而就在8月6日，隨著18顆“千帆星座”（“G60星鏈”）首批組網(wǎng)衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，備受矚目的中國(guó)版“星鏈”由此拉開(kāi)了組網(wǎng)建設(shè)的帷幕，低軌衛(wèi)星迎來(lái)了中國(guó)方案。 

中國(guó)低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的里程碑

作為中國(guó)正在建設(shè)的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座計(jì)劃之一，“千帆星座”由上海市政府支持、上海垣信衛(wèi)星科技有限公司等企業(yè)主導(dǎo)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。該工程于2023年啟動(dòng)，是一個(gè)包括三代衛(wèi)星系統(tǒng)的全頻段、多層多軌道星座設(shè)計(jì)。該批次衛(wèi)星采用上海格思航天自主研發(fā)的可堆疊型平板衛(wèi)星平臺(tái)，每顆衛(wèi)星重300kg。

根據(jù)計(jì)劃，“G60星鏈”計(jì)劃分為三個(gè)階段：第一階段計(jì)劃到2025年底，實(shí)現(xiàn)648顆星提供區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋；第二階段到2027年底，網(wǎng)絡(luò)覆蓋擴(kuò)展至全球；到2030年底，實(shí)現(xiàn)由15000顆衛(wèi)星提供的手機(jī)直連多業(yè)務(wù)融合服務(wù)。

技術(shù)層面，“G60星鏈”計(jì)劃分三代系統(tǒng)：第一代系統(tǒng)采用透明轉(zhuǎn)發(fā)TP模式，將率先為我國(guó)境內(nèi)和“一帶一路”的陸地/近海提供服務(wù)；第二代系統(tǒng)采用星上轉(zhuǎn)發(fā)(OBP)模式，除了延續(xù)透明轉(zhuǎn)發(fā)的能力，還具有星上處理能力，可向全球陸地/海洋/空中全域提供服務(wù)；第三代系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)、多層組網(wǎng)部署，實(shí)現(xiàn)全球區(qū)域星地融合。 

這一工程很容易讓人聯(lián)想到美英兩國(guó)先后啟動(dòng)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座計(jì)劃—星鏈(Starlink)和OneWeb(一網(wǎng))。SpaceX計(jì)劃在2019年至2024年間在太空搭建由約1.2萬(wàn)顆衛(wèi)星組成的“星鏈”網(wǎng)絡(luò)提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，如今已將175批共6611顆星送入預(yù)定軌道，其中1584顆將部署在地球上空550千米處的近地軌道，并從2020年開(kāi)始工作。據(jù)有關(guān)文件顯示，該公司還準(zhǔn)備再增加3萬(wàn)顆，使衛(wèi)星總量達(dá)到約4.2萬(wàn)顆，覆蓋全球300萬(wàn)+以上用戶(hù)。

除了G60星鏈，我國(guó)還規(guī)劃了另外兩個(gè)“萬(wàn)星星座計(jì)劃”，分別是：由中國(guó)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司牽頭，打造一個(gè)由1.3萬(wàn)顆衛(wèi)星組成的中國(guó)星鏈主體“GW星座”；另一個(gè)是Honghu-3(鴻鵠-3)，該星座計(jì)劃在160個(gè)軌道平面上發(fā)射共1萬(wàn)顆衛(wèi)星。 

與尚在規(guī)劃中的“Honghu-3星座”和發(fā)射了兩顆試驗(yàn)星的“GW星座”相比，“G60星鏈”此次一箭發(fā)射18顆衛(wèi)星，無(wú)疑是我國(guó)低軌衛(wèi)星商業(yè)化發(fā)展邁出的重要一步。

新的競(jìng)爭(zhēng)藍(lán)海

按照國(guó)際電信聯(lián)盟規(guī)定，衛(wèi)星軌道和頻譜資源具有排他性，地球同步軌道(GEO)各國(guó)之間需要公平協(xié)商分配；低地球軌道(LEO)、中地球軌道(MEO)全部按照“先登先占”的原則。

除了資源稀缺之外，時(shí)效性也是一個(gè)不得不考慮的問(wèn)題。按照國(guó)際電信聯(lián)盟的規(guī)定，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商須在第一顆衛(wèi)星投入使用的監(jiān)管期結(jié)束后的2年內(nèi)發(fā)射10%的衛(wèi)星，5年內(nèi)發(fā)射50%，7年內(nèi)全部部署完成。從2015年起，新成立的衛(wèi)星星座項(xiàng)目數(shù)量開(kāi)始激增，且多數(shù)處于原型試驗(yàn)階段。根據(jù)ITU規(guī)則測(cè)算，預(yù)期從2024年起有望看到近地軌道衛(wèi)星星座開(kāi)始密集發(fā)射。

而全球各航空航天強(qiáng)國(guó)之所以看好該市場(chǎng)，重要原因之一就是在技術(shù)進(jìn)步和全球連接需求不斷增長(zhǎng)的推動(dòng)下，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)正在發(fā)生顯著變化。隨著世界變得更加互聯(lián)，地面網(wǎng)絡(luò)的局限性變得越來(lái)越明顯，特別是在偏遠(yuǎn)和服務(wù)欠缺的地區(qū)。這就是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的切入點(diǎn)，它能夠在全球范圍內(nèi)提供廣泛、可靠的連接。

與此同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步使衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的新用案例以前所未有的速度出現(xiàn)，從精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)到海洋監(jiān)測(cè)，從聯(lián)網(wǎng)礦山到災(zāi)害預(yù)測(cè)和響應(yīng)。雖然衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)目前僅占整個(gè)衛(wèi)星連接收入的一小部分，但隨著國(guó)際海事衛(wèi)星組織(Inmarsat)、銥星通訊(Iridium)和ORBCOMM等主要參與者的推動(dòng)下，它正在積極增長(zhǎng)。

“衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的多樣化應(yīng)用將推動(dòng)整個(gè)市場(chǎng)的發(fā)展”，ABI Research衛(wèi)星通信研究分析師Victor Xu指出，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)受到多種因素的推動(dòng)，包括衛(wèi)星發(fā)射成本的降低，衛(wèi)星技術(shù)的進(jìn)步，例如低地球軌道星座、立方體衛(wèi)星和納米衛(wèi)星，以及對(duì)無(wú)線連接的需求不斷增加。

標(biāo)準(zhǔn)化衛(wèi)星通信技術(shù)、多技術(shù)/軌道連接解決方案以及衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)與地面5G網(wǎng)絡(luò)(NTN)的集成是主要趨勢(shì)，為市場(chǎng)創(chuàng)新和增長(zhǎng)帶來(lái)了巨大機(jī)遇。尤其是隨著R18標(biāo)準(zhǔn)正式凍結(jié)，5G-A加速落地，天地一體作為其重要應(yīng)用場(chǎng)景將迎來(lái)發(fā)展利好，同時(shí)也為6G時(shí)代萬(wàn)物互聯(lián)的泛在網(wǎng)絡(luò)需求提供支撐。

近年來(lái)，各地政府也在密集發(fā)布推動(dòng)支持商業(yè)航天發(fā)展的利好政策。以去年年底上海印發(fā)的《上海市促進(jìn)商業(yè)航天發(fā)展打造空間信息產(chǎn)業(yè)高地行動(dòng)計(jì)劃（2023-2025年）》為例，該《計(jì)劃》提出，上海將發(fā)展新一代中大型運(yùn)載火箭、低成本高集成衛(wèi)星、智能應(yīng)用終端三大拳頭產(chǎn)品，形成年產(chǎn)50發(fā)商業(yè)火箭、600顆商業(yè)衛(wèi)星的批量化制造能力，以打造“上海星”、“上海箭”為目標(biāo)，提供衛(wèi)星研制、運(yùn)載發(fā)射、在軌交付與管理鏈?zhǔn)椒?wù)模式，到2025年，初步形成從火箭、衛(wèi)星、地面站到終端的全覆蓋產(chǎn)業(yè)鏈。

但目前中國(guó)在衛(wèi)星發(fā)射成本方面與美國(guó)還存在很大的差距。行業(yè)人士稱(chēng)，目前國(guó)內(nèi)1公斤的衛(wèi)星發(fā)射成本大約是1萬(wàn)美金，按此計(jì)算，單顆低軌通信衛(wèi)星的發(fā)射成本約為200萬(wàn)美元。相比之下，SpaceX發(fā)射單顆低軌衛(wèi)星的成本僅為75萬(wàn)美元左右，提升空間還有很大。 

盤(pán)點(diǎn)那些能上天的太空級(jí)技術(shù)

衛(wèi)星制造、發(fā)射、組網(wǎng)涉及的科學(xué)技術(shù)門(mén)類(lèi)十分繁雜，對(duì)芯片的穩(wěn)定性、耐用性和抗宇宙輻照更是有著極高的要求，目前來(lái)看，SPARC架構(gòu)芯片、FPGA和RISC-V芯片，構(gòu)成了航天級(jí)芯片的主流。

SPARC(Scalable Processor Architecture)是一種RISC處理器指令集結(jié)構(gòu)，有著出色的可靠性、可擴(kuò)展性和可配置性，自上世紀(jì)80年代以來(lái)一直活躍在航空航天領(lǐng)域。而新生代的RISC-V芯片近兩年也頻頻成為高性能航天計(jì)算(HPSC)處理器的選擇，代表性的案例包括：美國(guó)國(guó)家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(NASA-JPL)于2022年8月宣布選擇Microchip開(kāi)發(fā)HPSC處理器，作為該實(shí)驗(yàn)室推進(jìn)商業(yè)合作努力的一部分；9月，NASA宣布選擇8核SiFive Intelligence X280 RISC-V矢量?jī)?nèi)核，以及四個(gè)額外的SiFive RISC-V內(nèi)核，意在大幅提升自主漫游車(chē)、視覺(jué)處理、太空飛行、制導(dǎo)系統(tǒng)、通信和其他應(yīng)用的性能。

FPGA芯片一直以來(lái)也是太空衛(wèi)星的標(biāo)配，無(wú)論是Microchip的耐輻射PolarFire SoC FPGA，還是AMD的Virtex系列/Zynq系列。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)也都突破了FPGA相關(guān)技術(shù)，包括在一些定制化場(chǎng)景上實(shí)現(xiàn)了定制化的ASIC芯片的突破。

通信技術(shù)

當(dāng)前，我們正在經(jīng)歷5G Advanced向6G演進(jìn)的過(guò)渡階段，正在開(kāi)展的3GPP Release 19標(biāo)準(zhǔn)版本中涵蓋的關(guān)鍵技術(shù)方向之一，就是衛(wèi)星通信。目前很多偏遠(yuǎn)地區(qū)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，而衛(wèi)星通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些區(qū)域的通信支持，同時(shí)也是擴(kuò)大覆蓋范圍的有效方式。同時(shí)，3GPP也正在與衛(wèi)星行業(yè)合作開(kāi)發(fā)一個(gè)全球標(biāo)準(zhǔn)化解決方案，即5G 非地面網(wǎng)絡(luò)(NTN)，從而實(shí)現(xiàn)地面網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)縫漫游。

國(guó)內(nèi)方面的新動(dòng)向當(dāng)然來(lái)自華為。據(jù)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公告，今年1月，華為技術(shù)有限公司公布了兩項(xiàng)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)專(zhuān)利——《一種星間鏈路構(gòu)建方法及通信裝置》和《一種衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由方法及通信裝置》。

值得注意的是，《一種衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由方法及通信裝置》中提到，“地面終端設(shè)備可通過(guò)5G新空口接入網(wǎng)絡(luò)，將5G基站部署在衛(wèi)星上，通過(guò)無(wú)線鏈路與地面的核心網(wǎng)相連。同時(shí)，在衛(wèi)星之間存在無(wú)線鏈路，從而完成基站與基站之間的信令交互和用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸。”

目前，華為已經(jīng)完成在LEO再生衛(wèi)星在軌測(cè)試驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果顯示其下行吞吐最高 660Mbps，上行最高135Mbps。

操作系統(tǒng)

風(fēng)河的VxWorks 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)是一個(gè)功能強(qiáng)大、可靠且安全的嵌入式軟件平臺(tái)，專(zhuān)為工業(yè)自動(dòng)化、航空航天和國(guó)防系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備和消費(fèi)電子產(chǎn)品等安全關(guān)鍵型應(yīng)用而設(shè)計(jì)，因?yàn)閷?shí)時(shí)性能和可靠性對(duì)于這些行業(yè)的關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)至關(guān)重要。早在2019年，當(dāng)時(shí)的衛(wèi)星新創(chuàng)公司Astranis Space Technologies就將VxWorks用于其新一代衛(wèi)星，為網(wǎng)絡(luò)尚未覆蓋的市場(chǎng)提供經(jīng)濟(jì)高效的高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。

相控陣天線

衛(wèi)星端價(jià)值量最大的方向是載荷，多家研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示，低軌衛(wèi)星通信載荷市場(chǎng)規(guī)模保守估計(jì)約為121億元。如果進(jìn)一步細(xì)分，占據(jù)衛(wèi)星成本75%的載荷中，相控陣天線系統(tǒng)又占據(jù)了75%，涉及天線單元、收發(fā)組件、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等多個(gè)部分。

結(jié)語(yǔ)

顯然，低軌衛(wèi)星是目前我國(guó)部署的重點(diǎn)方向。伴隨著中國(guó)版“星鏈”的大規(guī)模啟動(dòng)，市場(chǎng)分析人士預(yù)測(cè)整個(gè)商業(yè)航天的產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模有望在數(shù)年內(nèi)急速擴(kuò)大，帶動(dòng)衛(wèi)星及部組件研發(fā)制造、通導(dǎo)遙終端與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)和衛(wèi)星運(yùn)維、行業(yè)應(yīng)用與增值服務(wù)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，萬(wàn)億級(jí)規(guī)模的衛(wèi)星服務(wù)市場(chǎng)并非遙不可及。