近年來,隨著衛(wèi)星通信技術的發(fā)展、商業(yè)航天成本的不斷降低,以及互聯(lián)網(wǎng)隨時隨地接入需求的增加,具有全球覆蓋優(yōu)點的低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡被重新注入了新活力,低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)逐漸被視為拉動未來全球經(jīng)濟增長的新引擎之一。

同時,在全球航天新格局下,低軌衛(wèi)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(wèi)星通信領域起步較晚但發(fā)展較快,隨著低軌衛(wèi)星星座建設被納入我國新基建發(fā)展規(guī)劃,將會進一步促進行業(yè)發(fā)展提速。在這其中不可忽視的是,我國商業(yè)航天公司正成為低軌衛(wèi)星星座建設的中堅力量。

低軌衛(wèi)星通信帶動千億產(chǎn)業(yè)鏈

打開更多應用新場景

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

基于此優(yōu)勢,世界各國積極布局,低軌衛(wèi)星通信成為全球熱點新興產(chǎn)業(yè),帶動千億產(chǎn)業(yè)規(guī)模。根據(jù)GSMA的數(shù)據(jù),到2025年,低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達到1800億元,全球衛(wèi)星通信收入規(guī)模將達到數(shù)百億美元。

值得一提的是,衛(wèi)星繞地球運行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(zhàn)略資源,國際電信聯(lián)盟(ITU)提出在軌道和頻段資源獲取上遵循“先登先占、先占永得”的原則。低軌道能容納的衛(wèi)星數(shù)量有限,先發(fā)國家具有顯著優(yōu)勢,這是造就各國競爭趨于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(guī)模星座構建是當前衛(wèi)星行業(yè)的發(fā)展趨勢。而行業(yè)競爭已經(jīng)不僅僅是商業(yè)上的競爭,還有國防戰(zhàn)略層面的競爭,各國力爭在低軌衛(wèi)星領域進入全球第一梯隊,發(fā)展中國“星鏈”必要且緊迫。

從帶寬的角度來看,低軌衛(wèi)星又可以分為低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星和低軌窄帶物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星。

低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星工作頻段較高(C、Ku、Ka等),帶寬較大,傳輸速率較高,主要用于沒有地面網(wǎng)覆蓋區(qū)域用戶的高速傳輸需求,比如郵輪、科考站、航空、偏遠地區(qū)上網(wǎng)(國外)等。但以往這種衛(wèi)星寬帶通信都需要一個體積較大、功耗較大的終端,無法隨身攜帶。低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星是以互聯(lián)網(wǎng)應用為服務對象,以統(tǒng)一的網(wǎng)絡層為承載平臺,能夠作為互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有效組成的可獨立工作的網(wǎng)絡系統(tǒng)。代表運營商包括星鏈(Starlink)、英國一網(wǎng)(OneWeb)、星網(wǎng)等。

低軌窄帶物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星工作頻段較低 (UHF/VHF、L、S),帶寬一般不超過1MHz,傳輸速率在幾kbps。因此其主要用于衛(wèi)星移動通信和衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)應用,覆蓋沒有地面網(wǎng)區(qū)域的數(shù)據(jù)采集、遠程控制、衛(wèi)星電話等應用,天線體積較小、發(fā)射功率也較低,終端設備可以隨身攜帶。低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)(LEO IoT)由地面段、空間段以及用戶段組成,是解決地面物聯(lián)網(wǎng)在海洋、山區(qū)、沙漠等區(qū)域通信覆蓋能力不足的有效手段,可應用于暴雨、洪水、臺風等自然災害的監(jiān)測、應急救援通信等,也可以廣泛應用于手機直連衛(wèi)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(wèi)星的代表。從實際運行看,“天啟星座”系統(tǒng)作為信息基礎設施,能在較短時間內對分散于全球的衛(wèi)星終端進行數(shù)據(jù)采集、傳輸、匯集、處理,通過衛(wèi)星通訊回傳至信息中心,分包處理分發(fā)給相應用戶,提供覆蓋全球、準實時、全天候的數(shù)據(jù)采集及通信服務,廣泛應用于應急通信救援、環(huán)境環(huán)保監(jiān)測、氣象監(jiān)測、智慧城市、危險化學品運輸、飛機跟蹤監(jiān)測、地震監(jiān)測預報、智慧海洋、油氣管道網(wǎng)、智慧農業(yè)、電力管網(wǎng)監(jiān)測和野生動植物保護等領域,服務航空、海事、林業(yè)、地震、水利、環(huán)保、氣象、海洋等行業(yè)部門業(yè)務,并可用于手機直連衛(wèi)星、腕表直連衛(wèi)星、衛(wèi)星對講機、衛(wèi)星穿戴設備等個人消費級應用。

伴隨著我國航天和通信技術不斷發(fā)展,低軌衛(wèi)星發(fā)射成本持續(xù)降低,而隨時隨地的互聯(lián)網(wǎng)接入和大數(shù)據(jù)服務需求將會進一步拓展低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡的應用落地,不斷豐富應用場景,帶來新的發(fā)展機遇。

萬物互聯(lián)時代

雙強聯(lián)合構建龐大商業(yè)版圖

近年來,美國 SpaceX的航天技術突飛猛進,火箭發(fā)射成本也在不斷降低,其低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項目——星鏈(Starlink)正在加快推進。

SpaceX星鏈衛(wèi)星目前總計劃發(fā)射四萬二千多顆衛(wèi)星,用于全球范圍內的網(wǎng)絡訪問。在2023年8月,SpaceX再次成功發(fā)射22顆星鏈衛(wèi)星,在地球軌道上的星鏈衛(wèi)星數(shù)量突破5000顆。

如今Starlink已成為全球最大的衛(wèi)星星座,運營著目前最大的低軌道寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡,但Starlink依然對窄帶衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)市場抱有著很大熱情。據(jù)美國媒體報道,SpaceX公司在2021年全資收購了一家做窄帶物聯(lián)網(wǎng)星座的公司SWARM,該公司已經(jīng)發(fā)射150余顆衛(wèi)星并在全球提供服務。

圖源：網(wǎng)絡

公開資料顯示,Swarm成立于2016年,通過自研的微型衛(wèi)星提供窄帶數(shù)據(jù)服務。Swarm創(chuàng)始人認為,隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術的發(fā)展,在萬物互聯(lián)的時代,全球將會有數(shù)以十億計的物聯(lián)網(wǎng)傳感器在同時工作,這些傳感器需要通過互聯(lián)網(wǎng)來進行數(shù)據(jù)交換。而以當前全球的網(wǎng)絡狀況來看,在廣大的農村和落后地區(qū),無線網(wǎng)絡支離破碎,而更加廣闊的大海之上更是沒有網(wǎng)絡信號的接入,這勢必不能滿足物聯(lián)網(wǎng)的要求。所以Swarm旨在提供窄帶數(shù)據(jù)服務,打造天基物聯(lián)網(wǎng)星座,可廣泛應用于農業(yè)、海事、能源、環(huán)保、水產(chǎn)養(yǎng)殖、交通運輸?shù)阮I域,如船舶追蹤、浮標管理、氣象數(shù)據(jù)收集、灌溉控制、病蟲害追蹤等。

SpaceX的口號是降低太空發(fā)射成本,而Swarm做的則是降低衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)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(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡存在緊密結合的可能性。借助Swarm所開發(fā)的窄帶通信數(shù)據(jù)服務,SpaceX也能提供這類物聯(lián)網(wǎng)服務能力,來擴增其商業(yè)版圖;而在未來Swarm的發(fā)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,低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和低軌窄帶衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)在一定程度上可以相輔相成、優(yōu)勢互補,雙強聯(lián)合更有利于加快建立一種新的空天地一體化網(wǎng)絡體系,構建更龐大的商業(yè)航天版圖。

中國版“星鏈”正在加速崛起

中國航天經(jīng)歷了60多年的自力更生和艱苦發(fā)展,取得了長足進步。雖然我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)起步較晚但發(fā)展較快,且后勁十足。

據(jù)了解,中國已向國際電信聯(lián)盟(ITU)提交了布局1.3萬顆低軌衛(wèi)星的申請。截至目前,我國在低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座建設方面由“國家隊”推出了“鴻雁星座”、“虹云工程”、“星網(wǎng)工程”等計劃并相繼成功發(fā)射,這標志著我國低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星系統(tǒng)建設邁出實質性的一步,將進一步帶動低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的增長。

同Swarm和Orbcomm類似,中國的低軌窄帶物聯(lián)網(wǎng)星座也正在搭建中。自2015年后,中國民營航天企業(yè)迅速發(fā)展,實現(xiàn)了民營衛(wèi)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(yè)也相繼提出了自己的低軌衛(wèi)星星座計劃。低軌物聯(lián)網(wǎng)星座成為民營企業(yè)角逐商業(yè)航天的重要機會。

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(fā)射任務,順利抵達預定軌道。

天啟星座21星至24星發(fā)射現(xiàn)場

官方信息顯示,“天啟星座”計劃是由國內商業(yè)航天民營企業(yè)國電高科推出,計劃于2024年完成部署運營由38顆衛(wèi)星和若干地面站組成的“低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)星座”,從而為物聯(lián)網(wǎng)相關行業(yè)用戶及“軍民融合”等國家戰(zhàn)略提供覆蓋全球、準實時的低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務,構建天地一體的低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。

作為中國首個提供低軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務的窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng),“天啟星座”系統(tǒng)由空間段、地面段、用戶段組成,可為用戶提供低成本的衛(wèi)星通信服務,目前已應用于電網(wǎng)、智慧農業(yè)、石油管道等8大行業(yè)16個領域。據(jù)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(guī)劃提出,要建設高速泛在、天地一體、集成互聯(lián)、安全高效的信息基礎設施,增強數(shù)據(jù)感知、傳輸、存儲、運算能力。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)建設已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略性工程,成為我國空天地海一體化信息系統(tǒng)的重要組成部分。

鑒于低軌道衛(wèi)星戰(zhàn)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(fā)展?

除了在現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)基礎上加大投資,加速低空軌道衛(wèi)星發(fā)射,爭取更多的空間資源,培養(yǎng)與之抗衡的力量。更應該以“星網(wǎng)”國家隊主導衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng),民營企業(yè)主導衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng),互相配合、優(yōu)勢互補、融合發(fā)展,積極推進和地基移動通信網(wǎng)、地基物聯(lián)網(wǎng)、北斗等的融合,為低軌道通信衛(wèi)星的發(fā)展創(chuàng)造新的優(yōu)勢,打開低軌衛(wèi)星通導遙一體化廣闊市場,提供全球性多維動態(tài)綜合時空服務,推動中國商業(yè)航天事業(yè)蓬勃發(fā)展。中國版“星鏈”的未來,讓我們拭目以待。