03.06 未來用低軌衛星上網,只能選美國“星鏈”?中國已奮起直追

據銀河航天官方消息,2月16日,中國第一顆通信能力達10Gbps的低軌寬帶衛星順利完成通信能力測試,這也是國內第一次驗證低軌Q/V通信,堪稱中國“太空互聯網”的—大步。

1月16日,銀河航天的這顆首發星搭乘快舟一號甲運載火箭,在酒泉衛星發射中心升空,這是快舟一號甲第8次執行發射任務。

該衛星是全球首顆Q/V高頻毫米波頻段的低軌寬帶衛星,也是我國首顆由商業航天公司研製的200公斤量級的衛星,單星可覆蓋30萬平方公里,相當於大約50個上海市的面積,軌道高度為1200千米。

未來用低軌衛星上網,只能選美國“星鏈”?中國已奮起直追


當前,全球網絡的覆蓋仍然面臨巨大挑戰——地面基站很難覆蓋沙漠、海洋、森林、山區等所有區域,因此衛星通信技術的突破將有助於解決網絡覆蓋的難題。加之5G時代已經來臨,以5G為代表的創新技術將使數據連接能力提升10倍,用戶可以觀看更快、更炫的4K電視,但是如果5G網絡覆蓋問題沒有解決的話,這些體驗都將無法實現。而低軌寬帶通信星座可以更好地對全球進行通信網絡覆蓋與升級。

太空互聯網市場前景廣闊

未來用低軌衛星上網,只能選美國“星鏈”?中國已奮起直追


未來,以低軌寬帶通信星座為代表的太空互聯網將給生活帶來方方面面的改變。隨著5G衛星通信系統的逐步建成,可實現天基網絡與地面網絡的融合互補,有效提升現有網絡的覆蓋能力和解決現有網絡的覆蓋盲區,不僅偏遠地區的電視觀眾可以隨時收看到4K/8K的高清視頻,記者還可以在任何極端環境下隨時隨地“秒傳”大容量的數據以及高清的採訪視頻。

此外,未來的5G時代還有無數的應用場景與需求等待挖掘。

例如,各國金融業目前已對低軌寬帶衛星網絡表達出了極大的興趣:單就從歐洲金融中心倫敦出發前往世界金融中心紐約,使用衛星鏈路理論上能較海底光纜降低數十毫秒的延遲。

在高頻交易場上,應用私有專用微波通信走捷徑也是常有的事,為節省1~2毫秒的延遲時間,其成本遠遠超過普通大眾的想象。

而在歐洲前往亞洲,抑或是跨太平洋通信等場景時,在太空中“走直線”的低軌寬帶衛星節省延遲時間的效應將更加顯著。換句話說,使用太空互聯網的金融機構將比其他競爭對手提早幾毫秒察覺市場變化。而這幾毫秒的延遲不容小覷——哪怕是1毫秒的延遲,對於使用計算機算法進行自動操作的“高頻交易”行業來說都是決定性差距。因此,說低軌寬帶星座能改變未來高頻交易市場的格局,乃至扭轉億萬美元資產的去向,一點都不為過。

美國“星鏈”計劃服務全球

早在2015年1月,SpaceX公司CEO馬斯克就宣佈其打算髮射約1.2萬顆通信衛星到太空軌道的“星鏈”計劃,從2020年開始工作,旨在為全球消費者提供廉價、快速的寬帶互聯網服務。

未來用低軌衛星上網,只能選美國“星鏈”?中國已奮起直追

2019年5月23日,太空探索公司的一枚“獵鷹9”火箭在佛州卡納維拉爾角空軍基地升空

繼2019年5月首批60顆“星鏈”衛星被送入太空後,美國太空探索技術公司(SpaceX)11月11日用一枚“獵鷹9”火箭將第二批60顆“星鏈”衛星送入太空,繼續構建其全球太空互聯網。就在今年1月,Space X成功完成了兩次發射,發射了總計120顆Starlink衛星。Starlink目前已規劃11943顆衛星,同時正在為另外3萬顆衛星申請軌道資源。

SpaceX公司此前在一份聲明中稱,“星鏈”衛星預計發射6次後,可向美國和加拿大部分地區提供服務,發射24次後可為人口密集地區提供全球性服務。

根據歐洲航天局的最新數字,目前地球軌道上共有2000多顆工作衛星,“星鏈”計劃如果完成部署,其新入軌的衛星總數就會是目前所有國家在軌運營的衛星總數的將近21倍,成為迄今為止人類提出的規模最大的星座項目。

中國能否“彎道超車”

目前,全球多家企業紛紛開始打造非靜止軌道衛星星座,提供全球寬帶互聯網接入服務。除了SpaceX公司,美國一網公司(OneWeb)、亞馬遜公司、加拿大TELESAT公司、跨國企業SES的O3b星座、波音、三星等的互聯網星座計劃也在積極推進中。

同樣,中國也在積極佈局低軌寬帶星座。由大型國企主導的兩個低軌互聯網衛星系統——航天科技的“鴻雁星座”、航天科工的“虹雲工程”,都將於2022年、2023年前後建成。

在天基互聯網的基礎上,中國還將打造首個“天基物聯網”系統——“行雲工程”。該系統將通過由80顆低軌通信小衛星構建的星座系統,將全球範圍內各種信息節點和傳感器等智能終端進行有效連接,形成覆蓋全球的物聯網信息系統。

天基物聯網將在地面信號無法覆蓋的地區,對地面物聯網進行有力補充。除了集裝箱遠洋運輸之外,還能應用於海洋島嶼通信、石油電力監管、農機數據採集與運輸、工程機械信息傳輸等眾多行業領域。

1、虹雲工程

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2016 年,航天科工集團提出“虹雲工程”,計劃發射 156 顆衛星實現全球組網。中國航天科工方面稱,“虹 雲工程”具備通信、導航和遙感一體化、全球覆蓋、系統自主可控的特點,以其極低的通信延時、極高的頻率復 用率、真正的全球覆蓋,可滿足中國及國際互聯網欠發達地區、規模化用戶單元同時共享寬帶接入互聯網的需 求。同時,“虹雲工程”也可滿足應急通信、傳感器數據採集以及工業物聯網、無人化設備遠程遙控等對信息交 互實時性要求較高的應用需求。

2017 年,為大力推進商業航天產業,航天科工二院專門成立了空間工程公司,並著手在武漢國家航天產業 基地建設衛星產業園。這個產業園將滿足 2020 年虹雲工程業務試驗星的發射需求,支撐 2022 年左右整個星座 衛星的批量生產。武漢衛星產業園項目已於 2019 年 4 月 24 日正式開工建設,預計 2020 年 10 月 31 日具備投產 能力。

2018 年 12 月 22 日,虹雲工程技術驗證星自在酒泉衛星發射中心成功發射入軌後,先後完成了不同天氣條 件、不同業務場景等多種工況下的全部功能與性能測試。體驗人員在衛星入境時,關閉 4G 信號,登陸衛星用 戶站的 WiFi 熱點,成功實現了網頁瀏覽、微信發送、視頻聊天、高清視頻點播等典型互聯網業務,無丟幀卡滯 現象,在軌實測的所有功能與指標均滿足要求。

按照規劃,整個“虹雲工程”被分解為“1+4+156”三步。第一步計劃在 2018 年前,發射第一顆技術驗證星, 實現單星關鍵技術驗證,目前已經完成;第二步到“十三五”末,發射 4 顆業務試驗星,組建一個小星座,讓用 戶進行初步業務體驗;第三步到“十四五”末,實現全部 156 顆衛星組網運行,完成業務星座構建。為在全國範 圍內開展應用示範,中國航天科工集團有限公司二院抓總研製投產了應用示範系統,其中包含 1 套機動式信關 站和多型用戶站,預計 2020 年初投入使用。

2、鴻雁星座

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2016 年 11 月,中國航天科技公司宣佈將在 2020 年建成“鴻雁星座全球衛星通信系統”。 鴻雁星座包含一個 移動通信星座和一個寬帶通信星座,可以服務 200 萬移動用戶、20 萬寬帶用戶及近 1000 萬的物聯網用戶,並 在導航、航空、航海等領域提供綜合服務。

據航天科技集團官網報道,航天五院通信衛星事業部在天津航天城建設了批量衛星生產線,將實現年出廠 130 顆衛星的總裝能力,滿足鴻雁星座生產能力需求,屆時將達到每週出廠 2.5 顆衛星的速度。

2018 年 11 月 30 日,全球低軌衛星移動通信與空間互聯網項目啟動大會暨東方紅衛星移動通信有限公司揭 牌儀式在重慶舉行,該公司由航天科技集團、中國電信、中國電子、國新國同 4 家央企及其相關企業共同發起成立,註冊資本金 20 億元人民幣。東方紅衛星移動通信有限公司將負責建設與運營全球低軌衛星移動通信與空 間互聯網系統,提供各種終端產品與服務,構建海、陸、空、天一體化新型天地一體化信息網絡,開展面向全 球的智能終端通信、物聯網、移動廣播、導航增強、航空航海監視、寬帶互聯網接入等增值服務。全球低軌衛 星通信與空間互聯網系統項目首期投資 200 億元,“鴻雁星座”為其前身。

2018 年 12 月 29 日,鴻雁星座發射首顆試驗星,標誌著全球低軌衛星移動通信與空間互聯網系統的建設全 面啟動。首發星是鴻雁星座的試驗星,由航天科技集團五院研製生產,配置有 L/Ka 頻段的通信載荷、導航增強 載荷、航空監視載荷,可實現鴻雁星座關鍵技術在軌試驗。同時研製了地面系統與終端,衛星入軌後可陸續開 展衛星移動通信、物聯網、熱點信息廣播、導航增強、航空監視等功能的試驗驗證,為後續的鴻雁星座的全面 建設及運營提供有力支撐。

按照規劃,鴻雁星座一期預計在 2022 年建成並投入運營,系統由 60 顆核心骨幹衛星組成,主要實現全球 移動通信、物聯網、導航增強、航空監視等功能;二期預計 2025 年完成建設,系統由數百顆寬帶通信衛星組成, 可實現全球任意地點的互聯網接入。

3、天地一體化信息網絡

未來用低軌衛星上網,只能選美國“星鏈”?中國已奮起直追


2015 年年底,中國電科關於天地一體化信息網絡重大工程專題工作會在北京召開,該重大工程是由國家科 技部牽頭,九部委共同組織論證的“十三五”國家重大科技任務,按照“天基組網,地網跨代,天地互聯”的 思路,以地面網絡為基礎、以空間網絡為延伸,覆蓋太空、空中、陸地、海洋等自然空間,為天基、陸基、海 基等各類用戶活動提供信息保障,將人類的網絡空間提升到一個新的維度。

據天象衛星項目總設計師、中國電科首席專家、54 所副總工程師孫晨華介紹,天地一體化信息網重大項目 低軌接入網規劃 60 顆綜合星和 60 顆寬帶星,採用星間鏈路和星間路由技術,實現極少數地面關口站支持下的 全球無縫窄帶和寬帶機動服務。

2019 年 6 月 5 日,“天地一體化信息網絡”重大項目“天象”試驗 1 星、2 星通過搭載發射,成功進入預 定軌道。這兩顆試驗衛星由中國電科五十四所牽頭研製,是我國首個實現傳輸組網、星間測量、導航增強、對 地遙感等功能的綜合性低軌衛星,是未來低軌道星座系統建設的最簡網絡模型。衛星搭載了國內首個基於 SDN(軟件定義網絡)的天基路由器,在國內首次實現了基於低軌星間鏈路的組網傳輸,並在國內首次構建了基 於軟件重構功能的開放式驗證平臺。

兩顆天象小衛星,是我國首個基於 Ka 頻段星間鏈路的雙星組網小衛星系統。天象衛星利用先進的技術, 不僅能實現雙星組網傳輸,包括各種信息數據、語音、視頻、圖片的高質量實時傳輸,還兼具星間測量、導航 增強、ADS-B、對地遙感等多項功能。

4、銀河航天

銀河航天成立於 2018 年,由獵豹移動聯合創始人、前總裁徐鳴創立,公司深度融合航天與互聯網基因,通 過敏捷開發、快速迭代模式,規模化研製低成本、高性能的 5G 衛星,致力於打造全球領先的低軌寬帶通信衛 星星座。公司核心團隊由來自互聯網、航天系統、科研機構的資深專家組成,以實力雄厚的衛星技術研發為基 礎,融入互聯網思維和模式,為用戶提供優質的上網服務和體驗。

銀河航天計劃建造由上千顆 5G 通信衛星,在 1200km 的近地軌道組成星座網絡,讓用戶可以高速靈活的接 入 5G 網絡。銀河航天創始人董事長兼 CEO 徐鳴透露,低軌寬帶通信衛星星座可以更好的對全球進行通信網絡 覆蓋與升級,成為全球 5G 通信的重要組成部分,理想狀態下,投入低軌道通信衛星的成本將有機會降到基站 建設的 1%。

2018 年,銀河航天獲得了順為資本、晨興資本、IDG 資本、高榕資本、源碼資本、君聯資本等知名投資機 構支持。2019 年,銀河航天完成最新一輪融資,由建投華科投資股份有限公司領投,順為資本、IDG 資本、君 聯資本和晨興資本跟投,最新估值超過 50 億元,成為國內商業航天賽道估值最高的創業公司之一。

2018 年 10 月 25 日,銀河航天試驗載荷“玉泉一號”搭載長征四號乙運載火箭(CZ-4B),在太原衛星發射中 心發射升空。“玉泉一號”是銀河航天自研的試驗載荷,將在阿里巴巴“糖果罐號”迷你空間站上進行星載高性能 計算、空間成像、通信鏈路等試驗驗證。

2020 年 1 月 16 日,快舟一號甲遙九運載火箭,在酒泉衛星發射中心,以“一箭一星”的方式,將銀河航天首 發星送入預定軌道。銀河航天首發星為 200 公斤量級,採用 Q/V 和 Ka 等通信頻段,具備 10Gbps 速率的透明轉 發通信能力,可通過衛星終端為用戶提供寬帶通信服務。衛星入軌後,將在軌開展相關技術和業務驗證。

而在馬斯克已經一箭60星批量發射衛星,並率先佈局4.2萬顆衛星的情況下,中國商業航天的機會在哪裡?還有“彎道超車”的可能嗎?

從長遠來看,商業航天將是中美兩國國家實力的角力場,而中國商業航天發展有自身的優勢。

根據市場預測,到2020年,全球商業航天市場將超過1.7萬億元規模,中國市場包括運載火箭、衛星應用、空間寬帶互聯網等將達到8000億元。此外,數據顯示,截至2019年6月,中國網民數量已達到8.54億人,位居世界第一;中國5G市場發展前景廣闊,有機構預計,2030年5G將帶動中國直接經濟產出6.3萬億元、經濟增加值2.9萬億元,中國巨大的市場優勢將為中國商業航天的發展提供機遇。

未來用低軌衛星上網,只能選美國“星鏈”?中國已奮起直追

在行業基礎方面,回眸中國航天發展歷程,經過幾代航天人的不懈奮鬥,中國航天從無到有、從小到大,建立了一套完整的科研生產創新體系,造就了一支高素質人才隊伍,中國已經成為一個不折不扣的航天大國,這為商業航天的發展建立了堅實的基礎。近兩年,國內已湧現出一批商業火箭、衛星公司,這些商業公司開始擴充傳統的航天體系,正在成為世界商業航天戰場中的生力軍。

同時,中國具有全球領先的製造能力。以衛星生產為例,未來在衛星的批量生產中,中國高素質的技術工人以及全球領先的製造能力將發揮優勢。此外,中國有完善成熟的工業體系,一些汽車、機器人等產業的產品供應商,也逐漸開始為商業航天供貨。在充分市場競爭的情況下,未來航天上下游的零配件、火箭的發射成本都有望逐漸降低,理想狀態下,投入低軌道通信衛星的成本將有機會降到基站建設的1%。

第三,中國在商業航天方面的政策正在逐步開放。2016年12月,國務院新聞辦公室發佈的《2016中國的航天》白皮書提出,鼓勵引導民間資本和社會力量有序參與航天科研生產、空間基礎設施建設、空間信息產品服務、衛星運營等航天活動,大力發展商業航天。

此外,2016年國防科工局、國家發改委發佈的《關於加快推進“一帶一路”空間信息走廊建設與應用的指導意見》明確提出,將積極推動商業衛星系統發展,支持以企業為主體、市場為導向的商業航天發展新模式,並鼓勵社會資本參與,加強基於北斗系統的位置、導航和授時的商業化服務。

可以預見,未來隨著政策的進一步開放,中國商業航天領域的發展將會有更大的空間。


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