航天領(lǐng)域“明珠”，各國角逐方向?
航天產(chǎn)業(yè)既包含火箭制造、衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、衛(wèi)星測控、衛(wèi)星運(yùn)營、衛(wèi)星應(yīng)用等傳統(tǒng)領(lǐng)域，也有新興的太空采礦、太空旅游、商業(yè)返回等方向?；鸺托l(wèi)星是實(shí)現(xiàn)航天夢想的載體，經(jīng)過60多年的發(fā)展，我國已經(jīng)完成了各個(gè)質(zhì)量大小衛(wèi)星和不同噸量運(yùn)載火箭的技術(shù)和產(chǎn)品積累。未來，商業(yè)衛(wèi)星和商業(yè)火箭將向高集成度、低成本和個(gè)性化方向發(fā)展，新技術(shù)將會被大量采用。
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)使用的衛(wèi)星，其軌道高度有大約在36000公里的高軌道，8000～20000公里的中圓軌道、350~1400公里的低軌道等。當(dāng)前的商業(yè)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，大部分是低軌道巨型星座系統(tǒng)。整個(gè)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，包含衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、衛(wèi)星運(yùn)營和衛(wèi)星應(yīng)用等。
(相關(guān)資料圖)
當(dāng)前，知名的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)要數(shù)美國SpaceX公司的星鏈星座，截至今年3月29日，他們已累計(jì)發(fā)射81批，共4217顆星鏈衛(wèi)星。SpaceX的最新計(jì)劃顯示：第一代星鏈星座由五個(gè)軌道層組成，運(yùn)行軌道540～570公里，總共部署4408顆衛(wèi)星，有望在2023年全部完成。第二代星鏈星座由9個(gè)軌道層組成，運(yùn)行軌道340～614公里，總計(jì)部署29988顆衛(wèi)星；不過，目前得到正式批準(zhǔn)的只有先行部署的7500顆，暫命名為Starlink Gen2A，已部署其中的兩個(gè)軌道層。
目前，北京、上海、深圳、安徽、河南、四川和重慶等多地均出臺政策支持衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國內(nèi)在衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、衛(wèi)星運(yùn)營和衛(wèi)星終端研制及創(chuàng)新應(yīng)用等多個(gè)方向，向衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)全面推進(jìn)。
高原、沙漠、空中和海洋，手機(jī)隨時(shí)直連衛(wèi)星
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是衛(wèi)星通信發(fā)展的高級階段。早期的衛(wèi)星通信，是專線時(shí)代，以點(diǎn)到點(diǎn)通信為主，主要用于跨洋電視轉(zhuǎn)播和長途電話；之后是衛(wèi)星通信發(fā)展到專網(wǎng)時(shí)代，中小企業(yè)用戶租用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器可以構(gòu)建專用網(wǎng)絡(luò)，滿足內(nèi)部通信需要；現(xiàn)在已進(jìn)入到向個(gè)人寬帶接入為主的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。不過，專網(wǎng)時(shí)代仍在繼續(xù)，其當(dāng)初得以興起，主要是依托高功率轉(zhuǎn)發(fā)器、集成電路技術(shù)和VSAT技術(shù)的日益成熟，使用戶終端天線口徑可以降到米級。如今軌道高度進(jìn)一步降低，衛(wèi)星和終端的集成度進(jìn)一步提升，衛(wèi)星和運(yùn)載火箭研制成本大幅降低，使得面向個(gè)人用戶的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代有了實(shí)現(xiàn)的可能。
那么，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)有哪些用途呢？有了它，寬帶服務(wù)接入、高清視頻回傳、流媒體傳輸?shù)榷伎梢詫?shí)現(xiàn)。最關(guān)鍵的是，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)將彌補(bǔ)地面移動互聯(lián)網(wǎng)在山區(qū)、高原、沙漠、空中和海洋等空間的覆蓋不足。
此外，這些衛(wèi)星還可以搭載不同的有效載荷，能夠?qū)崿F(xiàn)更多的衛(wèi)星應(yīng)用功能。例如，搭載數(shù)據(jù)采集載荷，可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，讓你的物流產(chǎn)品無論是在陸地、海上或者空中，均可以準(zhǔn)確獲取其位置信息、溫度信息和其他狀態(tài)信息等。搭載船舶防碰撞系統(tǒng)載荷，衛(wèi)星可以接收全球任意海域各類船舶的位置等信息，再播發(fā)給各類船只，使之可以感知周邊船舶信息或者開展經(jīng)濟(jì)信息分析等。搭載民航廣播式自動相關(guān)監(jiān)視載荷，可以接收全球民航客機(jī)廣播信息，既有利于航空公司飛機(jī)的飛行安全，也有利于空域?qū)崟r(shí)監(jiān)控管理。搭載導(dǎo)航增強(qiáng)載荷，可實(shí)現(xiàn)高精度的導(dǎo)航定位功能，提供車道級導(dǎo)航和厘米級定位精度業(yè)務(wù)。搭載遙感觀測載荷，可以感知全球農(nóng)作物生長態(tài)勢、病蟲害監(jiān)測、森林火情監(jiān)測、污染監(jiān)測和違章建筑識別等。
應(yīng)用場景多、潛在市場大，但諸多技術(shù)有待突破
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)雖然有足夠多的應(yīng)用場景和巨大的潛在市場，但實(shí)現(xiàn)低軌道巨型星座，需要在衛(wèi)星研制、火箭技術(shù)、可靈活使用的發(fā)射場、地面測運(yùn)控、低成本終端技術(shù)等方面，克服技術(shù)難點(diǎn)，取得更多的突破。
從火箭的角度來說，就要發(fā)展低成本重型運(yùn)載火箭技術(shù)。這是因?yàn)?，重型火箭比小火箭更適合衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)這類海量衛(wèi)星組成的星座發(fā)射任務(wù)。而要降低運(yùn)載火箭的發(fā)射成本，可以采用多次重復(fù)可利用的運(yùn)載火箭技術(shù)，同時(shí)也需要從單個(gè)火箭的設(shè)計(jì)成本、研制成本和系統(tǒng)集成測試成本等多個(gè)維度降低成本。
從對衛(wèi)星的管理來說，需要發(fā)展巨型星座運(yùn)行管理技術(shù)。衛(wèi)星在軌穩(wěn)定提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，需要地面測運(yùn)控系統(tǒng)支持。幾十顆量級的衛(wèi)星星座，其測運(yùn)控系統(tǒng)可以在傳統(tǒng)單個(gè)衛(wèi)星測運(yùn)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過設(shè)備疊加、軟件模塊規(guī)模增加以及人員數(shù)量增加來完成。但是，當(dāng)衛(wèi)星數(shù)量提高到成千上萬顆的時(shí)候，傳統(tǒng)的運(yùn)行管理技術(shù)就不再適應(yīng)了。因此，巨型星座亟須通過設(shè)計(jì)高效的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維系統(tǒng)，構(gòu)建基于星地鏈路/星間鏈路的測運(yùn)控支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對巨型星座衛(wèi)星的全時(shí)段狀態(tài)監(jiān)測，同時(shí)設(shè)計(jì)高效的業(yè)務(wù)管理機(jī)制，穩(wěn)定提供寬帶接入業(yè)務(wù)。
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)在應(yīng)用，因此需要開辟更多特有的應(yīng)用場景。例如通信、導(dǎo)航和遙感綜合應(yīng)用場景，為陸地、空中和海洋提供基于衛(wèi)星的信息綜合服務(wù)。
（作者：何善寶，系北京信息科技大學(xué)研究員）
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