馬斯克做不到的，我們可以做到

【文/觀察者網專欄作者 陳藍】 北京時間2023年11月23日18時，我國在西昌衛星發射中心使用長征二號丁運載火箭，成功將衛星互聯網技術試驗衛星發射升空，衛星順利進入預定軌道，發射任務獲得圓滿成功。 圖1 衛星互聯網技術試驗衛星發射升空（圖源：互聯網） 如果您一直關注中國航天，一定會記得幾個月前幾乎一模一樣的一條新聞：北京時間2023年7月9日19時00分，我國在酒泉衛星發射中心使用長征二號丙運載火箭，成功將衛星互聯網技術試驗衛星發射升空，衛星順利進入預定軌道，發射任務獲得圓滿成功。 除了火箭、發射時間和地點，此次發射幾乎就是一次復刻。美國軍方的空間物體監測系統還發現，兩次發射都是一箭多星，上次是兩顆星，這次則是三顆。它們都進入了傾角50度左右、高度1100公里的圓軌道。 那么，是什么樣的衛星系統需要國家隊來發射這樣一個小星座進行試驗？答案已經呼之欲出，那就是1.3萬顆星的星網（又稱國網，以下統一用星網簡稱），我國規劃的巨型低軌互聯網星座。 筆者在上篇文章中已經全面介紹了移動衛星通信40年的漫長發展歷史，那么本文就作為它的續篇，對我國在未來通信技術最重要的發展方向（沒有之一）——天地融合的寬帶互聯網星座方面的發展做一個展望。 雖然低軌寬帶互聯網星座在30年前就曾成為過媒體熱點，但銥星和全球星的商業失敗讓比爾·蓋茨等投資者最后知難而退。真正讓低軌衛星互聯網成為現實的是馬斯克的星鏈，目前星鏈衛星數量已經超過5000，活躍用戶數量超200萬，而且還在過去一年中實現了盈利。 星鏈讓眾多懷疑論者不得不承認了衛星互聯網的技術可行性。它成功地進行了市場教育，也為包括中國在內的后來者完成了多項技術和商業驗證：·衛星使用定向多波束平面相控陣天線，保證了容量和信號強度； ·地面移動終端使用平面相控陣天線，用電子定向波束自動跟蹤衛星是可行的； ·低軌星座可以實現比地面光纖更短的通信延遲（因消除了光纖內部反射和復雜路由）； ·星間鏈路能進一步縮短通信延遲，減少地面關口站數量，從而降低系統運營成本； ·平板衛星技術可行，層疊發射能實現一箭60星以上； ·使用可復用火箭可以做到每年50次以上的高頻率組網發射； ·巨型低軌星座技術上是可行的，商業上是成立的。 圖2 星鏈一箭60星發射（圖源：SpaceX） 必須承認，在這個領域我們落后了。但事實上，我們起步并不是太晚，我國在十年多前就開始低軌互聯網星座的規劃和預研。那么，這些年都發生了什么？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公司。這個曾開發SCDMA（大靈通）、TD-SCDMA、McWill等通信技術的技術公司，后來因連年虧損差點倒閉。2010年商人王靖入主信威后，開始實施低軌通信星座的宏偉計劃。2014年9月，和清華合作研制、號稱國內首顆低軌移動通信衛星的“靈巧通信試驗衛星”發射并進行了成功的初步測試，但從此沒了下文。十來年前，國內類似信威的商業衛星項目還有不少，但都未能成正果。 航天科技和航天科工兩大集團早在上個十年就宣布了低軌寬帶“鴻雁”和“虹云”星座。按照規劃，鴻雁一期由60顆衛星組成，整個系統由324顆衛星組成，預計于2025年建設完成，可實現覆蓋全球的互聯網接入。“虹云”星座計劃發射156顆衛星實現全球組網，也計劃于2025年完成建設。2018底，兩大工程的首發驗證星相繼發射成功，間隔只有7天。但此后都陷入沉寂，兩個項目的組網發射均未發生。 迄今為止，國內真正實施、已初步完成組網發射并投入使用的低軌星座，是國電高科的天啟物聯網星座。但它只是一個窄帶通信星座，只能用于物聯網數據采集。天啟也規劃了寬帶星座，但近幾年民營的銀河航天非常活躍，它已經進行了三次發射。 2020年1月16日，銀河航天首發星上天。該衛星采用Q/V和Ka頻段，具備10Gbps速率的透明轉發通信能力，號稱國內首顆低軌寬帶通信衛星。2022年3月5日，銀河航天02批6顆星一箭多星發射成功，單星容量達40Gbps。7顆衛星構成的“小蜘蛛網”低軌通信試驗系統傳輸速率超200Mbps，延遲小于30毫秒。但受衛星數量限制，通信時長不超過30分鐘。銀河航天曾有過巨型星座計劃，但目前已不再提起。7月23日，銀河航天發射成功靈犀03星，重點轉到平板衛星和柔性電池板等新技術試驗。 其實，在星鏈快速取得巨大成功以后，明眼人都能看得出，我國的這些星座計劃規模都偏小，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月出現了變化。中國在國際電聯為名為GW的巨型星座注冊了無線電頻率，星座規模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，今年發射的衛星互聯網技術試驗衛星就位于其軌道之一。 這才是一個真正對標星鏈的計劃，目前世界上也沒有第三個。它顯然整合了包括“鴻雁”和“虹云”在內的多個原有星座，一舉達到了新的高度。2021年4月，中國衛星網絡集團有限公司（簡稱星網公司）在雄安掛牌成立。中國巨型互聯網星座正式登場。 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，以便制定后發制人的優化方案。所以，我們的進展看起來確實緩慢，但避免了大的方向性錯誤和彎路。巨型星座不可能一夜間從天而降，我們這些預研所積累的技術和經驗，是接下來厚積薄發的重要基礎。 近來，國內衛星互聯網進展的新聞越來越多，我們能感覺到前進的步伐在不斷加快。 在通信技術方面，天地融合的NTN（非地面網絡）近日一直是關注熱點。它是3GPP 5G-A（5.5G）和未來6G標準的一部分，一旦實現，衛星將成為太空基站，手機（包括目前不支持衛星通信的存量手機）將能直連衛星實現語音通話和寬帶上網。華為、中興等通信設備廠商和中國三大運營商都在緊鑼密鼓地開發NTN相關產品或進行NTN地面試驗。 9月初，中國移動攜手中興通訊、是德科技共同完成國內首次運營商NR-NTN（寬帶）低軌衛星實驗室模擬，成功驗證了NR-NTN透明轉發和星上再生兩種基本組網模式下的手機直連低軌衛星的技術可行性，實現了端到端全鏈路貫通及數據傳輸驗證。11月13日，中國電信聯合中興通訊等發布5G NTN技術白皮書。11月21日，華為在重慶發布了下一代手機直連衛星的研究成果，并公布了NR-NTN再生衛星在軌測試驗證結果。 10月底，銀河航天公司透露，靈犀03星成功實現了國內首例終端到終端低軌衛星通信測試。這意味著用戶將能避免地面信關站，直接使用星上交換設備實現兩個用戶的通話。 在衛星技術方面，銀河航天的靈犀03星是我國首款平板式衛星，和星鏈衛星非常類似。發射后第四天，靈犀03星堆疊壓緊分離機構在軌分離成功，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”通信衛星，目前已完成衛星的二維展開關鍵技術攻關。這個技術對未來存量手機直連衛星非常重要，因為只有衛星裝備了巨大的平面相控陣天線，才能有足夠的發射功率讓地面手機收到信號，也能接收來自地面極其微弱的信號。美國AST SpaceMobile的藍行者三號衛星已經通過實測證明存量手機也能直連衛星，它的天線/太陽翼面積達64平方米。 圖3 銀河航天平板衛星（圖源：銀河航天） 圖4 銀河航天“翼陣合一”衛星（圖源：銀河航天） 這次發射的衛星互聯網技術試驗衛星由航天科技五院研制，估計發射重量和通信容量更大，但衛星的具體信息沒有透露。 按照國際電聯規定，衛星登記頻率后，必須在限定時間內完成發射。所以，從明年開始，我們將見證星網大規模組網發射的開始。那么，如此規模和密度的發射，我們準備好了嗎？我們有足夠的火箭用來發射嗎？我們的發射成本能降下來嗎？ 答案是：沒有問題，已經準備好了。我們的航天人期待這一天已經很久了！ 毫無疑問，火箭國家隊依然將是巨型低軌星座發射的主力。海南商業航天發射場就是為了支持未來大規模高密度發射而建設的。更具體地講，短期內就是為了支持星網星座發射而建設的。2022年7月6日和10月30日，一號二號工位相繼開工。目前發射場建設已接近尾聲，今年年底將完成硬件建設，2024年實現常態化發射。長征八號將成為海南商業發射場主力，而二號工位未來可支持多達19型火箭發射。 圖5 建設中的海南商業航天發射場（圖源：互聯網） 中國近年來成長起來的多家商業火箭公司自然也能分到一杯羹。星際榮耀、星河動力、中科宇航、天兵科技、藍箭航天都已經展示了入軌發射的能力。東方空間等后來者也即將加入俱樂部（預期12月首發）。為了降低成本，幾乎所有火箭公司都在加速可復用型號的研制。11月2日，星際榮耀成功進行了雙曲線二號甲烷箭的發射和回收。11月21日，藍箭宣布了朱雀三號可復用型號。 圖6 雙曲線二號回收（圖源：中國航天報） 圖7 朱雀三號發布（圖源：互聯網） 巨型星座極大地拉動了火箭需求，能通過競爭有效降低發射成本，加速火箭技術的進步。和星鏈用獵鷹九號單一型號完成組網不同，中國巨型星座采用的火箭將會百花齊放、百家爭鳴。中國幾乎所有火箭公司都盯著星網的發射。它們之間的競爭將非常激烈，也將非常精彩。星網計劃對中國商業火箭公司的影響極大，篇幅有限這里就不展開了，下次有機會再專文討論。 作為后來者，我們的星網在功能和性能上大概率應該能追平星鏈。而且，站在巨人的肩膀上，實現對星鏈的超越也不是沒可能。由于星網的技術資料非常少，我們目前沒有辦法對具體功能做出判斷。但可以肯定，星網最終一定會支持手機直連；也許，在星鏈之前。 從衛星互聯網目前進展看，星網公司、兩大航天集團、三大移動運營商、華為、中興、銀河航天、民營火箭公司等都已經深度參與。未來，我國的衛星互聯網完全有可能會走向一個開放式體系。我們期望看到，從星上和地面通信設備到單體衛星，從火箭載荷接口到移動終端硬件、應用軟件，都有標準化的接口，不同廠商的產品都能方便地集成和互通。和任何新技術一樣，基于衛星互聯網也會出現我們目前無法想象的各種應用。這將是一個新的生態。生態越開放，參與者越多，規模就會越大，價值也越大。 這樣的一個生態，是我們相比星鏈的后發優勢。我們應充分發揮我們的體制優勢來建立這個生態。馬斯克做不到的，我們可以做到。 放到中美競爭的大圖景中看，作為下一代通信技術的核心，巨型低軌互聯網星座的重要地位無論怎么強調都不為過。它不僅具有重要的經濟和軍事價值，也將（繼手機后）再次改變我們每個人的生活方式。只有在這場競爭中勝出，我們才能真正掌握自己的命脈。 今天在中國，大部分衛星發射都已經變得平淡無奇、少人關注。但幾十年后回過頭來看，有些平淡無奇的發射注定會成為重要歷史事件的一部分。 這樣的歷史事件或許很快就會發生。 本文系觀察者網獨家稿件，文章內容純屬作者個人觀點，不代表平臺觀點，未經授權，不得轉載，否則將追究法律責任。關注觀察者網微信guanchacn，每日閱讀趣味文章。