今天，美国华盛顿邮报官网引用了新华社的一张图片，并配文:"2024 年 8 月 6 日星期二，一枚改进的长征六号运载火箭搭载着一组新卫星从中国北方山西省太原卫星发射中心发射升空。这枚火箭搭载着18 颗卫星，是中国为加强其太空力量与美竞争而实施的一项战略规划。" 对方观察很仔细，我国18颗千帆星座（“G60星链”）首批组网卫星划破苍穹，顺利进入太空，备受瞩目的中国版“星链”终于拉开了组网建设的帷幕，中国的卫星互联网在商业化和产业化布局方面迈出了关键一步。 华盛顿邮报主页对我国千帆星座的报道 01 “千帆”启航，近地卫星为何如此重要？ 中国的“星链”运营商是上海垣信卫星科技有限公司，据美国媒体“多元宇宙”（Multiverse Media）旗下的“太空新闻”资料，上海垣信卫星科技公司正在致力于建立一个类似马斯克的星链项目，这个项目计划在第一阶段将1296颗卫星送入轨道，预计在2025年年底前发射648颗卫星，组成一个区域性的网络。 该公司今年的计划是发射108颗卫星，除了此次发射的18颗以外，剩余的90颗卫星将分两次发射，一次为36颗，一次为54颗。 时间回到2015年，马斯克当时宣布投资100亿美元建造4425颗卫星组成的“星链”星座，短短几年，目前已经在轨5978颗，预计2027年将部署7518颗卫星，预备占位卫星30000颗，共计发射42000多颗卫星。 相对于美国的“星链”计划，实际上中国也并没有落在后面，其中“千帆星座”（又名：G60星链计划）意味着中国版“星链”即将闪耀星空，根据规划，预计今年完成108颗卫星发射，到2025年底实现648颗卫星提供区域网络覆盖，再到2027年提供全球网络覆盖。最终在2030年前，实现1.5万颗卫星提供手机直连等多业务的融合服务。 目前，我国规划了三个“万星星座”计划，除了“千帆星座”之外还有中国星网公司的GW星座，包含GW-A59和GW-22类子星座，预计GW-A59将发射6080颗卫星，GW-2将发射6912颗卫星，总计12992颗；蓝箭航天旗下鸿擎科技向国际电信联盟提交了Honghu-3星座计划的预发信息，将在160个轨道平面上总共发射10000颗卫星。这意味着在低轨道卫星计划上，我们的后发力量会远超大家的想象，但同时这也是一个挑战，因为提交申请并非一劳永逸，根据国际电信联盟规定，如果未能在规定时间内完成发射，将被视为放弃轨道使用权。 中国星网公司的GW星座计划预计发射12992颗卫星 当然，我们并不能单纯地只图量不图质，就以星链作为对比，首先，千帆星座在速度上具有明显优势，根据设计指标，在无人区传输数据时，千帆星座的峰值连接速度可以达到600Mbps，是星链299Mbps的一倍，这不仅意味着更快的上网体验，还能在更多场景下提供高效的网络服务。 其次，在使用场景上，千帆星座也更加便捷和智能，根据一项组网专利来看，我们的低轨卫星可以和地面的基站自动完成组网，就像我们现在用的WiFi上网一样简单便捷。而星链则采取的是在天上做信号接力的方式，需要在地面用专用的设备接收信号，所以星链还需要用户购买一个成本高达500多美元的接收装置，将信号转换成WiFi信号后才能使用，使用成本和复杂度明显更高。 今年SpaceX也开始尝试将几个基站卫星发射到太空中，但其效果和稳定性仍不及我们的方案。 02 无限的卫星，有限的太空资源 虽然动不动就上万颗的卫星发射听起来非常震撼，但就像路上行驶的汽车，马路的容积率始终是有限的，太空也是如此，大多数通信卫星都运行在高度不超过2000公里的低地球轨道（LEO）。 据估计，低地球轨道可容纳总共约60000颗卫星，而根据国际电信联盟规定，卫星频率及轨道使用权采用“先登先占”规则，低轨道轨位可用空间有限，“星链”项目如果按计划发射4.2万颗，占比将超过80%，SpaceX妄图通过在太空跑马圈地抢占发展先机，垄断战略资源的野心已经路人皆知，所以各国与各地区纷纷加速低轨卫星发射组网，新一轮“太空抢车位”正在上演。 左上和左下：现有的卫星和运行图。右上和右下：星链、一网和柯伊伯计划的完整系统和运行图 我们知道北斗全球导航系统也只计划了62颗卫星，那为什么星链、千帆星座等等需要如此庞大的卫星数量呢？这是因为将卫星送入低地球轨道的所需的能量较少，与高轨相比信号传输时延小、衰减小，卫星成功传输所需的放大器功率也比较小，是目前最适合实施通信、导航、观测等功能的轨道范围，通俗来说就是“性价比较高”。 但低轨道卫星的缺点也很明显——低轨卫星的瞬时视场很小，每次只能观测地球的一小部分并与之通信，这意味着需要一个由多个卫星组建的“星座”来提供连续的覆盖，与此同时，低轨卫星的轨道衰减速度也很快，所以它需要周期性地提升轨道以维持，5年左右的设计寿命也提高了卫星的更替频率。 03 拥挤赛道之下的风险与机遇 目前运行在近地轨道的卫星数量大约为7500颗左右，虽然距离60000颗的理论上限还有一定距离，但从各国的发射规划来看，在未来5年我们将迎来大规模的近地轨道卫星发射潮，那么拥挤的近地轨道会带来哪些风险呢？ 连成一串的星链卫星造成了明显的光污染 首先是光污染，因为卫星星座进入地球轨道后可能会产生大量的反射光信号，进而产生“光污染”，尽管人眼看起来星链卫星比较暗，但对于配置了灵敏度极高探测器的天文望远镜来说，这些卫星就非常“亮眼”了，所以很容易出现探测器被卫星反光烧毁的情况。 当然，在这么多肉眼可见的负面影响之下，近地轨道卫星依然是国际航天领域发展的重头戏，不仅是因为它对通信行业有着深远影响，对运载火箭、卫星制造等领域都是关键，那么具体来说，它到底可以起到那些开辟行业生态的先锋作用呢？ 04 低轨卫星组网点燃太空淘金热 电商能像毛细血管一样深入全球，得益于交通物流的快捷低廉；而海量卫星上天，同样离不开负责运输的火箭制造与发射成本的降低，商业化则是降低成本的最佳“推进剂”。 马斯克自己可能都没想到，9年前一次成功的火箭回收，会在大洋彼岸掀起一波又一波追逐的浪潮。2015年12月，美国民营火箭制造企业SpaceX的猎鹰9号火箭顺利按照既定轨迹进入太空，此后其一级成功助推器返回地面、直立着陆——这是人类历史上第一次实现了对运载火箭发射中成本最高的一级火箭的陆地回收。 SpaceX这条“鲶鱼”不仅刺激着美国民营航天企业的发展，也使我国航天界在同一时期，开始重视起业内的商业化。 在以往的认知中，航天事业往往投入大、历时长，唯有举国之力才能维持。与美国从上世纪80年代就开始立法鼓励商业航天不同，我国航天事业自1956年起步以来，技术、资源都一直是由“国家队”，即各类科研院所和军工央企所把持。民营企业既没技术储备，也没有进入产业链的渠道。直到2015年前后，我国相关政策萌芽，中国商业航天才终于开始崭露头角。 2014年年底，国务院发布《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》，鼓励民间资本研制、发射和运营商业遥感卫星。 前文曾深入解读了太空频道资源争夺的现状，其核心就是“先到先得”，时间紧、任务重；另一方面，则是导航测绘等与日俱增的应用需求，这些都对火箭的发射能力和发射密度，以及卫星的制造、维护、回收提出了更高要求。民营企业的加入成为必然。 国家政策层的支持叠加SpaceX的示范激励，一批原本属于“体制内”的先行者转身下海。 成立于2016年的民营火箭公司北京星际荣耀就是其中典型。2018年4月，海南文昌火箭发射场，国内第一枚真正意义上的民营火箭“双曲线一号S”腾空而起，飞行速度超过1200米/秒，最大飞行高度突破100公里。这枚长8.4米、重4.6吨的单级固体火箭正是由星际荣耀研制的首款固体运载火箭“双曲线一号”的先行验证型号。 星际荣耀的创始团队大多出身“国家队”，甚至有多人担任过我国载人航天工程和探月工程中运载火箭、空间飞行器的总指挥、总师、副总师、正副主任设计师、项目办主任等等，关键的核心人物姚博文和彭小波同样是技术出身，都是从航天科技集团航天一院走出的人才。 这批人才的涌入，保证了民营火箭企业的生根发芽。2019年，星际荣耀设计的小型固体运载火箭已经成功入轨，将两颗卫星送入轨道，标志着中国成为世界上第二个具备民营航天卫星发射能力的国家。 光有技术还不够，SpaceX的经验告诉我们，商业航天的成功离不开政府的资助、政策的倾斜、产业链的参与支持以及最重要的商业订单——如果没有NASA的订单支持，SpaceX的逆袭故事不会进展的如此顺利。山东中科卫星行业销售总监董艺也认为，中国星网带来的上万颗卫星市场增量，“有多少能分给民营火箭企业，是业内目前的关注重点”。 值得注意的是，“国家队”也没闲着。航天科工和航天科技早在2016年就已经成立两家子公司，提供具备一箭多星发射能力的“快舟”和“捷龙”系列火箭用于商业发射，这意味着民营企业不仅要在运载能力上追赶、制造流程上降本，更要有稳定的火箭发射入轨成果，才有资格抢到订单。 05 商业火箭追赶SpaceX 去年对于中国商业航天来说，是一个值得关注的“转折点”，这一年民营企业在卫星制造和火箭发射领域开始集中亮相。 2023年4月，天兵科技研制的“天龙二号”液氧煤油火箭成功首飞，这也是世界范围内第一枚首飞即成功的液氧煤油火箭；6月，中科宇航参与研制的“力箭一号”遥二运载火箭成功发射，采用“一箭26星”方式，刷新了中国“一箭多星”最高纪录，运载能力提升明显；7月，蓝箭航天自主研制的“朱雀二号”遥二运载火箭在酒泉卫星发射中心发射成功，成为全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭，也是国内少有的民营企业自主研制液体发动机，填补了国内液氧甲烷火箭的技术空白…… 中美头部商业火箭企业的推进剂选择 产品的成绩攸关企业商业订单的获取。据华泰证券数据，2015年至2021年，中国运载火箭商业发射次数共计84次，其中“国家队”承担发射任务77次，占比超9成。2023年，形势变化明显，在25次商业发射任务中，民营企业占到了13次。 关于运载火箭推进剂的选择，我们在之前的文章中已经有过多次介绍，液氧甲烷之所以能“击败”液氧煤油和液氧液氢，成为目前头部民营企业最推崇的技术路线，正是因为它与可回收火箭的适配性。 蓝箭航天火箭研发部总经理戴政曾介绍，煤油是常温推进剂，易保存且安全，液氧煤油的比冲能达到约377秒，是一次性使用火箭的最佳选择；液氧液氢理论比冲值特别高，能超过460秒，但是要低温保存，还容易泄露，使用起来风险大。比冲是火箭动力的重要参数，比冲值一般与发动机动力性能成正比。 “液氧甲烷”放在两者间其实地位尴尬：虽然理论比冲能达到390秒，比液氧煤油稍高，但也要低温储存，输送、贮存的难度不比液氧液氢小。幸好，商业航天不仅要考虑推进剂的性能和安全，成本、经济性和盈利的考量同样重要。 猎鹰9号的梅林发动机用的是液氧煤油，重复使用的过程中发现，煤油燃烧会产生积碳，影响发动机重复使用次数，且不论煤油还是液氢，制取要求与成本都很高；而甲烷燃烧无积碳，发动机根本不用清洗，且甲烷供给充分、量大价优，对发动机的要求也和液氢差不多。多名业内人士的共识是，商业火箭推进剂的选择会在五年内收束至液氧甲烷一条上来。 尽管目前商业火箭进展迅速，但我们也要正视中美之间差距。运载能力有限、成本偏高是无法回避的行业现状。 我国仍处于可回收火箭研制初期 “如果按照SpaceX的三步走战略，我们目前还处于第二步初期。”业内人士透露，现在民营火箭公司拿出来的大多还是一次性的小型火箭，“自研发动机的屈指可数”，很多都需要从国企购买。SpaceX的“三步走”战略指的是，从一次性小火箭到部分可复用的中大型火箭，再到超大型完全可复用火箭。 想要缩小技术差距，民营企业还面临着许多现实问题，例如发射工位紧缺。董艺告诉记者，近几年国内航天发射任务很饱和，三大发射场都是繁忙状态。好在“快舟火箭”之类的小型固体火箭对发射场地要求不高，一般的水泥厂坪即可，或者像“天龙二号”这样的中型液体火箭也可以用发射车装载发射，不需要巨大的发射架和发射场地。但如果是大型火箭，就必须有固定塔架。 国内目前除了蓝箭航天外，还没有民营企业有独立发射工位，不过据了解，一些头部企业已经获批建设自己的独立工位。此外，我国首个商业航天发射场“海南商业航天发射场”已经具备发射能力，都将进一步减轻民营企业的发射压力。 06 卫星制造上规模 在采访过程中，业内人士的共识是，卫星的建造门槛实际上远低于火箭，最重要的问题仍然是量产、降本以及新技术的应用。 传统卫星制造业提倡的是“慢工出细活”，主打定制化，因此一颗卫星从开始总装到出厂，通常需要一年时间。如果是定制的同步轨道通信卫星，生产周期甚至可长达数年，且主要依赖“国家队”，研制周期长、生产成本高，批量生产能力不强，根本不可能与一个月能生产60颗卫星的SpaceX竞争。 规模化的生产需要需求端支撑，而民营企业想要抓住增量，又要在成本上下功夫。头部民营卫星制造企业银河航天就尝试采用民用的工业级产品替代宇航级产品，以降低卫星制造成本。 此外，还通过设计批量生产的低成本卫星，结合柔性制造，利用中国的工业体系优势，希望将卫星成本降至现有的几十分之一。董艺表示，现在的成本更多还是在发射上，卫星制造能做的就是更薄、改变样式，“比如银河航天的柔性太阳翼平板卫星，当然最好还是在可回收火箭上有突破。” 银河航天这款卫星主要目的是为了降低发射成本 技术方面，国内乃至全世界目前最需要解决的都是星间链路问题，这和我们地面上应用也息息相关。 常说的手机“捅破天”，需要克服很多技术挑战，比如延迟。地面的信号塔是静止的，但卫星作为信号塔，相对于地面用户来说，每小时都在以数万公里的速度移动，这就要求在卫星之间无缝切换，但多普勒频移等因素阻碍了这种切换导致通信延迟。 此外，手机本身的天线增益和发射功率较低，手机本来就很难和数百公里外的卫星链接。解决方法除了改变手机的零部件和定制芯片，也可以在卫星上配备新型定制硅片、相控阵天线和先进的软件算法，来克服这些问题。 无论是降本还是技术升级，提高通信质量的目的都是要让卫星通信“飞入寻常百姓家”。其实在应用层面，低轨卫星的能力绝不止于此。 07 串星成链，空地一体通信时代拉开帷幕 动辄数以万计的低轨卫星不仅构造出各国新一代的通信网络，更宣示全球卫星互联网产业竞争大幕已拉开。从互联网通信到导航，大众在空地一体通信时代下又将迎来怎样的全新体验？ 当前，全球互联网覆盖不均的问题依然严峻，特别是在欠发达地区和偏远地区。据BBVA Microfinance Foundation的报告显示，全球约有27亿人仍未接入互联网，占全球人口的三分之一，而全球超过70%的地理空间未实现互联网覆盖。 在这样的大背景下，建设卫星互联网是解决地球“无互联网”人口数字鸿沟问题的重要手段。卫星互联网是基于卫星通信的互联网，主要通过一定数量的卫星形成规模组网，从而辐射全球，而低轨卫星由于具备轨道低、重量小、发射成本低、抗干扰素力强等优势，进而成为卫星互联网的最佳选择之一。 卫星、地面通信性能及应用对比 相较于传统地面通信网络，卫星星座覆盖范围极广。地球同步轨道上仅需3颗高轨卫星就能覆盖全球、中轨需要 6—7颗、低轨卫星也仅需数百颗，而卫星低轨卫星星座系统容量大，根据太空与网络，Starlink规划单星用户侧链路速率可达17-23Gbps，对于第一阶段1584 颗卫星在轨的情况下，可达网络容量均值为 2.17Tbps，相当于 2170个地面5G基站。 08 手机直连卫星，5G NTN成标配 相较于无形的网络，低轨卫星对于大众的影响主要体现在以手机为代表的移动通信终端上。 目前，已经有多个头部消费电子品牌开始支持卫星通信功能。华为方面，从mate50 系列开始，搭载“北斗卫星通信技术”就可以开始实现卫星短报文功能。短短一年后，2023年9月发布的P60 系列已经可以通过天通一号卫星移动通信系统在没有地面网络的情况下实现通话功能。苹果方面，在iPhone14、iPhone 14 Pro、iPhone 15或 iPhone 15 Pro 上亦有卫星通信功能以实现没有蜂窝及局域网下的应急通信。受益于手机直连功能的成熟与不同消费电子品牌之间的“跟随效应”，未来将有更多的品牌搭载卫星通信功能，以应对极端应急场景。 华为从mate50 系列开始实现卫星短报文功能 需要注意的是无论华为Mate60 Pro(5G+天通语音+短信）还是苹果iPhone14(5G+Globalstar 短消息），他们技术路线上都属于专用芯片和体制通信，主要为定制化手机直连卫星，作为蜂窝网络之外的补充通信，在应急场景下具有较高的应用价值。而随着卫星互联网技术的发展，5GNTN正在成为新一代星地融合通信技术。 5G NTN通过将“基站搬上天”，在卫星上进行解调/解码、编码/调制等，完成全部或部分基站功能，再通过 NTN gateway 接入 5G 核心网。可实现 5G 从地面走向空间以及卫星通信与地面通信体制兼容。 Tips：什么是非地面网络（NTN）？ 非地面网络（NTN）是一种基于 3GPP R17 开发的新型无线电（NR）接口技术的终端－卫星直接通信技术，也是地面蜂窝通信技术的重要补充。通过卫星通信网络与地面5G网络的融合，NTN可以不受地形地貌的限制，提供泛在覆盖，将天、地、海等空间连接起来，形成一体化的泛在接入网络，实现全场景的按需接入。 当然，尽管 5G NTN 技术有许多优点，但也存在一些挑战。除初始部署成本较高处，5G NTN技术很难在可靠性上同传统地面网络相比。由于网络是从高空无线运行的，因此很容易受到地形、天气和其他可能破坏无线网络的因素的干扰，这意味着 5G NTN 网络可能无法在恶劣环境中提供连接。 此外，由于我国在大中型遥感卫星、导航卫星数量方面具有较大优势，但在低轨通信卫星方面布局仍较少，这主要是因为我国地面网络的部署已经非常成熟。中国人口密度相对较高，在单基站辐射地理面积一定的情况下，覆盖人数对比他国会更多。 因此对运营商来说单基站的建设相较人口密度相对较低的海外具有更高性价比，对国内消费者来说地面运营商资费也比卫星通信资费更低。以电信推出的天通一号手机直连卫星服务套餐为例，用户通过在普通手机卡套餐基础上加装直连卫星服务，其中卫星通信功能费10元1月；国内（含港澳台）通话标准资费主被叫9元分钟；发短信5元1条，接收免费。而地面运营商标准资费通话约为0.151分钟；短信约为0.1元/条。 09 智能汽车也要“捅破天” 除了手机终端外，智能汽车同样是低轨卫星的重要应用领域。车企由于导航的因素，本身就在低轨卫星领域布局多年。 “汽车直连卫星”是利用卫星作为通信基站，使汽车能够直接与卫星建立通信网络连接，而无需通过地面基站和卫星地球站中转。这样，即使在地面移动网络和固定网络覆盖不到的地方，汽车也能提供可靠的双向语音通话和双向短信通信服务。 从全球范围来看，SpaceX计划通过星链软件开发师Julien Villa-Massone透露，将为特斯拉汽车开启直连卫星计划，预计到2024年底，所有配备4G功能的特斯拉汽车将获得基础的直连卫星服务。比亚迪则在今年4月与中国电信合作推出了全球首款搭载天通卫星通信功能的汽车——仰望U8越野玩家版。这款汽车的卫星通信系统基于中国自主研发的“天通一号”卫星移动通信系统，提供了更完备的车载通信手段。小米汽车也展示了其在这一领域的深度和广度，通过专利技术开发和应用，能够根据汽车的当前位置和搜索到的卫星的位置，智能调整车载卫星天线。 而在实现“汽车直连卫星”之前，卫星通信技术早已成为车企布局的新焦点。 吉利未来出行星座的一大用途，就是实现更高精度的智能驾驶辅助功能 作为吉利布局汽车智能化创新的重要方向，吉利未来出行星座被寄予了不小的期望。为此，吉利专门成立了负责卫星通信技术的公司：时空道宇。 借助吉利未来出行星座的技术，汽车可以实现瞬时“厘米级”高精定位，能够做到路线的精准规划，进而完成例如车辆云管理、车路协同、智能驾驶、自动泊车等应用。例如，通过星座技术，更高阶的智能驾驶辅助系统可以帮助车主获取实时高精度定位，以及更高精度的道路特征，从而实现更好的驾驶体验。 相比手机的卫星通话，车用卫星服务的需求似乎更接地气一些，除更高精度的智能驾驶辅助外，卫星通信可为长途卡车提供持续的通信连接，实时跟踪车辆位置、状态和运输进度，提高运营效率和安全性；在偏远或灾区等传统通信网络无法覆盖的地区，卫星通信可确保紧急救援车、警车和消防车之间通信畅通，提供实时的数据和语音连接，帮助救援人员及时获取必要的信息和指令。 如越野车辆行驶到信号不佳的地段或无人区，都没法进行精准导航或获得地图数据，而此时若车辆遇险，更无法求救。通过卫星通信技术，用户可以通过车机系统向任意手机的联系人发送短信，分享自己的位置或发送求救信息，并且能够在分享位置的同时，发送车辆受困的周遭环境信息。 总体而言，随着星链组网的不断完善，卫星通信已经成为未来包括汽车在内的多行业技术突破方向，也让大众离“摘星”梦越来越近。
