把“基站”建到太空——
衛星互聯網離我們還有多遠
【記者觀察】
12月5日，我國在太原衛星發射中心以“一箭18星”方式，成功將千帆極軌03組衛星的18顆低軌衛星送入預定軌道。
這18顆衛星，有一個共同使命——組成“千帆星座”。它們是這個星座的第三批組網星，未來將會有一萬多顆星與它們為伴。
這只是我國正在建設的低軌衛星互聯網星座計劃之一，還有更多星座正在點亮太空。它們，把通信“基站”建到太空，將為更多人提供互聯網服務。
衛星上網是什么體驗
什么是衛星互聯網？一言以蔽之，基于衛星通信的互聯網，衛星就是移動的“基站”。
那么，為什么要通過衛星來上網？
據國際電信聯盟數據，全球仍有大約三分之一的人處于“脫網”狀態。將“基站”建在太空的衛星互聯網，比傳統通信網絡覆蓋度更廣，是讓人們“上網”的重要方式——衛星通信可以為偏遠地區，以及海洋、航空等傳統網絡較難接入的區域，提供高速穩定的互聯網服務。
“無論身處沙漠還是海洋，抑或是飛機上，都能享受到與在家里一樣的上網體驗。”幾年前，時任中國航天科工集團“虹云工程”總設計師的向開恒在展望衛星互聯網前景時指出，衛星互聯網能夠實現隨時隨地的互聯網接入，尤其是在高山荒漠、深海遠洋等傳統移動通信到達不了的偏遠地方，更具優勢。
如今，快速發展的衛星互聯網，已在一些場景得到實際應用，比如，為汽車、船舶、飛機等交通工具提供網絡連接服務。對于普通消費者而言，衛星互聯網帶來的最直觀的變化是，手機沒信號時可以打衛星電話。目前，許多手機已支持直連衛星通信服務，通過衛星網絡發送圖片、語音和短信等。一些企業還面向個人用戶，推出了“設備終端+流量套餐”的收費服務。
通過衛星上網刷視頻，是什么體驗？
不久前剛上市的一款衛星互聯網上網套餐可提供參考——今年11月，中國衛通推出了高軌衛星互聯網上網終端和9GB的衛星上網流量套餐。該上網終端開機2分鐘可以自動對星，完成上網操作，最高支持下行40M/s、上行6M/s的衛星帶寬，實現語音通話、短視頻瀏覽、上網購物、視頻直播等功能。但也不便宜，套餐費用優惠后仍需199元/天。
專家指出，與5G等地面通信網絡相比，當前衛星互聯網的網速還不夠快，通信時延相對較高，服務費用也不低。相對老百姓日常上網的需求，還有一段距離。但從發展前景來看，這些差距會通過技術進步慢慢彌補，用戶使用體驗方面，未來與地面網絡將不會有太大差別。
當然，衛星互聯網也不會完全取代地面網絡，而是形成互補關系。在地面網絡信號較好的地方，仍然優先使用地面網絡。在地面網絡較難覆蓋的地方，衛星互聯網是一種補充。比如，對于愛好戶外旅行和探險的人來說，手機信號不太穩定的野外就很需要衛星互聯網服務。
不僅僅是互補。專家指出，衛星互聯網與地面通信網絡的融合，是未來移動通信網絡的重要發展方向。6G技術的支柱之一就是星地融合，有了衛星互聯網的融入，6G可以成為覆蓋全球的空天地海一體化網絡。
一個個衛星星座開始組建
衛星互聯網前景很好，但要實現信號好、網速快，必須得成網，發射更多衛星，組建衛星星座。
以距離地球1000公里的近地軌道為例，衛星繞地球一圈需要100多分鐘，如果這個軌道有足夠多的衛星一起運行，便可以實現對全球的“無死角”覆蓋。也就是說，不管你在哪里，也不管什么時候，始終都有衛星與你保持聯系，保證網絡信號的穩定覆蓋。
“衛星星座由成百上千顆，甚至數萬顆衛星組成；衛星軌道主要是離地球300公里到1400公里之間的低地球軌道；信號覆蓋范圍廣、通信容量大、信號傳輸延遲低。”北京信息科技大學研究員何善寶指出，面向個人的衛星互聯網應具備這些特點。
根據所處的軌道，衛星可分為高軌和低軌。高軌衛星的軌道距離地面約3.6萬公里，運行周期和地球自轉周期一致，與地面保持相對“靜止”狀態，覆蓋的地區是固定的，因此建立通信服務比較容易。但因為距離遠，信號傳輸的時延和損耗也不小。相較而言，幾百到一千多公里的低軌道衛星，具有傳輸時延小、鏈路損耗低等特點，更適合開展衛星互聯網。
目前，美國、英國、法國、俄羅斯、韓國等多國均提出或正在實施衛星互聯網組網計劃。據統計，截至2023年10月31日，全球申報的衛星互聯網星座共52個，其中近地軌道星座46個。其中，最具代表性的可能是美國的“星鏈”。目前，“星鏈”已累計發射數千顆衛星，但相對于其4.2萬顆的龐大部署計劃，只能說是才邁出“一大步”。
我國也在加快步伐。2020年，我國首次將衛星互聯網納入“新基建”范疇。此外，《“十四五”信息通信行業發展規劃》《“十四五”國家應急體系規劃》等，對衛星通信和衛星互聯網發展作出部署。近年來，多個衛星星座計劃先后啟動，如航天科技的“鴻雁”星座、航天科工的“虹云工程”、中國電科的“天象”星座、國電高科的“天啟”星座等。
相關統計顯示，目前，我國向國際電信聯盟申請的低軌衛星數量已達5.13萬顆，其中數量超過萬顆的星座計劃有三個——
中國星網的“GW星座”共計劃發射約1.3萬顆衛星，目前已完成技術試驗衛星的發射入軌；上海垣信衛星的“千帆星座”未來將打造超過1萬顆衛星組網系統，實現全球網絡覆蓋；鴻擎科技向國際電信聯盟提交“鴻鵠三號”星座申請備案，將發射1萬顆衛星。這些龐大的星座要部署完成，還需要十來年。
“低軌衛星星座有望成為新一代全球化信息基礎設施。”北京宇航系統工程研究所高級工程師于遠航指出。
搶抓發展空間和技術攻關
面對不斷加入的龐大星座計劃，我們如何應對？
挑戰，首先來自越來越緊張的空間資源。在軌道容量和通信頻段有限的前提下，全球衛星互聯網注定是一場不進則退的激烈角逐。
國際電信聯盟規定，地球低軌道和通信頻段資源的獲取，遵循“先登先占、先占永得”原則。因此，衛星星座建設存在明顯的“先發優勢”。
目前，衛星互聯網主要依靠低軌衛星。低軌空間有多大，決定了可部署的衛星數量。一般認為，低軌衛星應距地球300公里到1400公里，或500公里到2000公里之間。如果取最大值，可在300公里到2000公里之間布局衛星。“粗略測算，在同層與跨層星間最小安全距離均為50公里的情況下，最多只有35個軌道殼層，總計可容納17.5萬顆衛星。但考慮到頻譜分配等問題，最多只能容納6萬顆衛星。”于遠航分析。
6萬，在一個又一個“萬顆級衛星星座”的宏圖面前，顯得捉襟見肘。各國星座計劃加起來，規劃的低軌道衛星數量早已超過6萬顆。而且，越往后，軌道頻段資源越少。太空越來越擁擠，星座部署的難度越來越大。
“為了我國通信領域的獨立自主以及相關產業的發展通道考慮，我們需勇往直前，發展自己的互聯網星座，搶占低軌衛星頻譜資源。”于遠航呼吁。
另一個挑戰，來自發射場和運載火箭。
衛星星座建設帶來密集的發射需求，需要更靈活可控的衛星發射技術。目前，國內只有酒泉、西昌、太原、文昌四個發射場，發射場資源較為緊缺。商業航天發射場的重要性越來越凸顯，海南、寧波國際商業航天發射場讓人期待。
“很多國家建設衛星互聯網星座都受限于發射場的發射能力。”何善寶說，衛星互聯網服務需要足夠多的衛星同時在軌，因此需要可以靈活使用的商業發射場或者發射塔架，和足夠多的大型商業運載火箭批量生產研制能力。
衛星互聯網要用得起，必須降低星座組網成本，地面終端也要實現低成本、小型化。作為成本的“大頭”，一旦火箭的制造和發射成本極大降低，衛星互聯網的服務費用會變得更容易接受。“可以采用多次重復可利用的運載火箭技術，同時也需要從單個火箭的設計成本、研制成本和系統集成測試成本等多個維度降低成本。”何善寶指出。
技術挑戰不僅僅來自火箭，還有星地融合、云網融合，以及網絡安全等。
目前，衛星與地面網絡融合成為5G增強技術和6G技術研究的重點。星地一體化融合的網絡架構和相關關鍵技術，亟待突破。此外，大數據、云計算等與衛星互聯網的融合也越來越重要。中國科協發布的2024“十大產業技術問題”，其中之一即“云網融合技術在衛星互聯網中的應用”，鼓勵廣大科技工作者對此集智攻關。
未來，衛星互聯網的觸角會伸向我們生活的每一處，其中帶來的信息安全和隱私問題，也應提前應對。衛星終端可信接入、衛星加密傳輸、抗干擾技術等，也是科技工作者需要關注的。
今年1月，工信部、教育部、科技部等七部門印發《關于推動未來產業創新發展的實施意見》提出，前瞻布局6G、衛星互聯網等關鍵技術研究。7月，工信部印發《關于創新信息通信行業管理 優化營商環境的意見》提出，有序推進衛星互聯網業務準入制度改革；8月，工信部相關負責人表示，我國將聚焦集成電路、工業軟件、衛星互聯網等領域，更大力度補短板、鍛長板、樹新板……舉措頻頻，讓人對衛星互聯網的未來充滿信心。
當然，衛星互聯網要好用，還需在應用場景和商業模式上不斷突破。
“需要開辟更多特有的應用場景，例如通信、導航和遙感綜合應用場景，為陸地、空中和海洋提供基于衛星的信息綜合服務。”何善寶建議。
(光明日報 本報記者 陳海波)