最近两天,卫星导航概念陡然升温。
主要由两个事件引发:
1.2月23日,我国首颗超百Gbps容量的高通量卫星——中星26号发射成功,标志着我国开启了卫星互联网应用服务新时代;
2.中国星网曾向国际电联提供卫星星座计划,将12992颗低轨道卫星组网——这个计划将于2023年开始逐步发射卫星。
人类的漫长历史,本质上就是一部不断征服自然的历史。而这一次,我们征服的对象,是地球之外的浩瀚空间。
太空圈地战,正式开始了。
01“星”的进化
1987年,以摩托罗拉为首的几家美国公司,在政府的帮助下,提出了一个伟大的构想:
发射77颗近地卫星,建设一个覆盖全球的卫星电话网络,让用户能在世界上每一个角落拨通电话。
这个构想就是著名的“铱星计划”。
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1991年,计划正式启动;1996年,第一颗铱星上天;1998年,整个体统投入商业运营。
彼时,已经上市的铱星公司,股价一年内涨了4倍。
从技术上讲,这是一个超前而宏大的计划。
其优势有二:1.轨道低(离地面只有几百公里),重量轻(600-700公斤),每颗卫星的三千多个信道,都能和地面上的手机直接通信,且相互通信;2.由于摆脱了地面基站,可实现在地球上任何地点通信;
但从投资的角度看,铱星则是彻头彻尾的失败之作。
除了摩托罗拉等大佬提供的60亿美元资金,铱星公司自身还举债30亿美元,依旧难以承受每年数亿美元的维护费。
为了收支平衡,铱星公司只好将手机定价为5000美元/部,每分钟通话费用为3美元。
这么贵,能覆盖的用户自然就少。
2000年3月18日,系统投入运行不到两年,铱星公司就正式破产。成为全球通信史上一颗璀璨的流星,也是20世纪商业航天领域的最大遗憾。
铱星电话
2001年,铱星公司重组,在2年后的伊拉克战争中发挥了重要作用。自此,美国军方成为铱星最重要客户,每年需支付3600万美元费用。
然而彼时,天上的铱星们已逐渐进入寿命大限,继续一批新的卫星来替换。
铱星二代项目应运而生。
2007年,铱星公司发布新的卫星招标。2010年,欧洲最大卫星公司泰雷兹中标,铱星二代设计在轨寿命为15年,比第一代耐用不少。
而承接66颗二代卫星发射订单的,是新时代的主角——SpaceX公司的猎鹰9号运载火箭。
尽管得益于物联网发展,铱星用户数量已经达到172万。但过去十几年,该公司依旧在亏钱。
作为低轨道卫星的先驱,它已被前赴后继的追赶者超越。
2010年后,智能手机进入爆发阶段。移动互联网的蓬勃发展,也让卫星的定位发生变化,逐步服务于互联网的广域覆盖和接入。
2015年,马斯克正式提出星链计划,打算发射4425颗低轨卫星(后增加至4.2万颗),为全球用户提供高速宽带服务。
其基本目标,其实和三十年前的铱星类似,就是凭借卫星技术,在不受地面设施限制的情况下,给全球每个角落提供高速网络服务。
翻译过来,就是用卫星直接与地面上的终端传输数据,满足5G无法覆盖区域人们的网络需求。
自此,人类正式进入低轨宽带卫星互联网时代。
但是,说起来高大上,星链其实存在一个致命BUG:其传输速度,只有5G网的几千分之一,还不如4G。
网络信号最重要的一个指标,就是“流量密度”。
5G基站每个带宽是15Gbps,星链中每颗卫星是20Gbps,单位效率其实相差并不大,但两者在数量级上完全没有可比性。
截至2022年,中国共搭建了231.2万个5G基站,未来可能还会增加到千万级别。而星链即便完工后,也不过4.2W颗卫星,不足前者的百分之一。
就目前来看,星链的用户数量最多是千万级别。每颗卫星只能服务两三千人,也就是一个小镇的体量。
同时,星链虽然在近地轨道运行,但离地面也有2000公里。如果受到天气等自然因素干扰,其传输速度还会呈指数级衰减。
更关键的问题在于,和曾经铱星的第一批卫星一样,星链卫星的寿命非常短,平均每颗才5年。
也就是说,2019年上天的第一批颗卫星,到明年2024年,基本都将报废。
这就会造成一个难以忽视的问题:太空垃圾。
就像《地心引力》中的桥段一样,这些残骸会以第一宇宙速度围绕地球运转,比狙击枪的射速还高几倍,甚至有可能撞击到其他卫星。
虽说这些报废卫星,会在9年内坠落到南太平洋的指定“坟场”。但这个周期是很漫长的,难保不会出事。
比如在2021年,星链曾两度接近中国空间站。出于安全考虑,中国空间站组合体实施了两次紧急避碰。
这暴露出星链在管理上存在的漏洞。
要知道,未来spaceX可是要同时监控4.2万颗卫星的,随便一个疏忽就会酿成惨案。
卫星轨道碎片
听起来,星链互联网除了覆盖广,比5G差远了。
中国公司作为后来者,为什么要拼命追赶?
02跑马圈地
2019年,川普说美国要跳过5G、直接开发6G。
从那时起,有关于6G竞赛的话题,这几年从未间断,资本市场也炒得火热。
但说起这个,大家其实都很纳闷。
4G网络其实已经很快了,相当一部分人连5G都没用上,为啥这么迫不及待要研发6G?
人类虽然进入5G时代好几年了,看似很先进,但地球上仍有80%以上的陆地地区(深山、森林、沙漠、草原、戈壁)和95%以上的海洋地区,以及29亿人口,并没有覆盖到移动网络信号。
总体算下来,移动通信只覆盖了全球不到10%的面积。
这是多大的市场?
同时,5G及以下的通信对象,仅限于地表以上10km内的空间,远远无法实现海陆空网络畅游。
而据《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》,6G与5G的最大区别,是明确提出了“全球无缝覆盖”——这个目标必须借助卫星等非地面设施,才能实现。
简而言之,以近地卫星构建的高速通信网是6G通信的基础。
而且这个基础,如果不及时跟进,基本就决定了失败的命运。
全球互联网设备覆盖情况
在说明卫星互联网的作用前,我们需要先了解另一个名词——近地轨道资源。
指的是航天器距离地面600-2000km的轨道,目前全球大部分卫星都分布于此。其数量是有限的,最多只能容纳6万颗卫星。
而根据国际电信联盟的规定:卫星频率和轨道,虽然是全人类的共有资源,但获取这些资源仍遵循“先协调,后使用”、“先登先占”等原则。
也就是跑马圈地,谁先占了就是谁的。
马斯克计划发射4.2万颗卫星,这些卫星都将在近地空间连点成线、织线成网,仅星链一家就占了三分之二以上空间。
如果没人去争,未来1000km以下的轨道,可能就成了马斯克的私人空间。
这么一看,原本印象中浩如烟海的地外空间,突然变得拥挤起来。
等到近地轨道资源被先发者占尽,太空垄断自然就形成了。后来者只能在更高的轨道想办法,需要的资金和研发能力根本不是一个数量级。
到那时,星链的成本优势将把竞争对手远远甩在后面。
同时,星链的网速虽然不如5G,但延迟更低。
现在的5G网络,信号从基站到网络服务器再到手机终端,在空气中传输的过程就会导致延迟。
问题是显而易见的。如果我们周围几百米就有基站,延迟肯定小。如果方圆几百里都没有基站,这个延迟就比较高了。
而星链因为距离地面较近且分布均匀,这个时候就体现出优势了。
尤其是,以卫星为基础,与地面的5G网络联合起来,从而实现更大的电波容量以及短时间内的超高速。相较于5G,6G的传输能力将提升100倍,网络延迟也可能从毫秒降到微秒级。
据评估,在现代金融交易中,如果交易处理时间比对手慢5ms,就可能损失1%的利润;慢10ms,损失可能扩大至10%。
大家可以算算这是多少钱。
同时,星链还具有极其重要的军事价值。
其虽然不如地面上5G基站的传输速度快,但比美军现有的卫星通讯,也就是铱星,快上百倍。
而且由于数量足够多,美军还能利用星链平台跟踪干扰远程地方通讯。在乌克兰战争期间,发挥了巨大能量。
最典型的就是某钢铁厂战役,在俄罗斯大量频率干扰和DDOS的攻击下,处于地下工事的乌军通过星链依然和基辅进行高质量通信交流,甚至还有被困地下的女兵在社交平台发布自己弹吉他的短视频……
当然,最关键的,也是最现实和迫在眉睫的原因,从通信标准到核心元器件,我们一直被西方卡脖子,直到到了5G时代,才有底气说领先世界,研发6G也是保持技术领先的重要之举,当然势在必行。
从技术上看,现在5G网速虽然很快,但仍没法真正实现4K、8K这样的超清视频,更不要说VR、虚拟现实、AR增强现实这些了。
只有当5G+卫星互联网结合,6G真正普及,速度更快、延迟更低、海量密集连接这些关键指标实现了,真实世界与数字虚拟世界的深度融合,才可能成真。
这是必须由自己实现的梦想。
03他山之石
阿西莫夫在科幻小说《基地》中写道:“他们的德行不能算高尚,但是个个胆识过人……他们利用这些资源所建立的‘帝国’远比假宗教之名、行专制之实的四王国还要巩固……”
现实中,商人或许没有如此夸张的权利,但他们成为未来星际远航的主力,却并非无稽之谈。以马斯克的SpaceX为代表的众多美国私人太空企业,正在无限接近这一宏愿。
他山之石,可以攻玉。
SpaceX的成功,为中国商业火箭企业,提供了一个值得参考的方向。
自2015年,中国第一批民营商业火箭企业出现起,中科宇航、零壹空间、深蓝航天、翎客航天、星河动力、星际荣耀、蓝箭航天......成为推动航天技术发展的重要力量。
当然,只靠民企对抗星链,不太现实,毕竟起步晚了近20年。
以专研可回收复用火箭的深蓝航天为例,如今的技术能力只相当于SpaceX2015年的水平,差距不可谓不大。
除了公司本身的创造力,更得益于美国冷战时期的疯狂积累,早在数十年前,就打造出相对成熟的产业链,以及能持续发展的航天商业模式。
这个时候,国家队的下场,就很有必要。
2020年9月,一家代号为“GW”的中国公司(国网的拼音首字母,即“中国星网”成立之前的暂定名称),向国际电信联盟递交频谱分配档案。档案中曝光了两个名为GW-A59和GW-2的宽带星座计划,其计划发射的卫星总数量达到12992颗。
同年,国家发改委首次将卫星互联网纳入“新基建”范畴,“鸿雁”、“虹云”、“天启”、“天象”等多个低轨互联网星座计划陆续推进。
2021年4月,对标SpaceX“星链”的中国卫星网络集团有限公司正式成立。
截至目前,我国航天企业的数量,已经超过160家。尤其在卫星互联网纳入新基建计划后,相关产业市场规模逐年稳定增长。
更重要的是,现在国际电信联盟为了防止出现“恶意占坑”现象,出了个新规定:在卫星频率和轨道申请后的七年内必须开始发射,九年内必须发射总数的10%,12年内必须发射总数的50%,14年内必须全部发射完成。
根据要求推算,2023到2030年,星网公司的年均发射量为180颗以上,再之后五年发射量突破1700颗。
这是非常可观的数字。
太空的“圈地运动”,预计这两年将开始提速。
而相关产业的增长,也是可以预见的。
仅卫星导航这一项产业,预计到2026年就将突破万亿。
目前,我国已形成完整自主的卫星互联网产业链,涵盖卫星制造、卫星发射、地面设备制造、卫星应用等环节。
可以看出,中国商业航天产业正有加速落地服务趋势。进程之快,超出很多人想象。这也正常,中国在航天领域40多年来不遗余力的投入,在基础技术上确实是世界一流的。
无论是上游的卫星制造等领域,还是中游的卫星测运控系统,亦或是下游的各种实际应用落地, 都将孕育难得的机遇。
短期看,随着国内对于卫星互联网加快部署,新型基础设施建设环节有望率先受益;长期看,地面段战略位置将不断提升,终端应用环节有望受益。
关注未来,相信价值的力量。
我们正实现着星辰大海的梦想,不久的未来,无数颗人造卫星将布满天空。
昂首夜空,如果你再次看到流星雨,不要惊讶,那只是密集的低轨道卫星间的一次碰撞。