卫星互联网:高科技领域的低成本挑战

2020年，卫星互联网首次纳入新基建，卫星互联网建设升级为国家战略项目。预计到2030年，中国卫星互联网市场整体规模将达到1000亿。

刘百奇 星河动力(北京)空间科技有限公司CEO

近日，SpaceX CEO埃隆马斯克在西班牙巴塞罗那举行的2021年移动世界大会上表示，SpaceX的卫星互联网计划进展迅速，预计总投资在200亿至300亿美元之间，未来12个月可能会有超过50万用户。

“截至2020年第一季度，在轨低轨通信卫星数量占比58.8%。随着低轨宽带卫星互联网概念的兴起，人们对卫星互联网能够提供的服务充满了期待。”7月16日，珠海欧比特航天科技有限公司董事长颜军在接受科技日报记者采访时表示。

“2020年，国家首次将卫星互联网纳入新基建范畴，卫星互联网建设上升为国家战略工程。遥感工程和导航工程已成为中国天地一体化信息系统的重要组成部分。预计到2030年，中国卫星互联网市场整体规模将达到1000亿。”星河动力(北京)航天科技有限公司CEO刘百奇说。

我国卫星互联网尚处方案论证阶段

“卫星互联网是指通过卫星向全世界提供互联网接入服务。据不完全统计，全球已有近30家公司宣布部署卫星互联网星座，计划发射卫星超过10万颗。”颜军指出。

刘百奇表示，随着以SpaceX、OneWeb为代表的商业航天公司宣布数以万计的卫星发射计划，根据美国摩根士丹利的报告，到2030年全球卫星互联网市场规模将达到约454亿美元。

“部署卫星互联网的国外公司主要有SpaceX、OneWeb、亚马逊等。中国处于早期规划阶段，主要由中国卫星网络集团有限公司组织.在星座建设方面，SpaceX发射了1737颗星链卫星，OneWeb发射了182颗卫星。”京航威泰测控仪器(北京)有限公司董事长郝海生在接受采访时提到。

近年来，随着我国多个低地球轨道卫星星座的发射，我国卫星互联网产业迎来了快速发展的机遇，不少地方开始在卫星互联网产业领域积极部署。“目前，华北、中南、华东地区引领国内卫星互联网产业发展，而西南、西北、东北地区在产业链关键环节建设上形成了鲜明特色。”颜军说。

但我国卫星互联网还处于方案论证和卫星试验阶段。“技术发展趋势主要包括高、中、低多层卫星网络融合，基于低轨卫星网络的用户接入，基于海外站星间链路的数据落地。国内商业卫星设计体系相对落后，建立基于模型定义卫星技术的新型设计体系成为未来卫星互联网产业发展的关键技术趋势之一。”郝海生说。

“由于低轨卫星具有覆盖范围广、成本低的优势，卫星互联网可能是连接地面基站覆盖不到的偏远地区的最佳选择。”根据颜军的分析，预计更高频率的Q频段、V频段和THz频段将成为下一代卫星互联网布局和竞争的焦点。

与5G/6G的结合将带来更多可能

“卫星互联网产业包括卫星制造、卫星发射、地面基础设施建设、卫星网络运营、终端应用等。这是新信息产业在太空的延伸。”刘百奇说。

5G技术的发展为未来的空间信息产业带来了更多的可能性。“从需求、应用和技术来看，卫星互联网和5G是相辅相成的。6G时代，移动通信正走向天地一体化，低轨星座将与地面移动通信系统有机融合实现

“5G与未来6G、卫星互联网的结合，将在自动驾驶、航空WiFi、远洋航运、领域探索等领域迎来革命性的创新突破，打造新的万亿级产业。”刘百奇说。

郝海生认为，中国除了发射卫星外，还应开展信息和海关站、高性能相控阵天线终端、低成本平板/反射面天线终端建设，以及无人值守边境综合监测站建设。

“受限于固有特性，5G/6G基站的密度远高于传统3G/4G网络。综合铺设成本太高。短期内只能保证城市覆盖，而卫星互联网可以实现偏远和海洋地区的网络。补充覆盖，海洋、石油、电力、农林等行业可能会出现大量新的线上商业模式，野外勘探、远程直播等领域可能会进一步发展。”郝海生说。

打造中国版“星链”还需多方发力

目前，我国发展卫星互联网产业的难点是什么？

据郝海生分析，卫星互联网主要面临星载/地面相控阵天线、长期稳定高速星间激光载荷、高精度稳定长寿命卫星平台、多层星座配置维护和复杂星座组网控制等多项基础技术挑战。

“整体来看，国产互联网卫星需要突破低成本量产的问题。此外，国内互联网卫星的承载能力存在瓶颈，目前的射频、成本和容量难以匹配大型星座的低成本、海量和高频传输需求。国内商业航天综合成本仍然较高。因此，各类商业公司仍以试验星为基础，多数小批量发射不利于商业航天技术系统的快速验证、试错和迭代。”郝海生说。

颜军认为，未来应通过新的基础设施推动卫星互联网的科技创新和发展，提升卫星互联网技术产业上游的R&D和制造水平

颜军表示，未来，通信、导航、遥感三大主流卫星系统互联互通，必然会产生海量的通信网数据，如何拥抱卫星大数据时代，是卫星互联网产业需要面对的关键问题。

刘百奇认为，卫星互联网产业链条长、保障要求高，技术创新、资金投入、发射保障、空间资源等多个环节都为巨型卫星网络的构建带来了严峻挑战。

延伸阅读

卫星互联网也分个“高低”

根据通信卫星所处轨道的不同，卫星互联网可分为高轨和低轨两类。目前卫星互联网较多的是指利用地球低轨卫星实现的低轨宽带卫星互联网。相比高轨卫星，低轨卫星具有低时延、易于实现全球覆盖的特点。

高轨卫星的轨道距离地面约3.6万公里，也叫作对地静止轨道。尽管都在高速运动，但该轨道上的卫星轨道周期和地球自转周期严格一致，相对地面保持“静止”，其覆盖的地区也是固定，因此建立通信服务比较容易。利用这个特点，可以通过高轨卫星实现宽带通信，而且所需的卫星数量不用太多。

但高轨卫星互联网也存在天然的局限。地球半径只有6378公里，用高轨卫星实现通信服务，相当于从地球表面发信号到3.6万公里以外，一来一回，再加上信号处理等过程，导致时延不小。这种时延对于一般的通话或访问网页来说影响不大，但对实时性要求高的应用，如联网游戏、无人机遥控等来说却是“灾难”。此外，地面接收高轨卫星信号的终端必须做得比较大，才能良好接收如此远距离的信号。

因此，人们把目光投向了500—2000公里范围内的近地轨道。在这个轨道上，地面和卫星之间的通信传输时延达毫秒，足够满足车联网、自动驾驶等需求，接收终端可做成手持的。

低轨宽带卫星互联网如何实现？以1000公里的近地轨道为例，卫星绕地球一圈100多分钟，通过成百上千个卫星在这个轨道高度组成星座，从而实现对全球的无缝覆盖。对用户来说，尽管卫星始终在运动，但每时每刻都有卫星飞过头顶，网络信号始终保持稳定覆盖。