卫星互联网：高科技领域的低成本挑战

　　2020年，国家首次将卫星互联网纳入新基建范畴，卫星互联网建设上升至国家战略性工程。预计到2030年，中国卫星互联网市场总体规模可达到千亿级别。

　　日前，SpaceX首席执行官埃隆·马斯克在西班牙巴塞罗那举行的2021世界移动通信大会上表示，SpaceX的星链卫星互联网计划正在快速推进，预计总投资在200亿至300亿美元之间，未来可能在12个月内拥有超过50万用户。

　　“截至2020年一季度，低轨通信卫星在轨数量占比58.8%。随着低轨宽带卫星互联网概念的兴起，人们对于卫星互联网所能提供的服务充满期待。”7月16日，珠海欧比特宇航科技股份有限公司董事长颜军在接受科技日报记者采访时表示。

　　“2020年，国家首次将卫星互联网纳入新基建范畴，卫星互联网建设上升至国家战略性工程，遥感工程、导航工程等成为我国天地一体化信息系统的重要组成部分。预计到2030年，中国卫星互联网市场总体规模可达到千亿级别。”星河动力（北京）空间科技有限公司CEO刘百奇说。

　　我国卫星互联网尚处方案论证阶段

　　“卫星互联网，即通过卫星为全球提供互联网接入服务。据不完全统计，全球宣布部署卫星互联网星座的公司近30家，计划发射卫星达10万颗以上。”颜军指出。

　　刘百奇介绍说，随着以SpaceX和OneWeb为代表的商业航天公司公布数万颗卫星发射计划，根据美国摩根士丹利的报告显示，至2030年全球卫星互联网市场规模将达到约454亿美元。

　　“国外布局卫星互联网的公司主要包括SpaceX、OneWeb、亚马逊等；国内处于前期规划阶段，目前主要由中国卫星网络集团有限公司统筹组织。星座建设方面，SpaceX已发射1737颗星链卫星，OneWeb已发射182颗一网卫星。”精航伟泰测控仪器（北京）有限公司董事长郝海生在接受采访时提到。

　　近年来，随着国内多个近地轨道卫星星座计划相继启动，我国卫星互联网产业迎来快速发展机遇，多地在卫星互联网产业领域开始积极布局。“目前华北、中南和华东地区领跑国内卫星互联网产业发展，而西南、西北和东北地区则在产业链重点环节建设方面形成了鲜明特色。”颜军说。

　　不过，我国卫星互联网目前尚处于方案论证与试验星阶段。“技术发展趋势主要包括高中低多层卫星网络融合组网、低轨卫星网络为主的用户接入、不依赖海外站星间链路为主的数据落地等。国内商业卫星设计体系相对落后，建立基于模型定义卫星技术的新型设计体系成为未来卫星互联网产业发展的关键技术趋势之一。”郝海生说。

　　“由于低轨卫星具有广覆盖、低成本的优势，因此卫星互联网可能是连接地面基站覆盖不到的偏远地区的最佳选择。”颜军分析，预计频率更高的Q频段、V频段和太赫兹频段将成为下一代卫星互联网布局和争夺的焦点。

　　与5G/6G的结合将带来更多可能

　　“卫星互联网产业包括卫星制造、卫星发射、地面基础设施建设、卫星网络运营、终端应用等，是新型信息产业在太空的延展。”刘百奇说。

　　5G技术的发展为未来太空信息产业带来更多可能。“从需求、应用、技术等多个维度判断，卫星互联网与5G是互补关系。而在6G时代，移动通信走向天地一体，低轨星座将与地面移动通信系统有机融合，实现互联网对任何人、任何地点和任何时间的无缝覆盖。”颜军指出，6G的应用场景基于5G，但未来更加广阔，包括空中高速上网、全息通讯、进阶智能工业、智能移动载人平台等，都是6G在未来可能实现的应用领域。

　　“5G以及未来6G与卫星互联网的结合，将使得自动驾驶、航空WiFi、远洋航运、野外勘探等领域迎来革命性的创新突破，创造一个新的万亿规模产业。”刘百奇说。

　　在郝海生看来，除发射卫星外，国内还应开展信关站建设、采用相控阵天线的高性能终端、采用平板/反射面天线的低成本终端、建设无人值守边境综合监测站等。

　　“受固有特性限制，5G/6G的基站铺设密度需求远高于传统3G/4G网络，全面铺设成本过高，短期范围内基本只能保障城市覆盖，卫星互联网则可实现对偏远、海洋等地区的网络补充覆盖，海洋、石油、电力、农林等产业可能会出现大量新的在线业务模式，野外探险、偏远直播等领域可能将获得进一步发展。”郝海生说。

　　打造中国版“星链”还需多方发力

　　目前，我国发展卫星互联网产业还有哪些难题？

　　郝海生分析，卫星互联网主要面临多项基础技术攻关，包括星载/地面相控阵天线、长时稳定高速星间激光载荷、高精稳长寿命卫星平台，以及多层星座构型保持、复杂星座组网控制等。

　　“总体上看，国内互联网卫星需突破低成本批量化生产难题。此外，国内互联网卫星的运载能力也存在瓶颈，目前的发射频次、成本、运力难以匹配大型星座低成本、海量、高频次的发射需求。国内商业航天综合成本仍然较高，因此各类商业公司仍是以试验星为主，最多小批量发射，不利于商业航天技术体系的快速验证、试错、迭代。”郝海生说。

　　颜军认为，未来应通过新基建推动卫星互联网的科技创新发展，提高卫星互联网科技产业上游的研发制造水平以及基础原材料的供应能力；提高卫星互联网科技产业下游用户端的应用开发水平，以5G、人工智能等支持下游用户端的智能应用开发。把开发智能化应用作为卫星技术突破的起点和落脚点，不断迭代下游用户端解决方案。

　　颜军表示，未来，通信、导航、遥感三大主流卫星系统互联互通，必然会产生海量的通信网数据，如何拥抱卫星大数据时代，是卫星互联网产业需要面对的关键问题。

　　刘百奇认为，卫星互联网产业链条长、保障要求高，技术创新、资金投入、发射保障、空间资源等多个环节都为巨型卫星网络的构建带来了严峻挑战。

　　延伸阅读

　　卫星互联网也分个“高低”

　　根据通信卫星所处轨道的不同，卫星互联网可分为高轨和低轨两类。目前卫星互联网较多的是指利用地球低轨卫星实现的低轨宽带卫星互联网。相比高轨卫星，低轨卫星具有低时延、易于实现全球覆盖的特点。

　　高轨卫星的轨道距离地面约3.6万公里，也叫作对地静止轨道。尽管都在高速运动，但该轨道上的卫星轨道周期和地球自转周期严格一致，相对地面保持“静止”，其覆盖的地区也是固定，因此建立通信服务比较容易。利用这个特点，可以通过高轨卫星实现宽带通信，而且所需的卫星数量不用太多。

　　但高轨卫星互联网也存在天然的局限。地球半径只有6378公里，用高轨卫星实现通信服务，相当于从地球表面发信号到3.6万公里以外，一来一回，再加上信号处理等过程，导致时延不小。这种时延对于一般的通话或访问网页来说影响不大，但对实时性要求高的应用，如联网游戏、无人机遥控等来说却是“灾难”。此外，地面接收高轨卫星信号的终端必须做得比较大，才能良好接收如此远距离的信号。

　　因此，人们把目光投向了500—2000公里范围内的近地轨道。在这个轨道上，地面和卫星之间的通信传输时延达毫秒，足够满足车联网、自动驾驶等需求，接收终端可做成手持的。

　　低轨宽带卫星互联网如何实现？以1000公里的近地轨道为例，卫星绕地球一圈100多分钟，通过成百上千个卫星在这个轨道高度组成星座，从而实现对全球的无缝覆盖。对用户来说，尽管卫星始终在运动，但每时每刻都有卫星飞过头顶，网络信号始终保持稳定覆盖。