[文/观察者网吕东编辑/周]
在俄乌冲突中，特斯拉和SpaceX首席执行官马斯克响应乌克兰的请求，利用Starlink支持在乌克兰推出卫星互联网服务。去年12月，两个卫星链靠近中国空站，不得不紧急规避，以避免灾难性的碰撞。两件事再次引发了外界舆论对卫星互联网技术的关注。
“没有发展是最大的不安全。”未来智库专家胡艳萍向Observer.com指出，先到先得，谁占用谁使用的原则，使得争夺相关资源空的紧迫性凸显。
近地轨道可容纳的卫星数量约为60，000颗。据估计，到2029年，将在近地轨道部署约57，000颗卫星。全球联网、测试、立项等不同状态的星座计划，正在展开一场前所未有的、不可避免的、没有输赢的竞争。频谱资源的紧急性高于轨道资源，目前已经到了紧急的程度。只有快速联网，形成规模，才能有一席之地。指出“星链”计划42000颗卫星的成功部署，将对我国卫星互联网构成重大竞争和挑战，威胁我国空安全乃至国防安全。
中国航天领域长期以来一直重视它。2020年，中国将把卫星互联网纳入“新型基础设施”范畴，并提升为国家战略工程。
3月5日，西昌卫星发射中心由长征二号丙运载火箭成功将银河航天02批6颗低轨宽带通信卫星送入预定轨道，任务还搭载了一颗遥感卫星。随着2022年全球卫星互联网进入加速发展期，外界也非常好奇中国卫星互联网的进展。这个问题可能会在本月初银河航天02批卫星的星座验证网中得到解答。
胡艳萍向观察者网分享了他的观察和分析:通过对02批卫星的组网试验星座与Starlink的分析对比，以及对该领域下一步趋势和动向的分析，可以清晰地观察到中国卫星互联网技术的发展现状。结合相关技术的趋势，也可以预见该领域未来的可能性。
除了银河航天等商业航天公司，“十三五”期间，以航天科工、航天科技为首的中国央企也提出了自己的卫星互联网计划，发射了实验卫星。从我国已经发布的卫星星座项目来看，卫星发射将集中在2022-2025年；从建设进度来看，目前大部分实验卫星已经发射，尚未实现星座组网。典型代表有“红岩”星座、“鸿运”工程、“星云”工程等。
银河航天批量研制的低轨宽带通信卫星来源:银河航天(下同)
单颗卫星的通信能力与卫星链相当。
银河此次发射的02批卫星将与首颗卫星共同组成中国首个低轨宽带通信试验星座，构建星地一体化5G试验网“小蜘蛛网”，具备单次30分钟左右不间断低时延宽带通信服务能力，将用于天地一体化、天基互联等网络技术的验证。该任务对于推动我国6G通信技术的发展也具有积极意义。
银河航天作为一家商业卫星公司，成立时间不长。2018年，毕业于哈工大的徐明辞去猎豹移动总裁一职，创办银河航天。成立两年后，公司完成B+轮融资，投后估值近80亿。
在卫星互联网的建设中，通信容量是一项关键技术。2020年1月，银河空间首星在酒泉卫星发射中心成功发射，成为我国第一颗通信容量为48Gbps的低轨宽带通信卫星，也是世界上第一颗低轨高频毫米波卫星。
银河向观察者网透露，02批卫星的设计通信容量超过40Gbps。这些卫星主要用于技术验证、低轨卫星通信网络新体制和架构的探索以及各种场景业务的验证，为未来大规模组网应用积累经验。
“银河航天所说的容量是指上传下载到地面用户终端，即多用户的整体容量。Starlink的指数是单颗卫星的平均20Gbps。当然，也有可能银河的40Gbps指的是双向‘卫星对地用户终端+卫星对网关站’的总通信能力。”胡艳萍对观察者网分析，“考虑到后续公开信息银河01首颗卫星到关口站的最大通信容量之前达到了48Gbps，即使按照这种算法，02批单颗卫星的通信容量也已经达到了与Starlink大体相当或者实际高于Starlink的水平”。
然而，Starlink可能会在今年发布Gen2，这是第二颗单卫星通信能力为80Gbps的卫星(此前已披露)，但其实际发射可能要等到Gen1，即一万多颗卫星组网的第一阶段完成。最快也要两三年，由星舰发射到比现在高得多的上层近地轨道。
其实卫星互联网的发展历史最早可以追溯到上世纪80年代。在这个过程中，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。银河宇航称，这个验证网络的星座具备同时为数千用户提供通信服务的能力。
Starlink可以同时访问的用户数量在100到200之间。银河航天公司表示，这个验证网络的星座“有能力同时为数千名用户提供通信服务”。在胡艳萍看来，这可能是02批卫星取得的主要进展之一。
“即使按照2000年‘千’的最低值计算，单颗卫星服务多个用户的能力也远高于Starlink”，胡艳萍分析道。“当然，千万用户也可能指天地一体化，卫星通信与5G的融合。通过透明转发和5G回传，星座直接和间接服务于地面成千上万的用户。但我个人认为大概率可能是卫星直接服务于地面用户终端。”
天线技术与可接入用户的数量直接相关。与Starlink相比，如果银河航天02卫星的直接接入用户数确实可以达到数千，那么有理由猜测这些卫星采用了不同于01卫星的星载天线技术，或者采用了低轨宽带卫星侧相控阵天线技术，但这一点目前尚未得到证实。
胡艳萍指出，相控阵天线具有“平板天线”的体积和净重，波束形成和波束定向的多点波束技术，结合频率复用，可以支持单颗卫星在快速运动时同时接入更高阶的地面用户，且平均功耗低，信号增益高。而LEO低轨宽带卫星，总质量只有200kg左右，需要相控阵天线，技术难度较大，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/通信密度不可同日而语。Starlink已经全相控阵，银河空间卫星和关口站之间可能还有抛物面天线。
大规模组网需要多少轨道和卫星？
除了单颗卫星的天线技术，卫星互联网要想服务更多用户，大规模组网必不可少。
2018年，马斯克的Starlink被联邦通信委员会(FCC)批准发射11943颗互联网卫星。2019年10月，Starlink项目再次向国际电信联盟提交申请，将申报卫星数量从近1.2万颗增加到4.2万颗。今年1月15日，马斯克宣布1469颗“星链”卫星正在运行，另有272颗在轨。
对于银河航天，胡艳萍认为，前期的北极和南极可以先放在一边，全球卫星通信业务需求分布其实很不均衡，北纬30度左右的需求最大，其中北纬15度到45度之间的需求占全球总需求的60%以上。如果考虑到卫星重点是对我国陆地的完全覆盖和部分海外陆海覆盖，从银河02批卫星的参数粗略估算，采用低轨道倾角覆盖南北纬30度以上，大约需要1200到1500颗卫星。
但同时他表示，上述粗略估算仅从基本覆盖范围考虑，且由于没有银河02号卫星的精确通信高程数据，计算结果不准确是必然的。银河航天02卫星与Starlink对比时，我们只估算了500公里左右高度的星座组网“基本级”，没有考虑到轨道更高的“上一级”组网因素。
长征二号丙运载火箭将银河航天集团02所6颗低轨宽带通信卫星送入预定轨道。
银河航天成立之初，卫星通信常用的Ku/Ka频段资源已经饱和。随着频率协调难度的增加，国际商用通信卫星正逐渐向更高频段发展。在此背景下，银河航天在发射卫星中使用了Q/V/Ka等技术难度较高的频段。这些频段作为毫米波频段中最适合卫星通信的频段，带宽更宽。
银河航天董事长徐明曾公开表示，如果把毫米波传输的信息理解为道路上的车流量，那么使用Q/V/Ka等频段的带宽，意味着车更快、路更宽、车流量更大，同时意味着对道路施工技术的要求更高。2020年2月，银河航天首颗卫星在轨运行30天后成功进行通信能力测试，在国际上首次验证了低轨Q/V/Ka频段通信。
胡艳萍猜测，银河航天的02批星地用户终端和01首星一样工作在Ka频段，卫星和关口站的通信和01星一样工作在Q/V频段。这样做的好处是银河航天与地面用户终端之间的电磁波对云、雨、雾的穿透力强，技术更成熟、稳定可靠，也有更高的带宽。
Starlink不一样。地面用户终端主要工作在Ku频段，关口站主要工作在Ka频段，但前期和中后期也有区别。在Ku早期，Ka、Ka波段可以达到比Ku波段更高的带宽。后来Starlink开始试验V频段，结合Gen2向FCC申请E频段。从曲目远低于前期规划，到乐队频率不断上升的变化过程，星联也经历了一个漫长的探索和调整过程。
胡艳萍认为，银河宇航有一步到位的意思。根据01卫星实测结果，银河单天线在V波段对网关站的最大通信容量为双向48Gbps，Starlink卫星对地面网关站的下行通信容量未知。如果计算，地面网关站8根天线对卫星的数据传输能力最高为21.46Gbps，如果采用简单的加减乘除运算，Galaxy 01网关站单天线通信能力是Starlink的近9倍。
从卫星与地面用户终端的通信测试来看，Starlink的单终端/波束速率仿真结果为674.3Mbps(波束边缘)，Speedtest和用户实际感受数据以60-100Mbps为主。Galaxy 01的优化5G信号系统的峰值通信速率为900Mbps。在5G回程测试中，回程链路数据达到500Mbps以上。02号卫星的数据测试可能过一段时间就会公开，而且
“中国一箭百星只是时间问题”
银河空间发射02批卫星的一个重要意义是，中国首次实现了卫星的批量生产。从商业卫星的发展趋势来看，卫星星座是商业航天发展的大势所趋，卫星批量生产是直接解决星座卫星制造需求与生产能力冲突的最佳或唯一方案。
银河告诉观察者网，卫星批量生产可以降低成本，大大提高生产效率，这是构建大规模星座的必要基础条件。同时，量产可以稳定供应链，提高单机和零部件的一致性。此外，批量生产也有利于卫星生产工艺的优化迭代和产品质量的提升。
单颗卫星重量的减轻是实现一箭多星的重要条件。
胡艳萍分析指出，银河航天02批卫星的单星重量为190公斤，比首颗试验星轻30公斤，RD和制造成本比首颗试验星低一半；一箭多星发射后，单星发射成本估计会明显低于01星。中国近地轨道发射能力已经达到25吨以上。理论上，一百颗恒星被杀死只是时间问题。降低发射成本的关键在于实现可重复使用的火箭回收技术。这方面多型火箭已经试验过了，未来这方面没有不可克服的困难。
银河航天02批卫星在01卫星各类5G实验的基础上，强调构建天地一体的5G一体化试验网。
胡艳萍告诉观察者网，地面5G/6G网络融合是未来卫星互联网发展的必然趋势。在3GPP面向5G的标准中，涉及到卫星和地面网络的融合。目前，中国是所有国家中最快的。未来卫星互联网和地面网络的关系一定是合作、融合、互补，而不是竞争和替代。这是银河航天02批卫星测试星座与Starlink基本方位的显著区别。
他认为，星联基本上只是利用电信运营商帮助其完成网络覆盖。银河提供的建设性星座，未来也将服务于各类通信运营商。相关星座不仅可以用于5G回程，还可以为5G覆盖提供网络支持。未来会有充满想象力的应用场景。比如，运营商要用5G覆盖偏远地区，只需要在骨干网和接入网之间远距离“中继”卫星，落地后将卫星信号提供给5G基站，让5G基站覆盖当地用户，形成架构创新的移动通信网络。
银河航天02批卫星还搭载了遥感有效载荷，可以实现地面成像观测，可以拍照/录像。这是Starlink目前没有的功能。
胡艳萍分析指出，结合长光陈欣近日宣布两个国产8K图像传感器(CMOS)国家重大专项成功的消息，银河航天的02批卫星可能不会装载这种8K CMOS，但以银河航天实验星座500公里的轨道高度，对地球的遥感应该比轨道高度近36000公里的地球同步卫星更清晰。可以预计，集通信、遥感、导航于一体的近地轨道星座将在不久的将来成为现实。这方面无非是哪个星座会迈出实质性的第一步的问题。Starlink已经联合相关合作伙伴进行了这方面的探索实验。
“没有发展是最大的不安全”
考虑到卫星互联网的诸多优势，该技术被政府列入“新型基础设施”范畴后，多家机构认为将为中国商业航天领域带来诸多发展机遇，未来蓝海无边。据SIA预测，到2023年，中国卫星互联网制造和发射规模将超过60亿美元，2030年地面设备制造和卫星运营服务总规模将达到693亿美元。
但对于卫星互联网来说，不仅仅是欢呼。
到目前为止，外界对卫星互联网的质疑主要集中在三点:一是时延，二是多用户服务能力，三是安全性。
在时延方面，胡艳萍认为卫星互联网的时延为15ms~40ms，足以满足大部分场景的应用需求。光信号在光纤中传输的速度比真实空低40%，这意味着通信距离越长，卫星互联网的时延相对于地面固网和移动通信越小。
在多用户服务能力方面，胡艳萍指出，地球上仍有80%的地方没有互联网覆盖，40%以上的人口从未接入互联网服务。数字鸿沟和数字包容的解决将主要取决于卫星互联网的发展。在金融、航空空、导航、地质、林业、能源、制造等行业，物联网、车联网、云计算等领域，卫星互联网将发挥重要作用。对于想要形成海外覆盖，构建国际网络的势力来说，只有卫星互联网才是最可行的途径。在电信运营商走向6G的过程中，拥抱天地一体化是必然的选择。
作为科技和产业的战略高地，具有高灵活性、高可用性和高抗风险能力的卫星互联网将得到广泛普及和深入发展。互联网必然是所有航天工业技术、所有通信工业技术、所有智能工业技术的综合竞争，是新通信、新IT、新能源、新材料的结晶，是综合实力的博弈，是科技观、发展观、世界观的体现。
安全方面，2021年，星地联动卫星两次接近中国空，威胁在轨航天员安全。在相关的避撞事件中，美国的卫星连接卫星处于连续轨道机动状态。今天，卫星链涉及约1，600次航天器接近，占所有航天器事故的一半。
“不发展是最大的不安全”。在胡艳萍看来，这是安全问题的最终答案，也是他一直以来的观点。除了本文开头提到的频谱资源和轨道资源短缺，还有另外两个重要趋势值得关注:
首先，智能化的数字处理负载将带来强大的计算能力、智能、传感能力和连接能力。卫星互联网的摩尔定律会上演吗？
二是各个国家和地区看到了卫星互联网的战略价值、科技实力、产业意义和安全分量，纷纷采取行动加快布局。世界上已经有200多个星座项目。未来不同国家和地区“自己造网”将是必然趋势。在此基础上，进行必要的“互联互通”。
胡艳萍指出，建设全球卫星互联网，投资还不如中国原有的TD移动网络，也远不如5G组网。新兴的卫星互联网将是下一代互联网和数字基础设施不可或缺的组成部分，甚至是未来将成为关键的新型数字基础设施。好消息是，我国首个数字经济国家发展规划——《数字经济“十四五”发展规划》明确提出加快发展卫星互联网。《2035愿景》明确提出，构建全球覆盖、高效运行的通信/导航/遥感空基础设施体系。去年，卫星网络集团有限公司正式成立，意味着中国正式开始出发。
展望2030年，胡艳萍表示，第一梯队看好两个网络:一个是Starlink，一个是有赶超中国背景的卫星互联网星座。第二梯队看好柯伊伯和欧盟60亿欧元投资的卫星互联网计划，第三梯队是OneWeb、Telesat和波音的相关计划，这些计划或是过渡性的，或是互补性的。其他星座要么不清楚，要么太小，要么技术路线不完整，存在但不重要。低轨宽带卫星互联网的技术路线、发展路径、市场前景乃至未来格局都足够清晰。此时此刻最需要的是果断的行动。中国至少不能缺席，不能被时间甩在后面，因为产业战略制高点的争夺，下一代数字基础设施的创新建设和战略布局。
截至2020年12月，中国卫星互联网重点代表计划
