马斯克修成正果,5G和卫星的“太空生死恋”会一场空吗?

  • 作者:zccc
  • 来源:网络
  • 2020-05-09 15:29:05

千年前的某个深夜,仰望星空的古人吟诵着“日月安属?列星安陈?……”那时候,天是遥远的,人们对未知世界充满着好奇和敬畏。如今,天地间的距离正被拉近。深夜闪耀的“列星”,可能是近...

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千年前的某个深夜,仰望星空的古人吟诵着“日月安属?列星安陈?……”那时候,天是遥远的,人们对未知世界充满着好奇和敬畏。

如今,天地间的距离正被拉近。深夜闪耀的“列星”,可能是近轨卫星。

设计有42000颗卫星的“星链计划”,今年要正式内测了。Space X创始人马斯克近日宣布,星链计划将在6个月内公测,并声称星链将颠覆5G。

2020年1月,中国一家民营公司银河航天宣布,发射了一颗5G卫星上天。

5G与卫星,相爱还是相杀?

4月20日,国家发改委明确将卫星互联网纳入通信网络基础设施范畴。

在多位采访对象看来,5G+低轨卫星互联网建设将上升至国家层面,意味着国家很有可能会牵头组建一家巨无霸企业,以国家队+民企结合的方式完成目标。

未来中国版星链,可能会催生国内第五大通信运营商,未来的网络,是通信卫星和5G相融合的天地一体网。

但同样有专家表示,5G和卫星融合技术还在实验室阶段,至少在目前,“5G卫星”,依然概念大于实际。

01 “5G卫星”:奋进的概念 追赶的技术

5G和卫星,通信行业热门词。

1月16日,银河航天发布消息,发射了一颗低轨通信卫星,并将之称为5G卫星。

 

其官网对自己解决方案的阐释是,“将采用上千颗5G通信卫星组成星座网络”,“基于采用5G标准的卫星星座,让用户可以高速灵活地接入5G网络。”

 

“这可能不是专业的人提的概念,不是行业内的规范表述。”浙江大学微小卫星研究中心主任金仲和表示目前行业内还没有对5G卫星的定义,准确的表述是5G+卫星。

2018年底,科技部发布《国家重点研发计划“宽带通信和新型网络”重点专项2019年度项目申报指南建议》征求意见稿。

其中便包括与5G/6G 融合的卫星通信技术研究与原理验证,主要聚焦于卫星通信与5G/6G地面移动通信融合的技术问题, 开展与3GPP等地面移动通信标准化组织统筹推进的天地一体融合通信标准体系研究,拟定的考核指标是,网络设计可管理用户总量不少于1千万个。

 

科技部公开信息显示,科技部高技术研究发展中心于2019年9月3日至9月7日,组织了该项目预评审。根据申报指南,项目的实施周期是5年。

 

3GPP SA1副主席夏旭告诉《IT时报》记者,5G与卫星融合的标准将在R17 WID阶段确立。受疫情影响,3GPP决定将5G的R17标准冻结推迟到2021年12月。

 

事实上,从2017年发布5G R14起,3GPP便开始展开卫星通信研究工作,提出了5G+卫星互联网应用场景。

 

与此同时,欧盟旗下的SaT5G也着手研究5G+卫星互联网,但主要还是处于理论和实验室演示阶段。

 

金仲和告诉记者,目前Space X、OneWeb 以及国内虹云、鸿雁等星座计划发射的近轨卫星均为透明弯管式转发的通信卫星。

这类卫星的通信原理主要通过地面信关站(地面信号传输站)联结5G基站,将信号发射至卫星,卫星转发到地面WiFi热点或5G基站,它们再传给手机等终端,反之,手机或其他终端信息也是通过WiFi热点或5G基站传递给卫星,由卫星转发到信关站。

因此,透明弯管式转发的通信卫星带来的优势显而易见,卫星只需要转发微波信号,而不需要在卫星上实现天基和地基的协议融合。

不过由于这套系统中卫星没有星间链路,无法实现卫星之间的信息传输和交换,因此在实际运用上对地面信关站有较大依赖性。

 

此外,在中国科学院微小卫星创新研究院专家曹金看来,这一模式的运行需要建设地面大量信关站,包括在中国以外的地区,这在实际落地上会有阻力。

另一种5G+卫星互联网的通信模式是通过星上处理卫星直接向地面发射信号,如同一台插着光纤的路由器向地面发射信号。

由于星上处理卫星带星间链路和路由,因此还能实现加密传输,确保信息安全及可靠性。这也是未来5G+卫星互联网通信的发展方向。

不过,目前天地间的通信协议不同,如果需要直接联通这些信号,手机需要一根很长的天线。这一模式还不成熟。

 

金仲和表示,铱星卫星电话系统采用的是星上处理模式,但通信速率在16K-128K之间,“差不多是2000年左右用电话线上网时的速度。”

 

铱星卫星系统进行通信,图源/Airside International

如今,卫星互联网行业中充满着奋进,新概念、颠覆言论,喧嚣之下,5G+卫星被披上华服。但技术上还有太多问题等待解决。

为了解首颗“5G卫星”定义来源、融合技术进展程度,《IT时报》多次拨打银河航天电话,均无人接听,多封采访邮件也无人回复。

02 人才流失 芯片围困 国内落地至少三年

2020年4月16日,长征7号改中型火箭首发飞行发射失利。

 

这也是一个月内国内火箭发射的第二次失利。

有失望的投资人在上市公司航天科技的投资者互动平台留言询问,为何集团和航天六院没能留住火箭发动机设计师张小平跳槽。

 

网传的张小平离职导致火箭发动机研制受影响的公文截图

此前曾有媒体报道,2018年张小平被一家民营火箭企业挖走。一时,航天人才争夺再度成为焦点,也成为火箭发射失利的归因。

 

媒体报道截图

对此,曹金认为,航天是一个系统工程,看的是整体系统成功率,每一项新技术总会带来不确定性,“不能简单将两次火箭发射失败归结于人才流失。”

可以预见,随着卫星互联网被纳入新基建,民营企业入场,人才争夺战将更加激烈。

最近有消息称,吉利要招一名火箭总师,月薪3.5-6.5 万元,根据计划,年内吉利要发两颗卫星。

 

在另一位业内人士看来,国家队需要适当的体制、机制改革,科研机构或许可以通过更市场化的模式,促进科研人员成果转化,实现单位大目标。

除了人才流动,目前国内5G+卫星融合另一重短板在卫星芯片。

“芯片集成化可以实现功能更集中,功耗更小,由于美国起步比中国早,单一卫星功能更强大。”曹金表示。

 

北斗卫星上的心脏——抗辐照芯片,图源/央视财经

此前,中国工程院院士、中国科学院计算技术研究所研究员倪光南曾对外称,尽管我国芯片设计水平位列全球第二,但制造工艺和制造装备方面能力尚弱,国内芯片制造厂80%的装备需要从国外进口。

 

倪光南采访视频截图,图源/侠客岛

此外,目前中国没有集成电路产业支撑,较国际先进水平还有一二十年距离。

“缺芯”,或许也是此前华为、中兴被美国禁售芯片带来的启示。

当Space X正吹响商业化号角,仍未出现的中国版Space X,仍待解决的技术问题,仍在追赶的芯片制造,人们不禁困惑,我们距离5G+卫星互联网落地还有多久?

曹金的答案是,3年左右会有效应显现,“当然完全建成的话还需要更长时间。”金仲和也表示,按照国内企业布局的情况看,2-3年内就可以初步建成我国卫星互联网星座。

03 中国版Space X:频段告急何时入局?

但是,如果要发射一颗卫星,你需要重视的不只是地心引力,还有“烧钱黑洞”。

“ 卫星运营商重资产,对资金需求很大!”微小卫星研发制造商微纳星空的CEO高恩宇告诉《IT 时报》记者,一颗10公斤的通信卫星要几百万元人民币,“如果重量高达200公斤,售价在千万级。”

 

据东北证券军工行业分析师陈鼎如透露,由于低轨卫星不断运动,如果要初步实现全球地面信号覆盖,卫星运营商至少要发射800-1000颗低轨卫星组建星座。

 

SpaceX 的星链计划,图源/YouTube

这意味着,运营商在卫星制造、卫星服务和地面站建设投资需近千亿。

卫星的发射成本同样高昂。据金仲和透露,国内火箭的发射费用在2万美元/公斤。而Space X的可回收复用运载火箭猎鹰,发射成本也在6000美元/公斤至1万美元/公斤之间。

因此,一颗10公斤级的通信卫星,国内单次发射需要花费100多万元。

即使熬到卫星在轨运行,运营商依旧不能放松。日照、低温、宇宙射线等诸多因素不断损耗着卫星的使用寿命。记者了解到,近轨卫星的使用寿命一般在3-15年间。替换老化卫星,又是一笔巨额投入。

 

目前正在跟踪的由计算机生成的地球轨道物体图像。在此插图中,大约95%的物体是轨道碎片,即不是功能性卫星。点代表每个项目的当前位置。图源/NASA

陈鼎如认为,如果卫星互联网运营企业彼此独立运作,竞相发射卫星,意味着低效重复和资源浪费。

如果国家组建一个联盟,牵头成立一家卫星运营商,联合配套单位建设卫星互联网,或将实现资源最大化利用。

“这可能是一家差不多中国移动体量的企业,国内的第五大运营商!”一位业内人士猜测,其注册资本大概率会在千亿级,由央企和部分民企入股。

据天风证券预计,我国或诞生1-2家世界级卫星互联网企业,或需8年入轨1.1万颗卫星。“目前发改委将卫星互联网纳入新基建,意味着组建卫星互联网并不单单是商业行为。”曹金认为。

 

我国或诞生1-2家世界级卫星互联网企业,图源/天风证券

在陈鼎如看来,低轨卫星互联网的价值还反映在国家安全、军事方面。他以GPS和北斗导航系统来类比Space X 和中国版Space X。

彼时国家在国外GPS 技术成熟时建设北斗导航系统,为的是防止极端条件下的技术封锁,也为抓住业内话语权。

根据国际电联规定,目前低轨卫星资源分配采用先申报先占坑,先发先得的原则。

如今主要用于卫星固定业务通信的C(4-7GHz)、Ku(12-18GHz)频段区域饱和,因此卫星通信向高频段靠拢。

目前Ka 频段(27-40GHz)正被大量投入使用,而巨头企业也开始布局Q(30-50GHz)、V(50-75GHz)频段。

 

C(4-7GHz)、Ku(12-18GHz)频段区域饱和,图源/光大证券

Space X、亚马逊、OneWeb竞相升空近轨卫星,或许还有一丝垄断频段的意味。5月3日,亚马逊或收购OneWeb的消息传出。

一位业内人士认为,由于通信基础设施、5G 基站部署均较成熟,中国对卫星通信的依赖比国外要小一点。但这并不意味着能将太空频段拱手相让。

 

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