新版“星球大战”要来了?这里没有硝烟,只有

编者按:本文来自微信公众号“IT时报”(ID:vittimes),作者 孙鹏飞郝俊慧,36氪经授权发布。

4月24日是中国航天日,50年前的今天,中国第一颗人造卫星“东方红一号”送入太空。中国航天由此踏上星辰大海。

全球仅有中美两国开始全球卫星互联网的建设,如果中国建成一张卫星互联网,意味着中国每一寸土地都能被覆盖上信号,包括海洋、沙漠等基地无法触达之处。天风证券预计我国或诞生1-2家世界级卫星互联网企业,或需8年入轨1.1万颗卫星,这个数字预示着什么?

5G+卫星,成熟了吗?车联网、飞机上网、邮轮公海上网都不用担心网络问题,这些美好前程都依赖于5G与卫星的完美融合。

在太空建立起一张网络!

上世纪80年代,时任美国总统罗纳德·里根提出的星球大战计划曾让那时的人们叹为观止。

1983年雷根在电视演讲星球大战,图源:维基百科

今天,在太空建立民用、商用互联网已经不是天方夜谭。

4月20日,国家发改委召开新闻发布会,首次明确新型基础设施(简称新基建)中信息基础设施的范围。

其中在5G、物联网、工业互联网等耳熟能详的名词之后,是一个新名词——“卫星互联网”。

美国东部时间4月22日15时30分,航天公司Space X的猎鹰9号火箭从美国佛罗里达州肯尼迪航天中心升空。

将60颗卫星送上了太空,这是特斯拉和Space X的创始人马斯克 “星链计划”的第7批卫星。

“星链计划”的第7批卫星,图源:Space X官网

至此,星链在太空中已有422颗卫星,而根据马斯克的规划,星链最终是由4.2万颗卫星组成一个环绕地球的星座,为全球提供宽带上网服务。

由于轨道和频谱的稀缺性,各国面向距离地球500公里-1500公里的太空征途已然开始。

目前,我国已有的星座计划大多只有数百颗,规模和发射速度远不及Space X。

中国何时会建自己的巨型星座?谁将是执牛耳者?5G+卫星互联网会带来哪些变革?

卫星互联网出现在新基建表述中,或许只是一个伏笔。

今天是中国航天日,我们尝试接近最终的答案。

01太空中的必争之地

深夜,火箭升空,心潮澎湃。

1970年4月24日,“长征一号”火箭成功把中国第一颗人造卫星“东方红一号”送入太空。中国航天由此踏上星辰大海。

1970年4月24日,我国发射的第一颗人造卫星“东方红一号”,图源:新华社

50年后,中国成为世界上少数几个独立掌握载人天地往返、空间交会对接等重大航天技术的国家之一。

今年5月,第55颗北斗卫星将发射,中国由此建成覆盖全球的北斗卫星导航系统,与老牌导航系统GPS分庭抗礼。

北斗卫星导航系统,图源:AGI

但在太空中,中国还缺一张自主建设和运营的全球卫星通信系统网络,尤其是卫星互联网。

全球范围内,沙漠、海洋等特殊环境下无法建设移动基站,也有很多国家无法铺设光纤,提供宽带服务。

这是卫星互联网作为网络通信辅助手段的机会。

传统意义上的卫星大多是高轨、中轨卫星,距离地面5000公里至35800公里,信号传输存在一定时延。

今年1月10日,天通卫星系统宣布商用,这是我国目前唯一一颗通信卫星,只能覆盖地球约三分之一表面。

天通卫星系统提供卫星电话服务,图源:央视财经

目前天通卫星信号主要覆盖中国及周边,当三颗卫星发射完成后,预计信号将覆盖全球,图源:天通卫星官网

近几年来,距离地面500公里至1500公里的低轨空间成为热点,由于离地面距离近,无线通信信号减弱的现象相应较少。

但低轨卫星环绕地球一周的时间约为10-40分钟,卫星运动轨迹在不断变换,为了持续稳定地向地面输出信号,需要有多颗卫星组成星座,即卫星互联网。

OneWeb卫星星座,图源:OneWeb/YouTube

如果建成一张卫星互联网,意味着全球每一寸土地都能被覆盖上信号。

天风证券研报数据显示,目前全球仅有中美两国开始全球卫星互联网的建设。

OneWeb、星链、亚马逊Kuiper雄心勃勃,目标都是通过小卫星组成星座,网络覆盖全球,解决山高水长之处的上网难题,已公布的计划中,预计发送的卫星数量将近5万颗。

OneWeb、星链、亚马逊Kuiper等公司计划在2030年底之前集体发射多达57,000颗新卫星。图源/AGI

反观国内,卫星星座计划中发射卫星数量在30颗以上的有10个项目。

其中,国字头背景的“鸿雁”星座计划发射300颗卫星,首期投资约200亿元人民币,“虹云”星座计划发射156颗卫星,按此推断投资也将超过100亿人民币,计划发射数量最多的为银河航天,但也只有650颗。

中国主要卫星星座计划,图源:天风证券

这些数字与Space X相去甚远。

截至2019年5月,国际电联已经收到200多个大型卫星星座的申请。

2019年11月20日,国际电联通过新版低轨卫星通信频段分配方案,采用先发先得原则,只要7年内发射一颗卫星并在随后7年内将申请的卫星数量全部发射完成,便可以占用相应频段。

磐石量化的一篇研报显示,目前,国外已经公布的低轨通信卫星方案中,卫星轨道高度集中在1000~1500公里之间,频段主要集中在Ka、Ku和V频段。

在轨道高度有限、频段高度集中情况下,各国竞争愈演愈烈。

常见电磁频率和卫星频率,图源:Bliley

中国电子科技集团公司电子科学研究院高级工程师方芳告诉《IT时报》记者,尽管递交卫星发射申请时,企业都会将避免碰撞、避免信号干扰方案写入申请。

但是,卫星上天后是否会产生这些负面现象,她认为仍有待考量。

这是一场对太空的无声争夺战。

在此前提下,“卫星互联网”一词出现在新基建表述中,似另有深意。

方芳的另一个考量是,未来6G具有天地互联特性,很可能以5G+卫星互联网的形式呈现,对一直在移动通信标准领域强调引领地位的中国而言,这是必争之地。

2030年以后的下一代网络设想,图源:国际电联

但谁将是中国的Space X?

02卫星烧钱“黑洞”

近轨卫星星座之所以成为焦点,除了人类长久以来对星空的热爱,当然还有商业。

马斯克在某次采访中表示,星链建成后,预计每年收入可达300亿美元,10倍于Space X。

马斯克和星链计划,图源Business Insider

银河证券预估,未来我国国内卫星互联网的市场空间有望达到420—560亿元,实现全球卫星互联网服务后,市场空间将实现成倍增长。

但在星座建成之前,这是一个巨大的投资黑洞。

3月28日,近轨卫星领域的明星公司OneWeb申请破产保护,在花完34亿美元融资之后,它“断粮”了。

“猜猜有多少卫星通信网络没有破产?”“零。”这是马斯克的回答。

2015年以来,中国陆续有民营企业进入火箭和卫星发射领域,但与马斯克相比,成本居高不下。

资料显示,Space X星链计划中的一颗地轨卫星制造成本在100万美元左右,约合人民币700万元左右,一颗卫星重约260公斤。

Space X推出的在线定制下单,100万美元起步,图源:Space X官网

但在国内,一颗10公斤的小型近轨卫星最便宜售价也要几百万元人民币。

“如果重量高达200公斤,售价在千万级。”微小卫星研发制造商微纳星空的CEO高恩宇告诉《IT时报》记者。

组建一个巨型星座意味着至少成百上千,甚至数万颗卫星,前期投资巨大。

同样,发射卫星也不便宜。

一位业内人士表示,目前国内提供火箭搭载服务的主要有两家企业:航天科技和航天科工。

“航天科技旗下长征系列火箭大多执行国家级大型发射任务,而航天科工旗下快舟系列是小型固体发动机火箭,因此搭载快舟系火箭的费用相对低点。”

4月1日薇娅直播卖的火箭就是快舟系火箭,图源:网络

光大证券研报显示,快舟一号甲是国内具有商业优势的一款火箭,如果发射低轨卫星,发射成本为10000美元/公斤。

而Space X猎鹰重型火箭的发射成本不过1400美元/公斤。

猎鹰重型火箭为 9000 万美元/次,将载荷输送至近地轨道的价格约为 1400 美元/公斤,图源/Space X官网

高恩宇表示,国内发射卫星需要经过9个月到1年的审批,而且不允许国内卫星搭载其他国家火箭发射。

另一重门槛是技术。

南京世域天基通信技术有限公司 CEO郭正标坦言,从研发到制造,卫星行业都有技术门槛。

如果把卫星向地面传输信号想象成从高空中洒水,落地的水滴如同地面用户接收到的信号,区域内水滴越多,说明用户接收到的信号更强。

因此如何让水滴聚焦在某一区域,是卫星研发、设计厂商需要思考的难题。

在这个重资产、重技术的行业中,能否诞生中国版Space X?

天风证券认为,我国或将加速跟上全球卫星互联网建设进度、社会发展战略价值以及卫星轨位资源的竞争。

中国版的Space X会以战略制造业巨头+通信技术巨头+传统电信运营商巨头+新兴产业巨头的集团化模式运作。

它预计我国或诞生1-2家世界级卫星互联网企业,或需8年入轨1.1万颗卫星。

03吉利入场

和马斯克一样,李书福也有一个太空梦。

今年3月3日,台州吉利卫星项目正式开工。而在上周五(4月17日)吉利汽车集团副总裁杨学良在微博透露吉利要招火箭总师的信息。

图源:微博

此后,猎聘网晒出吉利旗下时空道宇招聘信息,其中卫星荷载设计师月薪2.5万元以上,而火箭总工艺师的月薪为2万元至2.5万元。

图源:猎聘网

吉利方面相关人士告诉《IT时报》记者,吉利主要做卫星业务,今年年内会以一箭双星的形式发射两颗低轨卫星,主要用于导航增强验证。

一切似有预兆。

去年11月,箩筐技术宣布吉利科技4250万美元投资及公司发行的普通、优先股已促成完成对易图通51%股权收购。

而易图通具有国家甲级测绘资质,是国内主要的地图公司之一,在汽车前装市场占份额约24%。

拥有甲级测绘资质才可以进行自动驾驶地图(高精地图)制作,2019年曾有媒体报道国内十八年仅有十八家获得,图源:易图通官网

厘米级的高精定位车载导航,是吉利动作背后的原因。

吉利方面表示,相比于互联网企业,年销售量过百万的吉利在导航测试方面更有优势。

吉利汽车年销售量过百万,图源:吉利官网

不过,吉利方面没有对外透露有关星座计划。在一位业内人士看来,未来吉利需要发射更多低轨卫星。

投入大量资金做卫星只为了推出导航、地图业务,这似乎并不是一笔划算的生意。或许吉利的野心不局限于此。

记者发现,箩筐技术公告称,收购易图通后起业务将拓展至自动驾驶HD Map、智慧交通等领域。

图源:箩筐技术官网

“要实现L4、L5级别的自动驾驶, 达到车道级、厘米级的高精度定位。” 一位业内人士表示,这些通信可以通过低轨卫星实现。

但由于信号从卫星传输至地面仍有时延,因此现实场景中还要地面增强基准站和5G网络来实现。

5G+低轨卫星,是无人驾驶不可或缺的环节。或许这也是看得见的未来。

湖南省交通运输厅科技信息中心乔川龙曾表示,在卫星基站、地面站、5G承载网、核心网等新基础设施支撑下,5G+卫星互联网下的智能公交会催生出更多万亿级的新产业。

这后续是吉利对未来的布局,依赖于5G和卫星互联网的融合。

045G+卫星,成熟了吗?

今年1月16日11时02分,民营航天公司银河航天发射了一颗低轨宽带通信卫星。

图源:银河航天官网

在各种媒体报道以及银河官网中,这颗卫星被称为“5G卫星”,银河航天将建设一个覆盖全球的天地融合5G通信网络。

正在建设得热火朝天的5G如果和卫星互联网相融合,完全解决网络覆盖难题,这是一个多么美妙的前景。

试想这样一个场景:乘坐飞机时,乘客们往往遇到飞行期间无法上网的难题,如果通过卫星连接上网,手机信号不会中断。

图源:pxhere

出国旅行时,如果办理了5G+卫星套餐,可以实时连上网络,不需要再交付国际流量漫游费,公海上邮轮上网也不再心疼资费。

在郭正标看来,这一切都会成为可能。

相较封闭状态的3G、4G,开放的5G天然拥有与卫星宽带网融合的基因,从2017年发布5G R14起,3GPP便开始展开卫星通信研究工作,并提出了5G+卫星互联网的应用场景。

目前,卫星互联网主要应用场景包括天地融合通信、全球互联、大规模物联网。

不过,《IT时报》记者从3GPP SA1副主席夏旭那里了解到,5G与卫星融合的标准将在R17 WID阶段确立。

5G标准进展,图源:3GPP官网

目前是由一家法国公司泰雷兹集团(THALES)在牵头制定标准R16 TR 38.821 (5G NR支持非地面网络的研究规范)。

图源:3GPP官网

受疫情影响,3GPP决定将5G的R17标准冻结推迟到2021年12月。

SaT5G是另一条融合卫星与5G的道路,项目由欧盟委员会资助。

SaT5G联盟成员,来源:SaT5G官网

2019年6月,项目团队在西班牙巴伦西亚举行的2019年欧洲网络与通信会议(EuCNC 2019)上宣布成功演示5G卫星系列操作,其目标是未来卫星系统可能在卫星链路上应用5G NR。

项目团队在EuCNC 2019上的合影,图源:Avanti/Twitter

不过,SaT5G目前还未正式商用。

在5G标准还未确定时,银河航天的5G卫星如何定义?截至发稿,对方并未回复记者的采访需求。

九天微星创始人兼CEO谢涛告诉记者,低轨卫星特性是距离远、延时大、移动快、换区频、跟踪难。

因此5G基站和低轨卫星融合时,一定要在5G通信协议和体制的基础上做优化,从而解决由以上低轨卫星特性引起的时间同步、频率同步、小区切换以及动中通等技术难点。

目前近轨卫星主要包括两类:透明转发弯管卫星和星上处理卫星,两种卫星各有特点。

弯管卫星结构简单,容易实现,功能更像一个光纤节点放大器或者是射频拉远单元。

目前大部分低轨卫星运营商都选择了弯管类型,但缺点在于不能实现星间通信,必须需要大量强功能地面站进行信号收发。

“未来趋势一定是星上处理卫星,可以将信号进行物理层处理,从而获得更多通信增益,降低终端功耗,延长使用寿命。

今年九天微星会在做好弯管卫星的基础上,投入研发力量,在星上处理卫星方面做深度技术布局。”谢涛表示。

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