7月上旬，國內(nèi)首架高速衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)飛機完成首航，利用一顆高通量衛(wèi)星在萬米高空完成了百兆以上速度的聯(lián)網(wǎng)，并實現(xiàn)了流暢的空中直播。

早在今年4月，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)就被明確列入新型基礎(chǔ)設(shè)施的范圍。作為新一代信息技術(shù)演化生成的信息基礎(chǔ)設(shè)施，從構(gòu)想到發(fā)射組網(wǎng)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的藍(lán)圖正一步步變?yōu)楝F(xiàn)實。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是什么?

以衛(wèi)星為接入手段的互聯(lián)網(wǎng)寬帶服務(wù)模式

“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)主要是指以衛(wèi)星為接入手段的互聯(lián)網(wǎng)寬帶服務(wù)模式，它屬于新基建中的信息基礎(chǔ)設(shè)施。”中國航天科工集團“虹云工程”總設(shè)計師向開恒說，目前衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)較多的是指利用地球低軌道衛(wèi)星實現(xiàn)的低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。相比高軌衛(wèi)星，它具有低時延、易于實現(xiàn)全球覆蓋的特點。

中國航天科技集團五院全球低軌衛(wèi)星移動通信與空間互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中心副主任黃華介紹說，地面網(wǎng)絡(luò)靠基站通信，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)則是基于衛(wèi)星通信技術(shù)接入互聯(lián)網(wǎng)，好比將地面的基站搬到了太空中，每一顆衛(wèi)星就是一個移動的基站。

根據(jù)通信衛(wèi)星所處軌道的不同，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可分為高軌和低軌兩類。

高軌衛(wèi)星的軌道距離地面約3.6萬公里，也叫作對地靜止軌道。盡管都在高速運動，但該軌道上的衛(wèi)星軌道周期和地球自轉(zhuǎn)周期嚴(yán)格一致，相對地面保持“靜止”，其覆蓋的地區(qū)也是固定，因此建立通信服務(wù)比較容易。利用這個特點，可以通過高軌衛(wèi)星實現(xiàn)寬帶通信，而且所需的衛(wèi)星數(shù)量不用太多。但高軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)也存在天然的局限。地球半徑只有6378公里，用高軌衛(wèi)星實現(xiàn)通信服務(wù)，相當(dāng)于從地球表面發(fā)信號到3.6萬公里以外，一來一回，再加上信號處理等過程，導(dǎo)致時延不小。對于一般的通話或訪問網(wǎng)頁來說還可接受，但對實時性要求高的應(yīng)用如聯(lián)網(wǎng)游戲、無人機遙控等則無法滿足需求。此外，地面接收高軌衛(wèi)星信號的終端必須做得比較大，才能良好接收如此遠(yuǎn)距離的信號。

因此，人們把目光投向了500—2000公里范圍內(nèi)的近地軌道。在這個軌道上，地面和衛(wèi)星之間的通信傳輸時延達(dá)毫秒，足夠滿足車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛等需求，接收終端可做成手持的，智能手機都能接入。

“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的興起，是由需求和技術(shù)的可能性共同驅(qū)動的。”黃華說，將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入新基建，反映了數(shù)字化、信息化帶來的需求。而隨著航天和通信技術(shù)的進(jìn)步，又使得提供這種服務(wù)成為可能。

專家認(rèn)為，從發(fā)展趨勢看，數(shù)字化、信息化已深刻改變?nèi)藗兩睿謾C用戶希望隨時隨地都能聯(lián)網(wǎng)。盡管地面網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)，但許多特定場景下靠地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋代價太大，難以收回成本。相關(guān)數(shù)據(jù)也顯示，目前全球仍有35億人不能上網(wǎng)，7億人沒有通信服務(wù)。于是，將“基站”布設(shè)到近地太空成了一個選擇。而且，與上世紀(jì)90年代的銥星等窄帶低速衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)不同，新的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)的是和地面類似的寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，也就是低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。

低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)如何實現(xiàn)?以1000公里的近地軌道為例，衛(wèi)星繞地球一圈100多分鐘，通過成百上千個衛(wèi)星在這個軌道高度組成星座，從而實現(xiàn)對全球的無縫覆蓋。對用戶來說，盡管衛(wèi)星始終在運動，但每時每刻都有衛(wèi)星飛過頭頂，網(wǎng)絡(luò)信號始終保持穩(wěn)定覆蓋。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)能干什么?

無論身處沙漠還是海上、飛機上，都能享受到像家里一樣的上網(wǎng)體驗

隨著低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)概念的興起，近年來國際上出現(xiàn)了星鏈、OneWeb等相應(yīng)計劃。

在國內(nèi)，2018年12月22日，“虹云工程”首發(fā)星即技術(shù)驗證衛(wèi)星被送入軌道，標(biāo)志著我國低軌寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)邁出實質(zhì)性步伐。“虹云工程”是由中國航天科工集團有限公司牽頭研制的覆蓋全球的低軌寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)，通過搭建由156顆小衛(wèi)星組成的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)全球無死角的自由接入寬帶互聯(lián)網(wǎng)。幾乎同時，2018年12月29日，“鴻雁”星座首發(fā)星也成功發(fā)射并進(jìn)入預(yù)定軌道。“鴻雁”星座是由中國航天科技集團自主建設(shè)的低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其目標(biāo)也是在太空構(gòu)建一條四通八達(dá)、覆蓋全球的信息通路，計劃用60顆核心骨干衛(wèi)星和數(shù)百顆寬帶通信衛(wèi)星組成系統(tǒng)，實現(xiàn)全球任意地點的互聯(lián)網(wǎng)接入。

“虹云工程”技術(shù)驗證星發(fā)射入軌后，在2019年完成了不同天氣條件、不同業(yè)務(wù)場景等多種工況下的全部功能與性能測試。測試人員通過衛(wèi)星用戶終端接入互聯(lián)網(wǎng)，成功實現(xiàn)了網(wǎng)頁瀏覽、微信發(fā)送、電商購物、視頻聊天、高清視頻點播等典型互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，也可以正常使用短視頻APP。衛(wèi)星在軌實測的所有功能與指標(biāo)均滿足要求甚至超出預(yù)期。這顆試驗星用戶體驗速率超過10兆。

“系統(tǒng)建成后，無論我們身處沙漠還是海洋，抑或是飛機上，都能享受到與在家里一樣的上網(wǎng)速度和服務(wù)體驗。”向開恒說，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)隨時隨地的互聯(lián)網(wǎng)接入，尤其是在高山荒漠、深海遠(yuǎn)洋等傳統(tǒng)移動通信到達(dá)不了的偏遠(yuǎn)地方，更具優(yōu)勢。

黃華認(rèn)為，盡管衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的最大網(wǎng)速比不過地面光纖，但用戶實際使用體驗不會有太大差別。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和地面網(wǎng)絡(luò)如5G網(wǎng)絡(luò)將是互補關(guān)系。在大城市等地面通信發(fā)達(dá)地區(qū)，人們優(yōu)先使用地面網(wǎng)絡(luò)。而在地面網(wǎng)絡(luò)不能到達(dá)的地區(qū)，包括南北極科考、戶外探險等場景則更適合使用衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)能夠滿足信息基礎(chǔ)設(shè)施差的地方的需求，填補信息鴻溝，使網(wǎng)絡(luò)連接變得可能和便利。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)提供的服務(wù)并不限于寬帶，也包括能夠提高定位和授時精度的導(dǎo)航增強功能，可對航空、航海、遠(yuǎn)洋貨物等進(jìn)行跟蹤的物聯(lián)網(wǎng)等。例如“虹云工程”就是一個通信、導(dǎo)航和遙感一體化的系統(tǒng)，可滿足應(yīng)急通信、傳感器數(shù)據(jù)采集以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、無人化設(shè)備遠(yuǎn)程遙控等實時性要求較高的應(yīng)用需求。“鴻雁”星座是寬窄結(jié)合的系統(tǒng)，用戶既可以使用手持終端打電話，也可以上網(wǎng)和使用導(dǎo)航增強功能。

北京九天微星科技發(fā)展有限公司首席執(zhí)行官謝濤認(rèn)為，通過和5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等緊密結(jié)合，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)未來的應(yīng)用場景會非常豐富。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)更像是一個太空中的平臺，搭載5G的載荷，可以滿足寬帶通信;搭載攝像頭就能實現(xiàn)遙感;加上導(dǎo)航增強，就能支持自動駕駛。

怎樣用好衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)?

關(guān)鍵核心技術(shù)要進(jìn)行攻關(guān)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展要實現(xiàn)良性循環(huán)

當(dāng)下，商業(yè)航天發(fā)展迅速。作為衛(wèi)星通信與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的產(chǎn)物，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)尤其是低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)勾勒出一幅讓人向往的商業(yè)藍(lán)圖。不過，要真正搭建起系統(tǒng)并投入實際應(yīng)用，尤其是讓用戶獲得良好體驗，并不簡單。

“盡管我們對衛(wèi)星和通信技術(shù)都有一定掌握，但衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)難度不小，不能一蹴而就，需要進(jìn)一步創(chuàng)新。”黃華說。

相比高軌衛(wèi)星相對地球靜止而容易“捕獲”，低軌衛(wèi)星以每秒7公里多的高速繞地球轉(zhuǎn)動，這種快速移動所導(dǎo)致的頻率變化、衛(wèi)星信號的動態(tài)切換等，和地面網(wǎng)絡(luò)不大相同。為了防止網(wǎng)絡(luò)中斷，從而讓用戶有良好的體驗，需要對許多關(guān)鍵核心技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。此外，為了降低地面維護(hù)成本，上千顆在軌衛(wèi)星有必要通過智能化實現(xiàn)在軌自主運行，這也要通過技術(shù)創(chuàng)新來實現(xiàn)。

除了解決技術(shù)難題，專家認(rèn)為，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)真正用起來，關(guān)鍵還在于被普通大眾接受，要好用也能用得起。這就要求衛(wèi)星組網(wǎng)實現(xiàn)低成本，地面終端也要實現(xiàn)低成本、小型化。“例如，通過批量生產(chǎn)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的衛(wèi)星會更便宜;通過技術(shù)攻關(guān)，把芯片越做越小，把天線從‘一塊磚’變成‘一片瓦’。”

謝濤認(rèn)為，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)這種復(fù)雜系統(tǒng)對于系統(tǒng)設(shè)計、技術(shù)路徑選擇、產(chǎn)業(yè)配套等都有非常高的要求，有必要在設(shè)計之初就考慮到成本、產(chǎn)業(yè)成熟度、地面情況以及實際應(yīng)用需求等綜合性因素。“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入新基建給產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展注入了信心和活力，推動產(chǎn)業(yè)鏈提供更高性價比的衛(wèi)星、載荷和地面終端產(chǎn)品，讓全產(chǎn)業(yè)鏈降低成本。”

向開恒表示，一方面，隨著低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不斷拓展，通信容量會不斷擴大。而規(guī)模越來越大，成本也會隨之不斷下降;另一方面，通過政府層面的引導(dǎo)、市場層面的實踐，整合資源，通過產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化運作降本提效，形成產(chǎn)業(yè)發(fā)展良性循環(huán)。

專家預(yù)計，普通用戶像打手機一樣用上衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，可能還需要數(shù)年時間。

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