無(wú)線電專家權(quán)威解讀衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)熱點(diǎn)話題

衛(wèi)星與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合成為近幾年的熱點(diǎn)，能否請(qǐng)您首先介紹一下國(guó)際衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的背景與現(xiàn)狀？

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)并非新鮮事物，通過(guò)對(duì)地靜止軌道或中高軌道衛(wèi)星提供的高通量衛(wèi)星，一顆衛(wèi)星就可以為地球表面較大面積上的用戶提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，通過(guò)多顆衛(wèi)星組網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求。以銥星系統(tǒng)為代表的衛(wèi)星移動(dòng)系統(tǒng)則是通過(guò)多顆低軌星座組網(wǎng)提供低速率的通信連接，也可以視為初期的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。當(dāng)前的熱點(diǎn)在于將兩者結(jié)合起來(lái)，用較大規(guī)模的星座系統(tǒng)（包括純低軌衛(wèi)星星座，也包括高低軌結(jié)合星座）提供不依賴于地面連接的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

衛(wèi)星通信的發(fā)展緊跟地面通信的發(fā)展,既因技術(shù)也因需求驅(qū)動(dòng)。地面通信網(wǎng)絡(luò)從固定通信發(fā)展到移動(dòng)通信，后又將互聯(lián)網(wǎng)大容量數(shù)據(jù)通信作為應(yīng)用的不斷拓展，現(xiàn)已非常成熟。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)也是從固定通信發(fā)展至移動(dòng)通信，如動(dòng)中通和衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，當(dāng)前也進(jìn)一步將互聯(lián)網(wǎng)大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笞鳛橹饕獞?yīng)用驅(qū)動(dòng)因素。

早在1987年，美國(guó)摩托羅拉公司就已提出銥星計(jì)劃。銥星系統(tǒng)設(shè)計(jì)在 6個(gè)軌道面部署66顆衛(wèi)星構(gòu)建系統(tǒng)星座，向全球商業(yè)用戶提供移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)應(yīng)用中既有話音也有數(shù)據(jù)、圖像，存在一定的互聯(lián)網(wǎng)因素，只是系統(tǒng)能夠提供的數(shù)據(jù)傳輸帶寬依然較窄。銥星系統(tǒng)在項(xiàng)目運(yùn)行一年后，因相關(guān)技術(shù)不完善、國(guó)際市場(chǎng)響應(yīng)平淡及運(yùn)維成本過(guò)高等原因宣告破產(chǎn)。

我國(guó)在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域選擇了先發(fā)展對(duì)地靜止軌道衛(wèi)星的方式。2017年4月發(fā)射的中星16號(hào)高通量通信衛(wèi)星，首次應(yīng)用Ka頻段實(shí)現(xiàn)多波束寬帶通信，可覆蓋中國(guó)及東南亞地區(qū)，提供區(qū)域衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。較傳統(tǒng)對(duì)地靜止軌道衛(wèi)星，該衛(wèi)星不僅可以服務(wù)廣播電視、骨干網(wǎng)政府用戶、企業(yè)用戶、大用戶，也可以服務(wù)于普通個(gè)人用戶。目前在軌的還有亞太6D等衛(wèi)星，近幾年還將陸續(xù)發(fā)射幾顆對(duì)地靜止軌道高通量衛(wèi)星。

馬斯克的“星鏈”受到廣泛關(guān)注。能否請(qǐng)您介紹一下“星鏈”系統(tǒng)？星鏈系統(tǒng)所使用的衛(wèi)星軌道與頻率資源是否有限？能否支撐多個(gè)巨型星座系統(tǒng)？

近年來(lái)迅速推進(jìn)的Starlink、OneWeb 等大規(guī)模衛(wèi)星星座系統(tǒng)都是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的典型代表。2015 年，美國(guó)太空探索技術(shù)公司 （SpaceX） 提出低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃—Starlink，即“星鏈”系統(tǒng)，一個(gè)巨型對(duì)地非靜止低軌道高通量衛(wèi)星星座?！靶擎湣毕到y(tǒng)預(yù)計(jì)共部署42000余顆衛(wèi)星，按照目前SpaceX每月部署2-3批衛(wèi)星的速度，預(yù)計(jì)部署周期為9年。

無(wú)線電頻率資源是有限的自然資源，具有排他性，在一定的時(shí)間和空間范圍內(nèi)，一旦某個(gè)無(wú)線電系統(tǒng)使用了某段無(wú)線電頻率，那么其他無(wú)線電系統(tǒng)就不能以相同的技術(shù)體制使用該段頻率?！靶擎湣毕到y(tǒng)申報(bào)的Ku、Ka、Q/V和E頻段，基本囊括了未來(lái)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的主流頻段，由于其星座系統(tǒng)規(guī)模巨大并對(duì)地球進(jìn)行多重覆蓋，其他星座系統(tǒng)幾乎不可能與“星鏈”系統(tǒng)在沒(méi)有有害干擾的情況下共用頻率。

在衛(wèi)星頻率和軌道方面也是如此，太空看起來(lái)廣袤無(wú)垠，但實(shí)際上可利用、“好用”的軌道有限，這些軌道上價(jià)值較高的“點(diǎn)位”更是緊缺。且衛(wèi)星在太空中是不斷運(yùn)轉(zhuǎn)的，為保證無(wú)線電頻率和空間上的隔離，衛(wèi)星之間必須保持一定的安全距離。“星鏈”系統(tǒng)的部署密度遠(yuǎn)超其他衛(wèi)星系統(tǒng)，軌道高度又是極低地球軌道和低地球軌道，增加了同樣運(yùn)行在低地球軌道的衛(wèi)星間的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，以及在“穿行”時(shí)（如衛(wèi)星發(fā)射到更高軌道的過(guò)程中）的碰撞風(fēng)險(xiǎn)。一旦碰撞，會(huì)產(chǎn)生大量空間碎片，進(jìn)一步威脅到其他航天器的安全。近年來(lái)，關(guān)于各國(guó)衛(wèi)星險(xiǎn)遭“星鏈”衛(wèi)星碰撞的新聞屢見(jiàn)報(bào)端。

世界各國(guó)要使用衛(wèi)星頻率和軌道資源需先向國(guó)際電信聯(lián)盟申報(bào)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料，其采用的原則是先占先得、協(xié)調(diào)共用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)際電信聯(lián)盟公布的世界各國(guó)申報(bào)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料中，中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等國(guó)家的主管部門申報(bào)了130余個(gè)由數(shù)十顆至數(shù)萬(wàn)顆非對(duì)地靜止軌道衛(wèi)星組成的星座，其中萬(wàn)顆以上衛(wèi)星數(shù)量的巨型星座就有18個(gè)，頻段覆蓋國(guó)際電信聯(lián)盟劃分用于衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)和衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)的EHF以下幾乎所有頻段。其中，“星鏈”、一網(wǎng)、O3B等屬其中翹楚，均已進(jìn)入實(shí)際部署階段。隨著實(shí)際布置的衛(wèi)星越來(lái)越多，無(wú)線電干擾隱患和碰撞風(fēng)險(xiǎn)也急劇增大，實(shí)際上可用衛(wèi)星頻軌資源支撐多個(gè)巨型星座的能力有限。4.2萬(wàn)顆星鏈系統(tǒng)布置完畢，其他類似如此大規(guī)模的星座系統(tǒng)是無(wú)法再部署成功的。

“星鏈”系統(tǒng)發(fā)展非常迅猛，未來(lái)它能否實(shí)現(xiàn)手機(jī)通信或支持普通用戶上網(wǎng)？其商業(yè)前景如何？

從“星鏈”已經(jīng)發(fā)布的兩代終端來(lái)看，均帶有直徑0.48米的碟形天線，最高可以近300Mbps的速率支持普通用戶上網(wǎng)。但“星鏈”暫時(shí)還不具備與普通手機(jī)直接通信的功能。

星地通信需要高發(fā)射功率和高增益天線，普通手機(jī)終端并不具備。目前已在軌運(yùn)行的“星鏈”衛(wèi)星使用的是12GHz以上的Ku和Ka頻段，而普通的手機(jī)終端使用的是4GHz以下的頻率，兩者之間不能直接通信。未來(lái)，“星鏈”系統(tǒng)需要像銥星、海事衛(wèi)星那樣研制生產(chǎn)專用的手機(jī)終端，或者在普通手機(jī)終端上加裝特殊的模塊，才能實(shí)現(xiàn)與“手機(jī)終端”的直接通信。

“星鏈”的商業(yè)前景目標(biāo)明朗，可認(rèn)為是瞄準(zhǔn)成為替代銥星的第一個(gè)寬帶衛(wèi)星專網(wǎng)。SpaceX公司具有自研的獵鷹系列運(yùn)載火箭、大批量衛(wèi)星生產(chǎn)能力和“一箭 60 星”的發(fā)射技術(shù)，已經(jīng)形成了“火箭研制+衛(wèi)星研制+發(fā)射服務(wù)”的垂直整合商業(yè)模式，與其他衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)相比，具有較為明顯的成本和速度優(yōu)勢(shì)?！靶擎湣眴晤w衛(wèi)星的發(fā)射和制造成本非常低，約是 “一網(wǎng)”（OneWeb） 的 46%，未來(lái)隨著二級(jí)火箭再回收、衛(wèi)星的輕量化生產(chǎn)，預(yù)計(jì)還能下降 30%以上。此外，Space X公司的垂直整合商業(yè)模式，提高了衛(wèi)星研制與發(fā)射組網(wǎng)的速度與靈活性，有助于其不斷擴(kuò)大與主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在時(shí)間上的優(yōu)勢(shì)。

在當(dāng)前國(guó)際衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的形勢(shì)下，請(qǐng)問(wèn)您對(duì)商業(yè)航天發(fā)展有哪些建議？

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的熱度使得國(guó)內(nèi)無(wú)論是傳統(tǒng)衛(wèi)星公司還是新興的商業(yè)衛(wèi)星公司都有興趣研究和參與到這個(gè)發(fā)展過(guò)程中，但許多衛(wèi)星公司既不了解需要履行的衛(wèi)星頻率和軌道資源的國(guó)際申報(bào)、協(xié)調(diào)和維護(hù)規(guī)則義務(wù)，又缺乏在國(guó)內(nèi)與其他衛(wèi)星系統(tǒng)、地面業(yè)務(wù)系統(tǒng)開(kāi)展必要協(xié)調(diào)的能力，需加強(qiáng)相關(guān)能力建設(shè)。我國(guó)相關(guān)部門還需統(tǒng)籌國(guó)內(nèi)各方面力量，加強(qiáng)對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)申報(bào)、使用工作的指導(dǎo)，強(qiáng)化完善衛(wèi)星頻率和軌道資源可行性論證和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，促進(jìn)商業(yè)航天蓬勃發(fā)展。

專家簡(jiǎn)介:

黃穎，國(guó)家無(wú)線電頻譜管理中心副主任，高級(jí)工程師。從事無(wú)線電管理行政和技術(shù)工作30余年，曾參加我國(guó)無(wú)線電管理法律法規(guī)制修訂工作、我國(guó)多個(gè)航天工程頻率和軌道使用論證工作，多次參加國(guó)際電信聯(lián)盟各類工作會(huì)議、與其他國(guó)家無(wú)線電主管部門的雙/多邊頻率協(xié)調(diào)會(huì)談。