卫星互联网爆发前夜 低轨卫星发射迈入活跃期

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2021年对中国通信产业而言是个标志性的年份。随着同年8月工信部宣布我国5G基站数与终端连接数占全球比重均超过70%,中国已建成全球规模最大的地面通信网络。而新的目标,正在向空间通信进发。

值得注意的是,将低轨卫星通信需使用的非地面波(NTN)技术纳入5G范畴,正是全球通信标准制定组织3GPP正在努力的目标。2021年9月,3GPP公布5G技术标准的R17版本将于2022年冻结发布,标准将首度引入非地面波技术,以作为5G标准的一部分。业内广泛认为,这对于移动与卫星通信产业而言,将是一座重要里程碑。

TrendForce研报预估,截至2022年全球卫星市场产值将有望达2950亿美元,年增长率达33%。尤其是在我国,受物联网需求与有限轨道资源驱动。预计2021 2035年我国卫星互联网总产值或可达93377亿美元。

标准先行 与5G互补融合

卫星互联网的提出由来已久,早在上世纪80年代末,摩托罗拉便提出了“铱星”计划,但在地面网络尚未完善的彼时,该计划也因实现成本过高而终告流产。直至近年来伴随5G网络的演进,卫星通信的优势才重新显现,并获得重视。

中国信科集团副总经理陈山枝博士此前接受采访时曾表示,低轨卫星通信的定位应该是与5G实现差异化互补,到6G时代,陆地移动通信和低轨卫星通信则将实现有机融合,包括架构融合、空口融合及终端融合等层面。

更为重要的是,对于目前的5G网络而言,支撑各垂直行业的物联网应用连接则是更为紧迫的任务,据中国互联网协会今年7月发布的最新报告显示,到2025年,我国移动物联网连接数将高达801亿个,年复合增长率达141%;全球则预计将有309亿台物联联网设备接入。

天风证券研报指出,低轨卫星互联网将成为2022年电子行业的关键趋势之一。预计在相关企业推动下,低轨卫星服务与相关零部件出货量将在2022年显著成长,低轨道卫星服务供应商将优先受益。

企业探路 卫星发射迈入活跃期

与任何产业的崛起路径类似,企业的先行 探索 也成为我国低轨卫星市场寻求突破的重要特征与趋势。

供应链拆解信息显示,卫星产业生态链包括卫星制造、卫星发射、卫星地面站、卫星服务四大领域,目前产业阶段以卫星制造与发射为主,在国内,领衔这一环节的为两大央企巨头——中国航天 科技 和中国航天科工。

公开信息显示,在星链计划诞生的2015年同年,中国航天 科技 和中国航天科工便同时公布了各自的低轨卫星项目——“鸿雁”和“虹云”,两者计划各自发射300颗和156颗低轨通信卫星,并将于2023年建设完成,其中,两大系统的首颗实验星都已于2018年底试射成功。

值得注意的是,在“鸿雁”和“虹云”两大工程完工前,我国还于2018年部署了首个低轨卫星物联网系统工程“天启 星座 ”。官方信息显示,这一系统由38颗低轨卫星组成,目前已成功发射15颗,并计划于2022年部署完成,届时能够解决70%以上陆地、全部的海洋及空中物联网数据通信覆盖盲区问题。

同时,中国航天科工也牵头推出了天基物联网 星座 “行云工程”,中国航天三江集团所属航天行云 科技 有限公司董事长钱微表示,目前项目第一阶段建设任务已圆满完成。计划在2022年完成第二阶段共12颗卫星的发射任务,并完成小规模组网。据其透露,届时该工程将会在集装箱运输监管、地质灾害监测、电网传输安全监管、油气勘探以及水利水务监管等诸多领域发挥作用。

而在央企之外,民营卫星发射企业也开始站上舞台中央。以银河航天为例,继今年5月与中国信通院成功合作开展一系列低轨卫星 星座 体制技术试验后,该公司又于今年10月与北京邮电大学合作,初步完成了5G卫星接入组网通信测试。

“随着国家队与民营航天企业同时在低轨卫星发射上发力,预计2022年国内卫星发射次数有至少2倍的倍数级增长。”张毅预计。

领航产业 政策加速落地

为了护佑引领低轨卫星产业的 健康 发展,我国中央与地方层面近年来也出台了多条产业政策。

国家层面,2020年4月,我国首次提出“新基建”计划,卫星互联网被纳入其中的通信网络基础设施范畴。2021年3月,我国“十四五”规划出炉,明确提出将建设高速泛在、天地一体、集成互联、安全高效的信息基础设施,打造全球覆盖、高效运行的通信、导航、遥感空间基础设施体系,建设商业航天发射场。

2021年11月,工信部对外发布《“十四五”信息通信行业发展规划》(以下简称“《规划》”),进一步在“十四五”规划总体目标基础上细化,提出包括全面部署5G、千兆光纤网络、IPv6、移动物联网、卫星通信网络等新一代通信网络基础设施5项重点任务。

《规划》指出,加快布局卫星通信,加强卫星通信顶层设计和统筹布局,推动高轨卫星与中低轨卫星协调发展;推进卫星通信系统与地面信息通信系统深度融合,初步形成覆盖全球、天地一体的信息网络,为陆海空天各类用户提供全球信息网络服务;积极参与卫星通信国际标准制定;鼓励卫星通信应用创新,促进北斗卫星导航系统在信息通信领域规模化应用,在航空、航海、公共安全和应急、交通能源等领域推广应用。

《北京市关于加快建设全球数字经济标杆城市的实施方案》则指出,超前布局6G网络,支持发展下一代信息通信网络、通信感知一体化、通信与人工智能融合、星地一体融合组网、通信网络内生安全等通信融合技术,协同开展6G相关的高端芯片、核心器件、仿真验证平台等攻关研制。

对于各地的政策加持,张毅分析称,卫星的发射需要极高的技术积累与资源调配能力,短期内在政策利好背景下诞生的企业很难具备航天发射需要的能力,而从地方政策的内容指向看,也更多会是材料、遥感、无线、芯片等产业链配套企业,后者在2022年会有明显的数量增长。

此外,张毅认为,中央与地方产业政策的密集出台,反映了卫星产业建设将在各地加速落地。随着商业卫星发射在2022年进入活跃阶段,2022年低轨卫星市场规模也将迎来进一步的增长。

北斗卫星导航系统已经无处不在,从地图导航到外卖,再到车库停车,无处不在。全球有超过372亿手机使用北斗导航系统。北斗系统的发展是一个不断创新、开拓进取的过程。北斗一号的主要成就是两颗卫星实现了广泛的高精度定位和授时服务,覆盖中国和周边地区。根据GPS定位原理,需要12颗卫星,双向授时精度10ns,全球领先。定位和报告可以在同一渠道同时完成。用户知道我在哪里,指挥部门也知道我们在哪里,定位报告是北斗与GPS最大的区别。

北斗是世界上第一个具有三频完整服务能力的导航系统。北斗是全球首个连续导航定位报告双模式集成系统。双模用户计算机带来了巨大的社会效益和经济效益。主要成就是独立建立了时间和空间的全球基准,因为只有全球系统是全球系统的代表,那些区域系统没有能力建立时间基准,所以北斗系统没有。北斗七星实际上是从第一阶段到第四阶段的航行,因此北斗七星的成就是跨代的。

我国北斗建成后,基本上达到了L频计级的导航精度。在2030年或2035年,一个导航、通信、遥感融合深度的空间系统将来自中国,中国的高速网络采用5g地面网络,实现全球天空物体和内容的连通性,第六代移动通信,中国的6G道路和西方国家的不一样,中国是先建设地面系统,然后建设空间系统,中国的空间系统是基于北斗时空基准的,所以中国的5G将会成功,中国的6G也会成功。

未来会有一个北斗全球物联网。互联网是人与人之间的一种联系,人们非常包容。为了实现全球动态事物之间的互联,全球物联网必须在时空基准下进行维护。世界一流的动态分米级北斗卫星导航系统已经实现,提供了统一时空基准的天基物联网,获得了天基无线电全球系统对地球的认知,北斗未来天基物联网模块实现了空间物体与空间的互联,空间与地球内容联网,任务超出了地球导航方法的研究。其意义在于充分发挥北斗空时基准的基本价值,打破世界上独立建筑行业导航、通信、遥感的固化状态,为包括遥感在内的大部分行业提供公共数据链接。北斗多业务卫星无线电系统是我国重要的空间信息基础设施。北斗三号在基础导航、星基增强、精确单点定位、信息通信、国际搜救等服务领域的综合创新,是未来发展的良好开端。

“武汉号”属于一个基于卫星通信的天基物联网 星座 ,整个 星座 计划由80颗卫星构成。

这个名为“行云工程”的项目,计划为全球提供基于卫星的通信服务。未来,无论汪洋大海、深山还是沙漠,卫星 星座 能覆盖的地方就有信号,为海洋、船舶、电力等领域提供无处不在的物联网服务。

行云02号卫星。中国航天科工

供图

为何命名为“武汉号”?

根据公开信息,快舟与行云卫星出自中国航天科工集团有限公司下属中国航天三江集团有限公司。中国航天科工是我国两家航天央企之一,航天三江为其下属企业,总部位于武汉。

2018年3月15日,航天行云 科技 有限公司(简称行云公司)在武汉揭牌,对外发布天基物联网组建计划,首个“湖北造”天基物联网组建工作启动。中国航天三江集团有限公司副总经理、行云公司董事长张镝当时介绍,该公司致力于研制和发射在低轨道运行的小卫星并组网形成 星座 ,建设天基物联网,实现全球范围内物联网信息的无缝获取、传输与共享。

实施发射任务的快舟一号甲火箭,是一款成熟的小型固体运载火箭,此前已完成8次商业发射,次次成功。

值得一提的是,火箭团队身处武汉,为表对医护人员的致敬与感激,火箭箭身涂刷了“致敬医护工作者群像”。

此次火箭箭身涂刷的“致敬医护工作者群像”。中国航天科工供图

“武汉号”上天所为何事?

3月29日,“行云工程”卫星团队已经全部抵达酒泉卫星发射中心。根据计划,4月中下旬将以一箭双星的方式,将行云工程项目两颗首发星送入太空。

此次发射的是行云二号01、02号卫星。其中,“武汉号”就是行云二号01星。

根据官方信息,两颗卫星由航天三江下属航天行云 科技 有限公司研发,将在低轨道上承担覆盖全球的“天基物联网”的通信传输服务功能,并在集装箱、海洋、船舶、电力、地灾、环境、林业、工程机械等行业开展应用测试。

行云公司天基物联网计划发射80颗行云小卫星,分α、β、γ三个阶段。2017年1月,首颗技术验证星行云试验一号乘快舟一号甲火箭已成功发射入轨。

具体而言,α阶段为试运营、示范工程建设,计划建设由行云二号01星与02星组成的系统。β阶段实现小规模组网,完成小 星座 系统构建,并开展第一阶段系统运营和市场开拓工作。γ阶段完成全系统构建,进行国内以及“一带一路”等国外市场的开拓。

本月的这次发射,行云二号01、02号两星入轨运行后,就将启动项目α阶段。

据项目方介绍,与传统物联网相比,天基物联网具有许多优势。系统覆盖区域地域广,能够实现全球无盲区通信。现阶段,全球超过80%的陆地及95%以上的海洋,移动蜂窝网络都无法覆盖,在海洋、岛屿、沙漠等偏远地区,天基物联网可以发挥至关重要的作用。

行云工程建成后的服务领域示意图。

中国航天科工供图

“武汉号”市场环境如何?

近年来,小卫星 星座 成为商业航天市场热门领域,众多航天企业先后公布雄心勃勃的 星座 计划,规模从数百颗卫星到上万颗不等。

其中,竞争最热门的领域为低轨通信卫星 星座 ,也就是为用户提供卫星互联网的 星座 。例如同属于中国航天科工的行云 星座 “兄弟 星座 ”——虹云 星座 ,计划构建156颗卫星组成的卫星宽带互联网,让沙漠、海洋、飞机上的用户也能享受优质互联网服务。

国内类似计划还有中国航天 科技 集团的“鸿雁”通信卫星 星座 。2018年12月29日,“鸿雁” 星座 首颗试验星已经在酒泉发射成功。

据官方发布的消息,“鸿雁” 星座 计划到2022年完成系统一期60颗卫星的组网运营,成为中国首个满足基本卫星数据通信需求的系统。二期预计2025年完成建设,“鸿雁” 星座 系统由数百颗宽带通信卫星组成,可实现全球任意地点的互联网接入。

在全球,SpaceX公司的星链计划(starlink)走在了前面。

2019年-2020年,SpaceX用6枚猎鹰火箭,以每次60颗卫星的速度,将360颗标准化的星链卫星送入太空。星链计划规模庞大,第一步就准备用1600颗卫星完成初步覆盖,轨道高度1150公里左右。第二步,用2825颗卫星完成全球组网。第三步,一共12万颗卫星组成低轨 星座 ,为全球提供5G级别的高速互联网服务。

此外,还有亚马逊创始人杰夫·贝索斯的Project Kuiper项目,以及Inmarsat、Intelsat SA和Eutelsat Communications SA等公司提出的相关 星座 。

早在上世纪90年代,摩托罗拉公司就建设过66颗卫星组成的铱星 星座 ,但遇上海底电缆和光纤技术突飞猛进,加之铱星用费高昂,导致用户不多,运营15个月后破产。

航天专家、小火箭公众号创始人邢强认为,星链与铱星相比,发射成本更低、用户面更广、通信技术更为先进,因而比铱星前景更为乐观。

编辑 张畅 校对 卢茜


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