《電子技術(shù)應(yīng)用》
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類(lèi)似「星鏈」的低軌通信衛(wèi)星網(wǎng)發(fā)展前景如何,如何看待互聯(lián)網(wǎng)公司參與低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座建設(shè)?

2022-08-09
來(lái)源:知乎 鄧晨嘯 電子技術(shù)應(yīng)用

  其實(shí)不用看發(fā)展前景,因?yàn)闆](méi)前景也必須全力發(fā)展。

  目前衛(wèi)星的軌道和頻段都是非常稀缺的資源,占一塊就少一塊,具有深遠(yuǎn)的價(jià)值空間和戰(zhàn)略意義,在當(dāng)前的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)和經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下,航天是絕對(duì)的必爭(zhēng)之地。

  預(yù)計(jì)到2029年時(shí)近地軌道將部署57000顆衛(wèi)星,如果按當(dāng)前的發(fā)展速度來(lái)看漂亮國(guó)要吃掉87.7%的份額,就像我們要造CV提高在太平洋的話語(yǔ)權(quán)一樣,太空爭(zhēng)奪是必然的發(fā)展趨勢(shì)。

  現(xiàn)在國(guó)內(nèi)組網(wǎng)數(shù)量30顆以上的項(xiàng)目已經(jīng)有10個(gè),總規(guī)劃衛(wèi)星數(shù)2600+,雖然目前看起來(lái)規(guī)模跟space X相差還很大,而且實(shí)際上還沒(méi)發(fā)射幾顆,但在類(lèi)似這樣的地獄難度下兔子已經(jīng)創(chuàng)造過(guò)無(wú)數(shù)奇跡了,所以還是非常值得期待的。

  一、通信衛(wèi)星的未來(lái)——6G

  全球衛(wèi)星通信的發(fā)展經(jīng)歷了與地面網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)、補(bǔ)充、融合三個(gè)階段。

  競(jìng)爭(zhēng)——

  1980-2000年,以摩托羅拉“銥星”為代表的多個(gè)星座計(jì)劃實(shí)施,提供話音、數(shù)據(jù)等服務(wù),當(dāng)時(shí)全產(chǎn)業(yè)吸引了數(shù)百億美金投資可謂紅極一時(shí),但帶寬2.4k/s成本還超高,公司開(kāi)了4個(gè)月,卒。

  補(bǔ)充——

  2000-2014年,“新銥星”衛(wèi)星系統(tǒng)上天,這次他們學(xué)聰明了,定位是地面系統(tǒng)的補(bǔ)充,后來(lái)大家所了解的銥星系統(tǒng)其實(shí)都是指的這批二代銥星。

  融合——

  2015年以后,space X的巨大成本優(yōu)勢(shì)也打開(kāi)了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)新的想象空間,星鏈將作為通訊網(wǎng)絡(luò)中的核心組成部分出現(xiàn)。

  在第二屆“全球6G技術(shù)大會(huì)”上專(zhuān)家普遍預(yù)測(cè),6G技術(shù)預(yù)計(jì)會(huì)在2030年左右商用,其中空天地一體化是革命性進(jìn)步。

  雖然6G的基本范式和關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景尚未確定,但有愿景認(rèn)為6G應(yīng)該實(shí)現(xiàn)“無(wú)處不在的無(wú)線智能”,在空天地一體化的三維網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)智能的、無(wú)處不在的無(wú)線連接,達(dá)到每秒Tb量級(jí)的數(shù)據(jù)傳輸速率,以及亞毫秒級(jí)的時(shí)延。

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  衛(wèi)星在這套體系中主要承擔(dān)偏遠(yuǎn)地區(qū)覆蓋、移動(dòng)載體覆蓋、調(diào)度、定位等職責(zé)

  二、困難和問(wèn)題

  成本&模式——

  衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)屬于重資產(chǎn)建設(shè),前期研發(fā)投入巨大回收周期又長(zhǎng),目前基本都是國(guó)家投資國(guó)家使用,難以有效盈利。而且目前正處于技術(shù)井噴階段,新技術(shù)迭代超快,衛(wèi)星發(fā)射成本又巨高,搞不好剛發(fā)上去沒(méi)用多久的衛(wèi)星又面臨淘汰,這各種各樣的不確定性制約了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

  當(dāng)然也有曲線救國(guó)的方法,比如咱們也來(lái)一發(fā)可回收火箭一箭143星。

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  監(jiān)管——

  國(guó)際電信聯(lián)盟《無(wú)線電規(guī)則》中規(guī)定,除了衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù),任何國(guó)家建設(shè)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)都可以覆蓋全球,而目前的地軌衛(wèi)星數(shù)量多、體積小、質(zhì)量輕、移動(dòng)快,隱蔽性強(qiáng),現(xiàn)有的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)技術(shù)極難定位和監(jiān)控,是國(guó)家安全的重大隱患。

  網(wǎng)絡(luò)安全——

  受限于成本,目前主要在發(fā)展的小型衛(wèi)星都會(huì)盡量節(jié)省載荷,使用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的在軌編程,而如果要確保這一過(guò)程的安全性,那么網(wǎng)絡(luò)安全的成本甚至要超過(guò)衛(wèi)星本身的價(jià)值,這就導(dǎo)致衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)安全保障實(shí)際上非常薄弱,這里還有很大待改善的空間。

  缺少有效載荷——

  高性能數(shù)據(jù)計(jì)算與信息處理功能要求星在計(jì)算機(jī)處理器至少達(dá)到5TB,光口數(shù)不少于4路10Gbps,切換時(shí)間不長(zhǎng)于90ms,再加上太空拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷變化,這里的難度也非常大。

  維護(hù)成本&太空垃圾——

  衛(wèi)星的回收、維修、更換想想就知道是個(gè)很麻煩的事,低軌衛(wèi)星一般壽命不超過(guò)5年,出現(xiàn)故障的話一般就直接丟棄形成軌道碎片,2018年時(shí)美國(guó)國(guó)防部與航天局建立的太空監(jiān)視網(wǎng)公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示,目前近地軌道中有19000多個(gè)物體,其中衛(wèi)星只有2000個(gè),可想而知未來(lái)如果不解決這個(gè)問(wèn)題文星的發(fā)射空間也是非常受影響的。

  三、互聯(lián)網(wǎng)公司加入帶來(lái)的變化

  成熟的互聯(lián)網(wǎng)公司能在技術(shù)上對(duì)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)極大助益。

  云計(jì)算——

  人人都知道發(fā)射衛(wèi)星成本高,那么將天基運(yùn)算轉(zhuǎn)到云端就是目前最理想的解決方案,衛(wèi)星只負(fù)責(zé)獲取和傳輸,云負(fù)責(zé)處理、調(diào)度、存儲(chǔ)、維護(hù)等,即可實(shí)現(xiàn)巨大的降本提效。

  目前華為云已經(jīng)深度參與在航天領(lǐng)域,關(guān)聯(lián)項(xiàng)目有四維地球、EI集群服務(wù)器等,就不具體展開(kāi)了。

  人工智能——

  人工智能在衛(wèi)星測(cè)控過(guò)程中的應(yīng)用程度可以分為三個(gè)層次。

  1.輔助分析層次,人工智能從茫茫數(shù)海中找到重要信息提供給我們來(lái)做決策,通過(guò)不斷優(yōu)化來(lái)提升對(duì)數(shù)據(jù)的鑒別能力;

  2.輔助決策層次,在衛(wèi)星資源規(guī)劃和調(diào)度方面,人工智能可以結(jié)合歷史調(diào)度記錄,通過(guò)算法,幫助我們?cè)谛聢?chǎng)景下快速有效的制定不同策略(如效率優(yōu)先、用戶(hù)優(yōu)先等);

  3.自主決策層次,在這一層次衛(wèi)星被允許自主完成觀察、定向、決策、行動(dòng)的循環(huán),目前比較簡(jiǎn)單的任務(wù)已經(jīng)可以完全自主智能化實(shí)現(xiàn)。

  區(qū)塊鏈——

  想不到吧,這里也能蹭orz。

  首先,衛(wèi)星也可以是節(jié)點(diǎn),尤其是在覆蓋欠發(fā)達(dá)地區(qū)時(shí)可以發(fā)揮很好的效能,覆蓋人越多共識(shí)就越強(qiáng)嘛。

  其次,如果將天基載荷加入到相對(duì)比較成熟的鏈上運(yùn)行,可以通過(guò)三重簽名方案等方式加強(qiáng)資產(chǎn)的安全性。

  當(dāng)然能展開(kāi)的還有很多很多,這里就不舉例了,我相信總有聰明人能編出新故事。

  目前NASA和ESA都有動(dòng)作表示在探索區(qū)塊鏈與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應(yīng)用,是一塊比較新的應(yīng)用領(lǐng)域,但我覺(jué)得有精力研究這個(gè)還不如好好搞搞運(yùn)載火箭。


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