中心升空,这是快舟一号甲第8次执行发射任务。

该卫星是全球首颗Q/V高频毫米波频段的低轨宽带卫星,也是我国首颗由商业航天公司研制的200公斤量级的卫星,单星可覆盖30万平方公里,相当于大约50个上海市的面积,轨道高度为1200千米。

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当前,全球网络的覆盖仍然面临巨大挑战——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。

太空互联网市场前景广阔

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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卫星通信系统的逐步建成,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的高清视频,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视频。

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。

美国“星链”计划服务全球

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,旨在为全球消费者提供廉价、快速的宽带互联网服务。

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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

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。就在今年1月,Space X成功完成了两次发射,发射了总计120颗Starlink卫星。Starlink目前已规划11943颗卫星,同时正在为另外3万颗卫星申请轨道资源。

SpaceX公司此前在一份声明中称,“星链”卫星预计发射6次后,可向美国和加拿大部分地区提供服务,发射24次后可为人口密集地区提供全球*服务性**。

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运营的卫星总数的将近21倍,成为迄今为止人类提出的规模最大的星座项目。

中国能否“弯道超车”

目前,全球多家企业纷纷开始打造非静止轨道卫星星座,提供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、三星等的互联网星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系统——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”系统——“行云工程”。该系统将通过由80颗低轨通信小卫星构建的星座系统,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系统。

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、石油电力监管、农机数据采集与运输、工程机械信息传输等众多行业领域。

1、虹云工程

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2016 年,航天科工集团提出“虹云工程”,计划发射 156 颗卫星实现全球组网。中国航天科工方面称,“虹 云工程”具备通信、导航和遥感一体化、全球覆盖、系统自主可控的特点,以其极低的通信延时、极高的频率复 用率、真正的全球覆盖,可满足中国及国际互联网欠发达地区、规模化用户单元同时共享宽带接入互联网的需 求。同时,“虹云工程”也可满足应急通信、传感器数据采集以及工业物联网、无人化设备远程遥控等对信息交 互实时性要求较高的应用需求。

2017 年,为大力推进商业航天产业,航天科工二院专门成立了空间工程公司,并着手在武汉国家航天产业 基地建设卫星产业园。这个产业园将满足 2020 年虹云工程业务试验星的发射需求,支撑 2022 年左右整个星座 卫星的批量生产。武汉卫星产业园项目已于 2019 年 4 月 24 日正式开工建设,预计 2020 年 10 月 31 日具备投产 能力。

2018 年 12 月 22 日,虹云工程技术验证星自在酒泉卫星发射中心成功发射入轨后,先后完成了不同天气条 件、不同业务场景等多种工况下的全部功能与性能测试。体验人员在卫星入境时,关闭 4G 信号,登陆卫星用 户站的 WiFi 热点,成功实现了网页浏览、微信发送、视频聊天、高清视频点播等典型互联网业务,无丢帧卡滞 现象,在轨实测的所有功能与指标均满足要求。

按照规划,整个“虹云工程”被分解为“1+4+156”三步。第一步计划在 2018 年前,发射第一颗技术验证星, 实现单星关键技术验证,目前已经完成;第二步到“十三五”末,发射 4 颗业务试验星,组建一个小星座,让用 户进行初步业务体验;第三步到“十四五”末,实现全部 156 颗卫星组网运行,完成业务星座构建。为在全国范 围内开展应用示范,中国航天科工集团有限公司二院抓总研制投产了应用示范系统,其中包含 1 套机动式信关 站和多型用户站,预计 2020 年初投入使用。

2、鸿雁星座

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2016 年 11 月,中国航天科技公司宣布将在 2020 年建成“鸿雁星座全球卫星通信系统”。 鸿雁星座包含一个 移动通信星座和一个宽带通信星座,可以服务 200 万移动用户、20 万宽带用户及近 1000 万的物联网用户,并 在导航、航空、航海等领域提供综合服务。

据航天科技集团官网报道,航天五院通信卫星事业部在天津航天城建设了批量卫星生产线,将实现年出厂 130 颗卫星的总装能力,满足鸿雁星座生产能力需求,届时将达到每周出厂 2.5 颗卫星的速度。

2018 年 11 月 30 日,全球低轨卫星移动通信与空间互联网项目启动大会暨东方红卫星移动通信有限公司揭 牌仪式在重庆举行,该公司由航天科技集团、中国电信、中国电子、国新国同 4 家央企及其相关企业共同发起成立,注册资本金 20 亿元人民币。东方红卫星移动通信有限公司将负责建设与运营全球低轨卫星移动通信与空 间互联网系统,提供各种终端产品与服务,构建海、陆、空、天一体化新型天地一体化信息网络,开展面向全 球的智能终端通信、物联网、移动广播、导航增强、航空航海监视、宽带互联网接入等增值服务。全球低轨卫 星通信与空间互联网系统项目首期投资 200 亿元,“鸿雁星座”为其前身。

2018 年 12 月 29 日,鸿雁星座发射首颗试验星,标志着全球低轨卫星移动通信与空间互联网系统的建设全 面启动。首发星是鸿雁星座的试验星,由航天科技集团五院研制生产,配置有 L/Ka 频段的通信载荷、导航增强 载荷、航空监视载荷,可实现鸿雁星座关键技术在轨试验。同时研制了地面系统与终端,卫星入轨后可陆续开 展卫星移动通信、物联网、热点信息广播、导航增强、航空监视等功能的试验验证,为后续的鸿雁星座的全面 建设及运营提供有力支撑。

按照规划,鸿雁星座一期预计在 2022 年建成并投入运营,系统由 60 颗核心骨干卫星组成,主要实现全球 移动通信、物联网、导航增强、航空监视等功能;二期预计 2025 年完成建设,系统由数百颗宽带通信卫星组成, 可实现全球任意地点的互联网接入。

3、天地一体化信息网络

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2015 年年底,中国电科关于天地一体化信息网络重大工程专题工作会在北京召开,该重大工程是由国家科 技部牵头,九部委共同组织论证的“十三五”国家重大科技任务,按照“天基组网,地网跨代,天地互联”的 思路,以地面网络为基础、以空间网络为延伸,覆盖太空、空中、陆地、海洋等自然空间,为天基、陆基、海 基等各类用户活动提供信息保障,将人类的网络空间提升到一个新的维度。

据天象卫星项目总设计师、中国电科首席专家、54 所副总工程师孙晨华介绍,天地一体化信息网重大项目 低轨接入网规划 60 颗综合星和 60 颗宽带星,采用星间链路和星间路由技术,实现极少数地面关口站支持下的 全球无缝窄带和宽带机动服务。

2019 年 6 月 5 日,“天地一体化信息网络”重大项目“天象”试验 1 星、2 星通过搭载发射,成功进入预 定轨道。这两颗试验卫星由中国电科五十四所牵头研制,是我国首个实现传输组网、星间测量、导航增强、对 地遥感等功能的综合性低轨卫星,是未来低轨道星座系统建设的最简网络模型。卫星搭载了国内首个基于 SDN(软件定义网络)的天基路由器,在国内首次实现了基于低轨星间链路的组网传输,并在国内首次构建了基 于软件重构功能的开放式验证平台。

两颗天象小卫星,是我国首个基于 Ka 频段星间链路的双星组网小卫星系统。天象卫星利用先进的技术, 不仅能实现双星组网传输,包括各种信息数据、语音、视频、图片的高质量实时传输,还兼具星间测量、导航 增强、ADS-B、对地遥感等多项功能。

4、银河航天

银河航天成立于 2018 年,由猎豹移动联合创始人、前总裁徐鸣创立,公司深度融合航天与互联网基因,通 过敏捷开发、快速迭代模式,规模化研制低成本、高性能的 5G 卫星,致力于打造全球领先的低轨宽带通信卫 星星座。公司核心团队由来自互联网、航天系统、科研机构的资深专家组成,以实力雄厚的卫星技术研发为基 础,融入互联网思维和模式,为用户提供优质的上网服务和体验。

银河航天计划建造由上千颗 5G 通信卫星,在 1200km 的近地轨道组成星座网络,让用户可以高速灵活的接 入 5G 网络。银河航天创始人董事长兼 CEO 徐鸣透露,低轨宽带通信卫星星座可以更好的对全球进行通信网络 覆盖与升级,成为全球 5G 通信的重要组成部分,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%。

2018 年,银河航天获得了顺为资本、晨兴资本、IDG 资本、高榕资本、源码资本、君联资本等知名投资机 构支持。2019 年,银河航天完成最新一轮融资,由建投华科投资股份有限公司领投,顺为资本、IDG 资本、君 联资本和晨兴资本跟投,最新估值超过 50 亿元,成为国内商业航天赛道估值最高的创业公司之一。

2018 年 10 月 25 日,银河航天试验载荷“玉泉一号”搭载长征四号乙运载火箭(CZ-4B),在太原卫星发射中 心发射升空。“玉泉一号”是银河航天自研的试验载荷,将在阿里巴巴“糖果罐号”迷你空间站上进行星载高性能 计算、空间成像、通信链路等试验验证。

2020 年 1 月 16 日,快舟一号甲遥九运载火箭,在酒泉卫星发射中心,以“一箭一星”的方式,将银河航天首 发星送入预定轨道。银河航天首发星为 200 公斤量级,采用 Q/V 和 Ka 等通信频段,具备 10Gbps 速率的透明转 发通信能力,可通过卫星终端为用户提供宽带通信服务。卫星入轨后,将在轨开展相关技术和业务验证。

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?

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提供机遇。

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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战场中的生力军。

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,国务院新闻办公室发布的《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、卫星运营等航天活动,大力发展商业航天。

此外,2016年国防科工局、国家发改委发布的《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系统发展,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,加强基于北斗系统的位置、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。