衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)示意圖 中國航天科工集團(tuán)二院供圖
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)示意圖 中國航天科工集團(tuán)二院供圖
7月上旬，國內(nèi)首架高速衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)飛機(jī)完成首航，利用一顆高通量衛(wèi)星在萬米高空完成了百兆以上速度的聯(lián)網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)了流暢的空中直播。
早在今年4月，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)就被明確列入新型基礎(chǔ)設(shè)施的范圍。作為新一代信息技術(shù)演化生成的信息基礎(chǔ)設(shè)施，從構(gòu)想到發(fā)射組網(wǎng)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的藍(lán)圖正一步步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是什么？
以衛(wèi)星為接入手段的互聯(lián)網(wǎng)寬帶服務(wù)模式
“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)主要是指以衛(wèi)星為接入手段的互聯(lián)網(wǎng)寬帶服務(wù)模式，它屬于新基建中的信息基礎(chǔ)設(shè)施。”中國航天科工集團(tuán)“虹云工程”總設(shè)計師向開恒說，目前衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)較多的是指利用地球低軌道衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。相比高軌衛(wèi)星，它具有低時延、易于實(shí)現(xiàn)全球覆蓋的特點(diǎn)。
中國航天科技集團(tuán)五院全球低軌衛(wèi)星移動通信與空間互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中心副主任黃華介紹說，地面網(wǎng)絡(luò)靠基站通信，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)則是基于衛(wèi)星通信技術(shù)接入互聯(lián)網(wǎng)，好比將地面的基站搬到了太空中，每一顆衛(wèi)星就是一個移動的基站。
根據(jù)通信衛(wèi)星所處軌道的不同，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可分為高軌和低軌兩類。
高軌衛(wèi)星的軌道距離地面約3.6萬公里，也叫作對地靜止軌道。盡管都在高速運(yùn)動，但該軌道上的衛(wèi)星軌道周期和地球自轉(zhuǎn)周期嚴(yán)格一致，相對地面保持“靜止”，其覆蓋的地區(qū)也是固定，因此建立通信服務(wù)比較容易。利用這個特點(diǎn)，可以通過高軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)寬帶通信，而且所需的衛(wèi)星數(shù)量不用太多。但高軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)也存在天然的局限。地球半徑只有6378公里，用高軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)通信服務(wù)，相當(dāng)于從地球表面發(fā)信號到3.6萬公里以外，一來一回，再加上信號處理等過程，導(dǎo)致時延不小。對于一般的通話或訪問網(wǎng)頁來說還可接受，但對實(shí)時性要求高的應(yīng)用如聯(lián)網(wǎng)游戲、無人機(jī)遙控等則無法滿足需求。此外，地面接收高軌衛(wèi)星信號的終端必須做得比較大，才能良好接收如此遠(yuǎn)距離的信號。
因此，人們把目光投向了500—2000公里范圍內(nèi)的近地軌道。在這個軌道上，地面和衛(wèi)星之間的通信傳輸時延達(dá)毫秒，足夠滿足車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛等需求，接收終端可做成手持的，智能手機(jī)都能接入。
“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的興起，是由需求和技術(shù)的可能性共同驅(qū)動的。”黃華說，將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入新基建，反映了數(shù)字化、信息化帶來的需求。而隨著航天和通信技術(shù)的進(jìn)步，又使得提供這種服務(wù)成為可能。
專家認(rèn)為，從發(fā)展趨勢看，數(shù)字化、信息化已深刻改變?nèi)藗兩睿謾C(jī)用戶希望隨時隨地都能聯(lián)網(wǎng)。盡管地面網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)，但許多特定場景下靠地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋代價太大，難以收回成本。相關(guān)數(shù)據(jù)也顯示，目前全球仍有35億人不能上網(wǎng)，7億人沒有通信服務(wù)。于是，將“基站”布設(shè)到近地太空成了一個選擇。而且，與上世紀(jì)90年代的銥星等窄帶低速衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)不同，新的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)的是和地面類似的寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，也就是低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。
低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)如何實(shí)現(xiàn)？以1000公里的近地軌道為例，衛(wèi)星繞地球一圈100多分鐘，通過成百上千個衛(wèi)星在這個軌道高度組成星座，從而實(shí)現(xiàn)對全球的無縫覆蓋。對用戶來說，盡管衛(wèi)星始終在運(yùn)動，但每時每刻都有衛(wèi)星飛過頭頂，網(wǎng)絡(luò)信號始終保持穩(wěn)定覆蓋。
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)能干什么？
無論身處沙漠還是海上、飛機(jī)上，都能享受到像家里一樣的上網(wǎng)體驗(yàn)
隨著低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)概念的興起，近年來國際上出現(xiàn)了星鏈、OneWeb等相應(yīng)計劃。
在國內(nèi)，2018年12月22日，“虹云工程”首發(fā)星即技術(shù)驗(yàn)證衛(wèi)星被送入軌道，標(biāo)志著我國低軌寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)邁出實(shí)質(zhì)性步伐。“虹云工程”是由中國航天科工集團(tuán)有限公司牽頭研制的覆蓋全球的低軌寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)，通過搭建由156顆小衛(wèi)星組成的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全球無死角的自由接入寬帶互聯(lián)網(wǎng)。幾乎同時，2018年12月29日，“鴻雁”星座首發(fā)星也成功發(fā)射并進(jìn)入預(yù)定軌道。“鴻雁”星座是由中國航天科技集團(tuán)自主建設(shè)的低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其目標(biāo)也是在太空構(gòu)建一條四通八達(dá)、覆蓋全球的信息通路，計劃用60顆核心骨干衛(wèi)星和數(shù)百顆寬帶通信衛(wèi)星組成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全球任意地點(diǎn)的互聯(lián)網(wǎng)接入。
“虹云工程”技術(shù)驗(yàn)證星發(fā)射入軌后，在2019年完成了不同天氣條件、不同業(yè)務(wù)場景等多種工況下的全部功能與性能測試。測試人員通過衛(wèi)星用戶終端接入互聯(lián)網(wǎng)，成功實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)頁瀏覽、微信發(fā)送、電商購物、視頻聊天、高清視頻點(diǎn)播等典型互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，也可以正常使用短視頻APP。衛(wèi)星在軌實(shí)測的所有功能與指標(biāo)均滿足要求甚至超出預(yù)期。這顆試驗(yàn)星用戶體驗(yàn)速率超過10兆。
“系統(tǒng)建成后，無論我們身處沙漠還是海洋，抑或是飛機(jī)上，都能享受到與在家里一樣的上網(wǎng)速度和服務(wù)體驗(yàn)。”向開恒說，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)隨時隨地的互聯(lián)網(wǎng)接入，尤其是在高山荒漠、深海遠(yuǎn)洋等傳統(tǒng)移動通信到達(dá)不了的偏遠(yuǎn)地方，更具優(yōu)勢。
黃華認(rèn)為，盡管衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的最大網(wǎng)速比不過地面光纖，但用戶實(shí)際使用體驗(yàn)不會有太大差別。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和地面網(wǎng)絡(luò)如5G網(wǎng)絡(luò)將是互補(bǔ)關(guān)系。在大城市等地面通信發(fā)達(dá)地區(qū)，人們優(yōu)先使用地面網(wǎng)絡(luò)。而在地面網(wǎng)絡(luò)不能到達(dá)的地區(qū)，包括南北極科考、戶外探險等場景則更適合使用衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)能夠滿足信息基礎(chǔ)設(shè)施差的地方的需求，填補(bǔ)信息鴻溝，使網(wǎng)絡(luò)連接變得可能和便利。
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)提供的服務(wù)并不限于寬帶，也包括能夠提高定位和授時精度的導(dǎo)航增強(qiáng)功能，可對航空、航海、遠(yuǎn)洋貨物等進(jìn)行跟蹤的物聯(lián)網(wǎng)等。例如“虹云工程”就是一個通信、導(dǎo)航和遙感一體化的系統(tǒng)，可滿足應(yīng)急通信、傳感器數(shù)據(jù)采集以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、無人化設(shè)備遠(yuǎn)程遙控等實(shí)時性要求較高的應(yīng)用需求。“鴻雁”星座是寬窄結(jié)合的系統(tǒng)，用戶既可以使用手持終端打電話，也可以上網(wǎng)和使用導(dǎo)航增強(qiáng)功能。
北京九天微星科技發(fā)展有限公司首席執(zhí)行官謝濤認(rèn)為，通過和5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等緊密結(jié)合，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)未來的應(yīng)用場景會非常豐富。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)更像是一個太空中的平臺，搭載5G的載荷，可以滿足寬帶通信；搭載攝像頭就能實(shí)現(xiàn)遙感；加上導(dǎo)航增強(qiáng)，就能支持自動駕駛。
怎樣用好衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)？
關(guān)鍵核心技術(shù)要進(jìn)行攻關(guān)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展要實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)
當(dāng)下，商業(yè)航天發(fā)展迅速。作為衛(wèi)星通信與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的產(chǎn)物，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)尤其是低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)勾勒出一幅讓人向往的商業(yè)藍(lán)圖。不過，要真正搭建起系統(tǒng)并投入實(shí)際應(yīng)用，尤其是讓用戶獲得良好體驗(yàn)，并不簡單。
“盡管我們對衛(wèi)星和通信技術(shù)都有一定掌握，但衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)難度不小，不能一蹴而就，需要進(jìn)一步創(chuàng)新。”黃華說。
相比高軌衛(wèi)星相對地球靜止而容易“捕獲”，低軌衛(wèi)星以每秒7公里多的高速繞地球轉(zhuǎn)動，這種快速移動所導(dǎo)致的頻率變化、衛(wèi)星信號的動態(tài)切換等，和地面網(wǎng)絡(luò)不大相同。為了防止網(wǎng)絡(luò)中斷，從而讓用戶有良好的體驗(yàn)，需要對許多關(guān)鍵核心技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。此外，為了降低地面維護(hù)成本，上千顆在軌衛(wèi)星有必要通過智能化實(shí)現(xiàn)在軌自主運(yùn)行，這也要通過技術(shù)創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)。
除了解決技術(shù)難題，專家認(rèn)為，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)真正用起來，關(guān)鍵還在于被普通大眾接受，要好用也能用得起。這就要求衛(wèi)星組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)低成本，地面終端也要實(shí)現(xiàn)低成本、小型化。“例如，通過批量生產(chǎn)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的衛(wèi)星會更便宜；通過技術(shù)攻關(guān)，把芯片越做越小，把天線從‘一塊磚’變成‘一片瓦’。”
謝濤認(rèn)為，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)這種復(fù)雜系統(tǒng)對于系統(tǒng)設(shè)計、技術(shù)路徑選擇、產(chǎn)業(yè)配套等都有非常高的要求，有必要在設(shè)計之初就考慮到成本、產(chǎn)業(yè)成熟度、地面情況以及實(shí)際應(yīng)用需求等綜合性因素。“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入新基建給產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展注入了信心和活力，推動產(chǎn)業(yè)鏈提供更高性價比的衛(wèi)星、載荷和地面終端產(chǎn)品，讓全產(chǎn)業(yè)鏈降低成本。”
向開恒表示，一方面，隨著低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不斷拓展，通信容量會不斷擴(kuò)大。而規(guī)模越來越大，成本也會隨之不斷下降；另一方面，通過政府層面的引導(dǎo)、市場層面的實(shí)踐，整合資源，通過產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化運(yùn)作降本提效，形成產(chǎn)業(yè)發(fā)展良性循環(huán)。
專家預(yù)計，普通用戶像打手機(jī)一樣用上衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，可能還需要數(shù)年時間。（余建斌）
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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