星座|本月6颗低轨宽带卫星带5G上天，与“星链”差多少？
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【文/观察者网 吕栋 编辑/周远方】
【星座|本月6颗低轨宽带卫星带5G上天，与“星链”差多少？】俄乌冲突中 ， 特斯拉及SpaceX CEO马斯克响应乌克兰要求 ， 用“星链”（Starlink）支持在乌启动卫星互联网服务 。 去年12月 ， 两颗星链卫星靠近中国空间站 ， 后者不得不进行了紧急规避以避免灾难性碰撞 。 两件事再度引发外界舆论对卫星互联网技术的关注 。
“不发展是最大的不安全” ， 中国互联网数据中心（DCCI）未来智库专家胡延平对观察者网指出 ， 先到先得、谁占谁用的原则 ， 使得相关资源争夺的紧迫性空前凸显 。
近地轨道可容纳的卫星数量大约6万颗 ， 预计到2029年 ， 地球近地轨道就将部署大约57000颗卫星 。 全球处于组网、试验、立项等不同状态的星座计划 ， 正在展开一场前所未有、势在必得、不容有失的竞赛 。 频谱资源的紧迫性高于轨道资源 ， 目前已经到了刻不容缓的程度 。 只有快速组网、形成规模 ， 才可能有一席之地 。 有观点指出 ， “星链”计划的4.2万颗卫星部署成功实施后 ， 将对于我国卫星互联网形成重大竞争和挑战 ， 威胁到我国空间安全乃至国防安全 。
中国航天领域早已重视 ， 2020年 ， 中国将卫星互联网纳入“新基建”范畴 ， 同时将其提升为国家战略性工程 。
3月5日 ， 西昌卫星发射中心用长征二号丙运载火箭成功将银河航天02批六颗低轨宽带通信卫星送入预定轨道 ， 该任务还搭载一颗遥感卫星 。 随着2022年卫星互联网在全球进入加速发展期 ， 外界也十分好奇中国的卫星互联网有何进展 。 这个问题 ， 或许可在本月初银河航天02批卫星的星座验证组网中找到一些答案 。
胡延平向观察者网分享了他的观察与分析：通过02批卫星的组网试验星座与Starlink的分析对比 ， 以及该领域下一步各种动向与趋向的分析 ， 可以清晰观察到中国卫星互联网技术的发展现状 。 结合相关技术走势 ， 也可以对该领域未来多种可能性有所预见 。
除银河航天这类商业航天公司之外 ， “十三五”期间中国以航天科技、航天科工为首的央企也分别提出了自己的卫星互联网计划 ， 并发射了试验星 。 从目前国内已发布的卫星星座项目来看 ， 卫星发射将集中在2022-2025年；从建设进展来看 ， 目前已发射的多为试验星 ， 尚未实现星座组网 ， 典型代表有“鸿雁”星座、“虹云”工程、“行云”工程等项目 。
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银河航天批量研制的低轨宽带通信卫星 图源：银河航天（下同）
单星通信容量与星链相当
银河航天本次发射的02批卫星将在轨与首发星共同组成我国首个低轨宽带通信试验星座 ， 并构建星地融合5G试验网络“小蜘蛛网” ， 具备单次30分钟左右的不间断、低时延宽带通信服务能力 ， 将用于天地一体、天基互联等网络技术验证 。 这次任务对于推动我国6G通信技术发展也具有积极意义 。
作为一家商业卫星公司 ， 银河航天成立的时间不长 。 2018年 ， 哈工大毕业的徐鸣辞去猎豹移动总裁职务创办银河航天 。 成立2年后 ， 该公司完成B+轮融资 ， 投后估值近80亿 。
在卫星互联网建设过程中 ， 通信容量是一项关键技术 。 2020年1月 ， 银河航天首发星在酒泉卫星发射中心发射成功 ， 成为中国首颗通信能力达48Gbps的低轨宽带通信卫星 ， 也是全球首颗低轨高频毫米波卫星 。
银河航天向观察者网透露 ， 02批卫星单星设计通信容量超过40Gbps ， 该批卫星主要用于技术验证 ， 用于低轨卫星通信网络新体制、新架构的探索及各类场景服务的验证 ， 为日后大规模组网应用积累经验 。
“银河航天所说的容量是指对地面用户终端也就是对多用户上传加下载的总体能力 ， Starlink的指标是单星平均20Gbps ， 当然也有可能银河的40Gbps指的是双向‘卫星对地面用户终端+卫星对信关站’的通信容量总和” ， 胡延平对观察者网分析 ， “考虑到之前银河01首发星对信关站的最大通信能力达到48Gbps的后续公开信息 ， 02批次单星通信容量即使用这种算法 ， 也已经达到了与Starlink总体相当或实际高于Starlink的水平” 。
不过 ， Starlink今年可能会发布单星通信容量80Gbps的Gen2也就是第二期卫星（此前有申请披露） ， 但其实际发射可能要等到Gen1也就是第一期一万多颗星组网完成 ， 最快也要两三年以后 ， 由星舰发射到比目前高不少的上层近地轨道 。
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事实上 ， 卫星互联网的发展历史最早可以追溯到上世纪80年代 ， 在这一过程中 ， 卫星的多用户服务能力一直是重点和痛点 ， 只有覆盖更多的用户 ， 才能实现规模效应 。 据银河航天透露 ， 此次验证组网的星座具备同时给几千个用户提供通信服务的能力 。
Starlink单星可同时接入用户数量在100-200之间 ， 银河航天则称 ， 此次验证组网的星座“具备同时给几千个用户提供通信服务的能力” ， 在胡延平看来 ， 这可能是02批卫星取得的主要进展之一 。
“即使按照‘几千’的最低值2000计算 ， 单星服务多用户的能力也比Starlink高不少” ， 胡延平分析 ， “当然几千个用户也有可能指的是天地一体、卫星通信与5G融合的情况下 ， 透明转发、5G回传 ， 星座直接间接服务到几千个地面用户 。 不过 ， 个人认为大概率可能是卫星对地面用户终端的直接服务 。 ”
天线技术与可接入用户数直接相关 。 与Starlink对比来看 ， 如果银河航天02批卫星直接接入用户的确可以达到数千 ， 就有理由猜测这批卫星上采用了与01星不同的星载天线技术 ， 或者采用了低轨宽带卫星侧相控阵天线技术 ， 但这一点目前还没有得到证实 。
胡延平指出 ， 相控阵天线以“平板天线”的体积和净重 ， 以波束赋形、波束定向的多点波束技术 ， 结合频率复用 ， 可以在快速移动中支持单星同时接入较高数量级的地面用户 ， 且平均功耗低、信号增益高 。 但LEO低轨道宽带卫星在总质量只有200公斤左右的迷你体积下 ， 所需相控阵天线技术难度 ， 与GEO同步轨道、HEO高椭圆轨道、MEO中轨道等大型卫星天线的集成度/通信密度不可同日而语 。 Starlink已经全面相控阵化 ， 银河航天卫星与信关站之间可能还是抛物面天线 。
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规模化组网 ， 要多少轨道和卫星？
除了单颗卫星的天线技术外 ， 卫星互联网要想服务更多用户 ， 大规模组网就必不可少 。
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