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卫星互联网轨迹资源稀缺,中国航天与世界卫星界大亨竞赛

作为钢铁侠的现实“衣钵传人”,埃隆·马斯克的每一个动作似乎都充满了科幻色彩。关于马斯克和SpaceX

作为钢铁侠的实际“衣钵传人”,埃隆·马斯克的每一个动作好像都充满了科幻颜色。关于马斯克和 SpaceX 的新闻,咱们总能隔三差五地在网上看到,大部分都是关于火箭收回、卫星发射以及移民火星。

 2015 年,马斯克在西雅图发布了一个比在火星上栽培蔬菜还要张狂的方案,Starlink——星链方案。该方案旨在经过制作由数以万计的星链人造卫星组成的网络,使一切卫星连成一个“星座”,为全世界每个旮旯供给牢靠的互联网衔接。 

 

SpaceX 公司将在未来七年内往太空发射 11943 颗通讯卫星,这些通讯卫星将掩盖整个地球,为全球几十亿人供给高网速、低推迟、价格廉价的网络服务。

现在停止,人类一共发射了约 8000 多颗卫星,但在轨运转的也就不到 2000 颗,假如星链方案可以如期完结,那么 SpaceX 一家公司具有的卫星数量将是其他卫星数量总和的 6 倍。

 其实,有关卫星互联网的竞赛从上世纪九十年代就开端了。

 其时,美国摩托罗拉公司在轿车电子和通讯电子范畴处于肯定独占位置,就如现在的华为,是通讯工程师心中确定的殿堂级公司。而那时的地上基站制作本钱是非常高的,而且布置难度非常大,底子无法抵达全球掩盖。

 1987 年,摩托罗拉公司的工程师工程师巴里·伯蒂格与其妻子在加勒比海休假时,妻子向他诉苦说,她无法用手机联络到她的客户。回到家后,巴里和摩托罗拉在亚利桑那州作业的卫星通讯小组的别的两名工程师提出了一个脑洞大开的主意——“咱们是否能把地上基站搬到天上去?”

 所以,他们想到了一种铱星解决方案,由 77 颗近地卫星组成的星群,让用户从世界上任何地方都可以打电话。由于金属元素铱有 77 个电子,这项方案就被称为了铱星方案,后来由于本钱预算的问题,卫星的总数降到了 66 个。

 

 

开端,摩托罗拉对这个项目的内部代号也很科幻,叫做“星球大战方案”,并于 1990 年对外发布方案,1996 年开端布置,方案在轨运营 66 颗卫星,布置本钱大约在 60 亿美金左右。

 美国的“德尔塔 2 型”火箭、俄罗斯的“质子 K 型”火箭和我国的“长征 2 号丙改进型”火箭别离承当了铱星的发射使命。1998 年 5 月,布星使命悉数完结,11 月 1 日,正式开通了全球的通讯事务。

 但是在其时,传统的手机现已彻底占据了商场,由于无法构成安稳的客户群,66 颗卫星还没发射完,这个项目就破产了。

 铱星方案的失败给了科学家们许多考虑,由于手机缺少,出售力气缺乏,价格昂贵,开业的前两个季度,在全球只开展了 1 万用户,到请求破产停止,这个耗资 50 亿美元树立的通讯网只要 5.5 万用户,而一些分析家估量该公司要完结盈余平衡至少需求 65 万用户。

 现在,智能通讯范畴飞速开展,互联网手机现已不再稀缺,所以,马斯克在铱星方案的根底上,提出了更为老练星链方案。

 星链方案中,大约 35%的卫星落在 1200 千米的高度,首要布置在 Ku 波段和 Ka 波段,用于卫星固定、卫星广播以及卫星通讯,约 65%的卫星会坐落在 300 千米的高度的 V 波段。

 SpaceX 的官方测试数据显现,星链的网络下行速度可以抵达 1440Mbps,在飞翔的 C-12 运送机上检测到了 610Mbps,这个速度比铱星方案的体系快了许多。

 

雷达波段区分

 

我国频率区分及用处表

 一颗猎鹰九号大约能承载六十颗星链卫星升空,每一颗卫星上都有一个功用强壮的离子推进系和一个定制的内部导航传感器,有必定的推进才能,一起还可以随时改动视点。每颗星链卫星将运用激光与它周围的四颗卫星通讯,组成一个全球的网络。

 2018 年 2 月,SpaceX 的猎鹰九号在加利福尼亚成功发射,它带着的两颗星链实验卫星宣告了星链制作的正式敞开,在此之后,SpaceX 加快了星链的制作速度。

 2019 年 5 月,SpaceX 成功发射了一箭 60 星,火箭发射之后,一级火箭被稳稳地收回到了海上渠道。依照 SpaceX 的发射方案,以及美国政府要求的最终期限,星链方案将在 2024 年之前布置 4425 颗卫星,在 2027 年之前完结一切的卫星布置。

 尽管整个方案是发射近 1.2 万个通讯卫星,但据 SpaceX 表明,星链方案仅需求 420 个卫星就可以开端细微地掩盖全球,在本年能就开端进行商业运作。

 

猎鹰九号火箭发射 – 入轨 – 收回流程

 2020 年 4 月 23 日,猎鹰九号第七次搭载 60 颗卫星发射,5 月 1 日,这一趟“银河号列车”过境福建、广东等地的夜空,由于间隔发射已曩昔一个多星期,这批星链抵达轨迹之后逐渐散开,所以不少大众观测到了四十颗相对亮堂的卫星。

 星链方案的方针集体是亚非拉偏僻的乡村区域,或许经济相对落后的区域,这些区域由于人口稀疏或许根底设施比较落后,底子无法运用互联网,但随着现在智能手机的遍及,处于偏僻区域的人们有着很强志愿去衔接互联网,他们只需求花 200 美金买一个披萨巨细的设备,就可以完结互联网的链接。

 一旦整个网络建成,spaceX 将是全球最大的宽带互联网运营商,估计每年收入约 300 亿美金。只要得到了这些收入之后,马斯克登陆火星的远大方针才可以继续地进行下去。

 或许有人会有这样的疑问,星链方案会不会推翻现在的网络方式,影响咱们 5G 的开展呢?星链方案现在处于前期,有许多的不确定性,但在可预见的未来傍边,星链方案并不会推翻未来的网络方式,它恰恰是一个和 5G 呈互补联系的存在。

 除了身为 Spacex 太空探究技能公司的创始人之外,马斯克仍是环保跑车公司特斯拉的 CEO,车联网和低轨物联网体系架构也是星链方案的愿景之一。未来轿车会是移动互联网的另一大场景,未来的智能驾驭、才智轿车不只是单个轿车经过传感器完结,需求经过边际核算和上层网络来完结。

 

 车联网和物联网是星链的实质,人们不可能只在信号好的城市里开车,就算是在室内,卫星通讯网络信号仍是会有很大的虚弱。而在乡村、沙漠、海洋,人们无法制作太多 5G 基站,所以星链这类的低轨互联网的作用是合作 5G 而不是推翻 5G。

 星链的卫星是将互联网信号直接传送到地上上的网关或用户终端的,这就意味着在根底设施的投入要少得多。简略的说,就是在乡村区域的地上不需求制作那么多基站了。星链的体系推迟是比较少的,由于星链的卫星大多数散布在 350~500 千米的高度,这比其他卫星要近许多。

 这就意味着互联网信号传播到卫星的间隔短了许多,信号在空间真空中的传播速度比入地光缆快 47%,星链的推迟大约是在 20 毫秒到 35 毫秒之间,未来会逐渐抵达 10 毫秒左右。依照这个速度,打游戏没有太大的问题,也可以根本满意车联网的要求,但离 5G 仍是差一些。

 我国研究院于 2019 年发布的《我国宽带开展白皮书》中显现,我国固定宽带用户达 4.35 亿,我国根底电信企业连续启动了 G.654.E 干线光缆的收集。2019 年推进根底电信企业在超越 300 个城市布置千兆宽带网络的接入,千兆网络掩盖的规模抵达了 2000 万个家庭。

 

 光纤的价格并不廉价,为什么我国大部分人都会觉得光纤不贵呢?原因在于,我国城市人口居多,我们分摊后就变得优惠了,像加拿大、美国,包含非洲、南北极、海洋外表等这些地广人稀的区域,接入光纤并不合算。所以星链的体系定位是全球商场,而不是某个国家的商场,更不是人口密布的城市个人用户商场。

 不可否认,卫星互联网与传统的地上网络比较有其本身的优势,到 2020 年 3 月 31 日,科学家联盟(usc)的数据库显现,地球上发射的在轨卫星有 2666 颗。而地球低轨轨迹、频率资源有限,世界卫星界一般遵从“先占先得”理念,稀缺的轨迹资源现已让低轨太空进入了竞赛形式,那么我国在竞赛剧烈的卫星互联网范畴中,该怎么追逐呢?

 2016 年 11 月,在马斯克提出星链方案概念后的一年,我国航天科技集团公司在珠海航展期间发布了“鸿雁星座”项目,该体系将由 300 颗低轨迹小卫星及全球数据事务处理中心组成,具有全天候、全时段及在杂乱地势条件下的实时双向通讯才能,可为用户供给全球实时数据通讯和综合信息服务。

 鸿雁星座一期工程方案 2021 年前后完结,整个方案在 2024 年前后完结。

 依照规划,鸿雁星座分为两个阶段进行制作。一期工程先发射 60 余颗距地 1100 公里左右的近地轨迹卫星,完结全球掩盖,一期工程带宽有限,优先支撑全球电话事务,并支撑要点区域的移动宽带互联网接入;二期工程再发射 300 余颗卫星,将大大扩展网络容量,完结全球移动宽带互联网事务支撑。

 待悉数完工后,体系容量可服务 200 万以上移动电话(进行语音通话)用户、20 万以上宽带互联网(100M 以上速率数据衔接)用户及 1000 万以上物联网(小数据量多衔接数)用户。

2 月 29 日,鸿雁星座的第一颗卫星在西北大漠的酒泉发射基地成功进入预订轨迹。相较于其它首要的低轨通讯体系,“鸿雁星座”发展稍慢,但我国陆地基站掩盖相对全球其它国家完善许多,内陆区域的居民简直罕见“上不了网”的状况呈现,所以鸿雁星座也首要掩盖方针和商场空间并不在我国内陆人口密布区。

 在我国海洋、户外、山林等区域,地上通讯体系一般无法完结全面掩盖。海上轮船、海洋钻井渠道、南海诸岛、南北极科考、海外密林沙漠地带、海外制作部队、海外驻扎人员等通讯,此前一向依靠铱星等国外通讯体系,不只花费高,安全问题也无法得到保证。我国现在尚无低轨卫星通讯体系,若鸿雁星座成功推向商场,将成为首个满意根本卫星数据通讯需求的体系。

 就在鸿雁星座第一颗卫星发射的前一周,2018 年 12 月 22 日,虹云工程首星在酒泉卫星发射中心成功发射并进入预订轨迹,成功完结了网页阅读、微信发送、视频谈天、高清视频点播等典型互联网事务。

 虹云工程脱胎于我国航天科工的“福星方案”,方案发射 156 颗卫星,它们在间隔地上 1000 公里的轨迹上组网运转,构建一个星载宽带全球移动互联网络,完结网络无差别的全球掩盖。

 

 

虹云工程定位的用户集体首要是集群的用户集体,包含飞机、轮船、客货车辆、户外场区、作业团队以及一些偏僻区域的村庄、岛屿等。

 2019 年 1 月上旬,虹云工程初次在六合连通通讯实验中经过卫星宣布信息——“多少事,历来急;六合转,岁月迫。一万年太久,只争朝夕”。随后,虹云工程又完结了屡次全体系、全流程互联网事务通讯功用实验和多用户站入网通讯实验,均获得圆满成功。

 星链方案假如成功,SpaceX 会成为仅有一个可以供给全球实时地上直播的公司,为全球企业或政府服务虹云卫星可以完结每 24 小时向地上发送超越 30 万张高清图片,实则已抵达高清直播的水准。

 但 SpaceX 方案发射 11943 万颗卫星,一颗卫星只需掩盖 120 公里,而虹云工程方案发射 156 颗卫星,掩盖面积要就比星链卫星大得多,所以高清直播的作用或许没有星链那么好。

 路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。面临强壮的星链方案,我国正快马加鞭不断探究,未来可期!

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