低軌通信星座蓄勢待發，中國版“星鏈”如何加速？

近年來,隨著衛星通信技術的發展、商業航太成本的不斷降低,以及網際網路隨時隨地接入需求的增加,具有全球覆蓋優點的低軌衛星通信網路被重新注入了新活力,低軌衛星通信産業逐漸被視為拉動未來全球經濟增長的新引擎之一。

同時,在全球航太新格局下,低軌衛星通信成為國際必爭之地,通信基建是大勢所趨。雖然中國在低軌衛星通信領域起步較晚但發展較快,隨著低軌衛星星座建設被納入我國新基建發展規劃,將會進一步促進行業發展提速。在這其中不可忽視的是,我國商業航太公司正成為低軌衛星星座建設的中堅力量。

低軌衛星通信帶動千億産業鏈

打開更多應用新場景

低軌衛星主要指運作在低地球軌道(距離地面500-2000km,LE0)的衛星。對比高軌(地球靜止軌道,GE0)衛星,在通信應用中,低軌衛星具有距離近、傳輸時延小、鏈路損耗低、發射靈活、應用場景豐富、整體製造成本低等優勢。同時對終端的處理能力要求更低,終端會更加靈活輕小,對於時間敏感性要求高的應用具有重要意義。

基於此優勢,世界各國積極佈局,低軌衛星通信成為全球熱點新興産業,帶動千億産業規模。根據GSMA的數據,到2025年,低軌衛星通信産業規模將達到1800億元,全球衛星通信收入規模將達到數百億美元。

值得一提的是,衛星繞地球運作需要軌道和頻段資源,而軌道和頻段是有限且不可再生的戰略資源,國際電信聯盟(ITU)提出在軌道和頻段資源獲取上遵循“先登先佔、先佔永得”的原則。低軌道能容納的衛星數量有限,先發國傢具有顯著優勢,這是造就各國競爭趨於白熱化的主要原因之一。

如今越來越多國家推出低軌星座計劃,低軌、大規模星座構建是當前衛星行業的發展趨勢。而行業競爭已經不僅僅是商業上的競爭,還有國防戰略層面的競爭,各國力爭在低軌衛星領域進入全球第一梯隊,發展中國“星鏈”必要且緊迫。

從頻寬的角度來看,低軌衛星又可以分為低軌寬頻網際網路衛星和低軌窄帶物聯網衛星。

低軌寬頻網際網路衛星工作頻段較高(C、Ku、Ka等),頻寬較大,傳輸速率較高,主要用於沒有地面網覆蓋區域用戶的高速傳輸需求,比如郵輪、科考站、航空、偏遠地區上網(國外)等。但以往這種衛星寬頻通信都需要一個體積較大、功耗較大的終端,無法隨身攜帶。低軌寬頻網際網路衛星是以網際網路應用為服務對象,以統一的網路層為承載平臺,能夠作為網際網路系統有效組成的可獨立工作的網路系統。代表運營商包括星鏈(Starlink)、英國一網(OneWeb)、星網等。

低軌窄帶物聯網衛星工作頻段較低 (UHF/VHF、L、S),頻寬一般不超過1MHz,傳輸速率在幾kbps。因此其主要用於衛星行動通訊和衛星物聯網應用,覆蓋沒有地面網區域的數據採集、遠端控制、衛星電話等應用,天線體積較小、發射功率也較低,終端設備可以隨身攜帶。低軌衛星物聯網(LEO IoT)由地面段、空間段以及用戶段組成,是解決地面物聯網在海洋、山區、沙漠等區域通信覆蓋能力不足的有效手段,可應用於暴雨、洪水、颱風等自然災害的監測、應急救援通信等,也可以廣泛應用於手機直連衛星等個人消費級應用。代表運營商如銥星二代、軌道通信公司(Orbcomm)、天啟星座等。

“天啟星座”及應用

值得一提的是,“天啟星座”是如今國內低軌窄帶通信衛星的代表。從實際運作看,“天啟星座”系統作為資訊基礎設施,能在較短時間內對分散于全球的衛星終端進行數據採集、傳輸、匯集、處理,通過衛星通訊回傳至資訊中心,分包處理分發給相應用戶,提供覆蓋全球、準實時、全天候的數據採集及通信服務,廣泛應用於應急通信救援、環境環保監測、氣象監測、智慧城市、危險化學品運輸、飛機跟蹤監測、地震監測預報、智慧海洋、油氣管道網、智慧農業、電力管網監測和野生動植物保護等領域,服務航空、海事、林業、地震、水利、環保、氣象、海洋等行業部門業務,並可用於手機直連衛星、腕錶直連衛星、衛星對講機、衛星穿戴設備等個人消費級應用。

伴隨著我國航太和通信技術不斷發展,低軌衛星發射成本持續降低,而隨時隨地的網際網路接入和大數據服務需求將會進一步拓展低軌衛星通信網路的應用落地,不斷豐富應用場景,帶來新的發展機遇。

萬物互聯時代

雙強聯合構建龐大商業版圖

近年來,美國 SpaceX的航太技術突飛猛進,火箭發射成本也在不斷降低,其低軌衛星網際網路項目——星鏈(Starlink)正在加快推進。

SpaceX星鏈衛星目前總計劃發射四萬二千多顆衛星,用於全球範圍內的網路訪問。在2023年8月,SpaceX再次成功發射22顆星鏈衛星,在地球軌道上的星鏈衛星數量突破5000顆。

如今Starlink已成為全球最大的衛星星座,運營著目前最大的低軌道寬頻衛星網路,但Starlink依然對窄帶衛星物聯網市場抱有著很大熱情。據美國媒體報道,SpaceX公司在2021年全資收購了一家做窄帶物聯網星座的公司SWARM,該公司已經發射150余顆衛星並在全球提供服務。

公開資料顯示,Swarm成立於2016年,通過自研的微型衛星提供窄帶數據服務。Swarm創始人認為,隨著物聯網(IoT)技術的發展,在萬物互聯的時代,全球將會有數以十億計的物聯網感測器在同時工作,這些感測器需要通過網際網路來進行數據交換。而以當前全球的網路狀況來看,在廣大的農村和落後地區,無線網路支離破碎,而更加廣闊的大海之上更是沒有網路信號的接入,這勢必不能滿足物聯網的要求。所以Swarm旨在提供窄帶數據服務,打造天基物聯網星座,可廣泛應用於農業、海事、能源、環保、水産養殖、交通運輸等領域,如船舶追蹤、浮標管理、氣象數據收集、灌溉控制、病蟲害追蹤等。

SpaceX的口號是降低太空發射成本,而Swarm做的則是降低衛星物聯網通信的成本,所以兩家公司具有相同的基因。另外,SpaceX的星鏈和Swarm的衛星物聯網網路存在緊密結合的可能性。借助Swarm所開發的窄帶通信數據服務,SpaceX也能提供這類物聯網服務能力,來擴增其商業版圖;而在未來Swarm的發射可以搭乘更便宜的SpaceX火箭,進一步降低Swarm的成本,可謂雙贏。

由此可見,低軌寬頻衛星網際網路和低軌窄帶衛星物聯網在一定程度上可以相輔相成、優勢互補,雙強聯合更有利於加快建立一種新的空天地一體化網路體系,構建更龐大的商業航太版圖。

中國版“星鏈”正在加速崛起

中國航太經歷了60多年的自力更生和艱苦發展,取得了長足進步。雖然我國衛星網際網路産業起步較晚但發展較快,且後勁十足。

據了解,中國已向國際電信聯盟(ITU)提交了佈局1.3萬顆低軌衛星的申請。截至目前,我國在低軌衛星網際網路星座建設方面由“國家隊”推出了“鴻雁星座”、“虹雲工程”、“星網工程”等計劃並相繼成功發射,這標誌著我國低軌寬頻網際網路衛星系統建設邁出實質性的一步,將進一步帶動低軌衛星通信産業的增長。

同Swarm和Orbcomm類似,中國的低軌窄帶物聯網星座也正在搭建中。自2015年後,中國民營航太企業迅速發展,實現了民營衛星和運載火箭的相繼突破,以國電高科為代表的一批民營企業也相繼提出了自己的低軌衛星星座計劃。低軌物聯網星座成為民營企業角逐商業航太的重要機會。

9月5號,國電高科的天啟星座21星至24星由谷神星一號(海遙一)運載火箭于海陽市黃海海域完成發射任務,順利抵達預定軌道。

天啟星座21星至24星發射現場

官方資訊顯示,“天啟星座”計劃是由國內商業航太民營企業國電高科推出,計劃于2024年完成部署運營由38顆衛星和若干地面站組成的“低軌衛星物聯網星座”,從而為物聯網相關行業用戶及“軍民融合”等國家戰略提供覆蓋全球、準實時的低軌衛星物聯網數據服務,構建天地一體的低軌衛星物聯網生態系統。

作為中國首個提供低軌衛星數據服務的窄帶物聯網通信系統,“天啟星座”系統由空間段、地面段、用戶段組成,可為用戶提供低成本的衛星通信服務,目前已應用於電網、智慧農業、石油管道等8大行業16個領域。據了解,“天啟星座”的手機直連等基礎電信消費級應用也在跟電信運營商開展深度合作。

“十四五”規劃提出,要建設高速泛在、天地一體、整合互聯、安全高效的資訊基礎設施,增強數據感知、傳輸、存儲、運算能力。衛星網際網路和衛星物聯網建設已經上升為國家戰略性工程,成為我國空天地海一體化資訊系統的重要組成部分。

鋻於低軌道衛星戰略地位凸顯,在國內政策、技術和市場多重利好因素驅動下,中國版“星鏈”該如何加速發展?

除了在現有産業基礎上加大投資,加速低空軌道衛星發射,爭取更多的空間資源,培養與之抗衡的力量。更應該以“星網”國家隊主導衛星網際網路,民營企業主導衛星物聯網,互相配合、優勢互補、融合發展,積極推進和地基行動通訊網、地基物聯網、北斗等的融合,為低軌道通信衛星的發展創造新的優勢,打開低軌衛星通導遙一體化廣闊市場,提供全球性多維動態綜合時空服務,推動中國商業航太事業蓬勃發展。中國版“星鏈”的未來,讓我們拭目以待。