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陳藍(lán):馬斯克做不到的,我們可以做到
【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 陳藍(lán)】
北京時(shí)間2023年11月23日18時(shí),我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丁運(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,我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丙運(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。美國軍方的空間物體監(jiān)測系統(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)需要國家隊(duì)來發(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1.3萬顆星的星網(wǎng)(又稱國網(wǎng),以下統(tǒng)一用星網(wǎng)簡稱),我國規(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年的漫長發(fā)展歷史,那么本文就作為它的續(xù)篇,對我國在未來通信技術(shù)最重要的發(fā)展方向(沒有之一)——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5000,活躍用戶數(shù)量超200萬,而且還在過去一年中實(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)行了市場教育,也為包括中國在內(nèi)的后來者完成了多項(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,我國在十年多前就開始低軌互聯(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。
我國最早嘗試低軌星座的,是我上篇文章中提到過的大唐通信所屬北京信威通信技術(shù)公司。這個(gè)曾開發(fā)SCDMA(大靈通)、TD-SCDMA、McWill等通信技術(shù)的技術(shù)公司,后來因連年虧損差點(diǎn)倒閉。2010年商人王靖入主信威后,開始實(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、號稱國內(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)行了成功的初步測試,但從此沒了下文。十來年前,國內(nèi)類似信威的商業(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,號稱國內(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)長不超過30分鐘。銀河航天曾有過巨型星座計(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,我國的這些星座計(jì)劃規(guī)模都偏小,性能和星鏈差距甚大,競爭力不足,被打入冷宮也在情理之中。
情況在2020年9月出現(xiàn)了變化。中國在國際電聯(lián)為名為GW的巨型星座注冊了無線電頻率,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)真正對標(biāo)星鏈的計(jì)劃,目前世界上也沒有第三個(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,中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司(簡稱星網(wǎng)公司)在雄安掛牌成立。中國巨型互聯(lián)網(wǎng)星座正式登場。
歸納一下,這些年來,我們一方面密切跟蹤星鏈的進(jìn)展(所謂摸著鷹醬過河),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),是接下來厚積薄發(fā)的重要基礎(chǔ)。
近來,國內(nèi)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)展的新聞越來越多,我們能感覺到前進(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)語音通話和寬帶上網(wǎng)。華為、中興等通信設(shè)備廠商和中國三大運(yùn)營商都在緊鑼密鼓地開發(fā)NTN相關(guān)產(chǎn)品或進(jìn)行NTN地面試驗(yàn)。
9月初,中國移動(dòng)攜手中興通訊、是德科技共同完成國內(nèi)首次運(yùn)營商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,中國電信聯(lián)合中興通訊等發(fā)布5G NTN技術(shù)白皮書。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)了國內(nèi)首例終端到終端低軌衛(wèi)星通信測試。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星是我國首款平板式衛(wèi)星,和星鏈衛(wèi)星非常類似。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,柔性太陽翼展開,QV天線成功解鎖并展開到位。
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)星的二維展開關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。這個(gè)技術(shù)對未來存量手機(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,也能接收來自地面極其微弱的信號。美國AST SpaceMobile的藍(lán)行者三號衛(wèi)星已經(jīng)通過實(shí)測證明存量手機(jī)也能直連衛(wèi)星,它的天線/太陽翼面積達(dá)64平方米。
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本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。
- 責(zé)任編輯: 周子怡 
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