全球低轨空间互联网发展与展望

文/ 尚志

▲天地一体化网络架构

进入21世纪以来，随着大数据、物联网、移动通信、云计算等科学技术的不断进步，基于互联网的各种应用服务已经渗透到人们生活与生产的各个方面，但地面网络存在覆盖范围有限、抗灾能力弱、行业应用受限等问题。相对而言，空间互联网具有全球覆盖、时延短、行业应用广等特点。

发展我国自主可控的全球卫星互联网系统是落实十九大精神，推动国民经济和社会发展的迫切需要，也是进一步巩固我国航天大国的国际地位、推动产业结构调整升级、高质量发展的重要举措。

空间互联网概述

空间互联网是指通过卫星或星座构成的互联网系统，由于低轨通信星座具有低延时、全球覆盖、部署快捷、轨位资源丰富等优点，空间互联网一般是指由中低轨星座构成的卫星互联网系统。

自2014年以来，建设低轨道通信卫星星座成为全球卫星通信产业发展的潮流，以美国和欧洲新兴创业公司为代表、明确提出引起各方广泛关注的星座计划达数十个，卫星数量上万颗，空间频率轨位资源争夺激烈。

目前全球低轨卫星互联网标准尚处在起步阶段，无成熟标准协议可借鉴，因此在协议标准、频率、应用模式等方面需要开展大量研究与实验验证工作。

而随着通信技术的发展，空间互联网与地面互联网融合成为新的发展趋势。欧洲Sat5G联盟已经在探索卫星通信与5G通信无缝融合的最佳方案，制定相关标准；3GPP (第三代合作伙伴计划) 组织面向R16 (5G第二阶段标准) 开展了《基于卫星接入的5G》研究。未来6G系统中卫星将发挥更为重要的作用。

空间互联网发展态势

全球低轨星座建设方面，目前国际上相继推出了OneWeb、SpaceX、Telesat等多个星座方案。其中OneWeb星座方案为卫星数量900颗，轨道高度1200公里，卫星质量＜150千克，工作频段Ku，预计于2020年年底完成部署；SpaceX星座方案为卫星数量4425颗（一期），轨道高度1100公里，卫星质量约386千克，工作频段Ku/Ka，预计于2024年完成部署；LeoSat星座方案为卫星数量108颗，轨道高度1400公里，卫星质量约1250千克，工作频段Ka，预计于2022年完成部署。

新的低轨星座建设理念主要有两个：

会上还公布了今年获得省财政1．5亿元奖补支持的特色小镇名单，弥勒可邑小镇、红河“东风韵”小镇、建水西庄紫陶小镇、弥勒太平湖森林小镇、建水临安古城、红河水乡、玉溪澄江广龙旅游小镇、喜洲古镇、巍山古城、丽江古城、大理古城、元阳哈尼梯田小镇、沙溪古镇、屏边滴水苗城、临沧翁丁葫芦小镇共15个上榜。而触碰生态红线的鸡足山禅修小镇、八宝壮乡小镇，主体未落实、未开工建设的永胜清水古镇、陆良蚕桑小镇、罗平油菜花小镇，以及将特色小镇与产业园区概念混淆的个旧大屯特色制造小镇6个特色小镇淘汰出创建名单，并收回1000万元的启动资金。

一是卫星批量生产。主流低轨星座均采用卫星批量生产模式，OneWeb与Airbus在美国佛罗里达州合作建厂，借鉴飞机与汽车流水线式生产模式进行卫星生产，具备平均每天制造2～3颗卫星能力，单星成本控制在100万美元以内。

二是运载火箭组批发射。为了实现数百颗以上的卫星发射，低轨星座均采用高效的组批发射模式。OneWeb进行了全球火箭采购，拟采用一箭30+方式，实现小卫星星座的快速部署，目前已完成6颗试验星发射。

▲ Oneweb组批发射

目前，频率抢占已进入白热化，除传统Ku、Ka频段外，各大卫星运营商已瞄向更高频段，Oneweb、SpaceX、Telesat 均已提交Q/V频段网络申报资料。

宽带应用上，低轨星座充分与地面网络融合，提供与地面网络同等级的互联网接入服务、通信网络服务（4G、5G）；宽带系统单星容量大幅度提升，星座容量均在Tbps量级，单位流量成本成为各星座竞争的焦点。

低成本终端是低轨宽带系统大规模运营的关键，国际运营商开展了低成本终端的研制工作，目标成本控制在500美金以下，相当于一部普通手机的的价格。

低轨宽带系统典型商业模式有四个方面：与地面网络融合打通信息互联的最后一公里，服务偏远地区用户。为政府、企业客户提供保密数据传输，保障全球政企客户安全通信。在广袤的海洋上为物联网、船载通信，提高远洋通信保障能力和海上航行安全保障能力。为全球民用航空器提供机载宽带通信，提高飞行安全性，满足乘客空中上网需求，提升旅行舒适度。

▲ Oneweb生产线示意

▲ Oneweb终端天线

通过对OneWeb、SpaceX、Telesat等典型星座对比以及低成本终端技术的分析，可知卫星互联网建设必须统筹天地资源、提升系统效能与盈利能力。因此，要打造具备国际竞争力的卫星互联网系统，必须深入研究商业运作模式，优化系统建设方案，制定符合实际的卫星互联网系统发展模式。

我国开展空间互联网建设的重大意义

构建我国自主可控的空间互联网系统，对于落实国家战略、服务国民经济、推动地方发展、便利百姓生活等方面具有十分重要的意义。同时，还将有利于抢占全球频率轨位等国家战略资源，对于促进我国航天高质量、高效益发展，也将起到非常积极的作用。

落实国家战略

为实现十九大提出的保障网络和信息安全目标，我国必须建设自主可控、安全运行的天基网络，成为空间互联网的规则制定者。

▲ 落实航空强国战略示意图

空间互联网是航天、通信、计算机技术的有机结合，是国家网络体系的重要组成部分，能够提供天地一体化网络服务，形成一整套自主可控的空间网络标准，有力保证国家信息安全。

空间互联网系统运营将产生海量数据，带动相关数据增值服务，促进国家相关产业转型升级，是航天落实国家“推动大数据战略、建设数字中国”等战略的重要举措。

航天强国战略。积极推动我国空间互联网建设，利用商业化手段抢占先机，打造天地融合的信息服务系统，有力支撑航天强国的实现。

具体方式为抢占资源先机：频率资源是空间互联网建设的先决条件，是一种越来越稀缺的全球战略资源，也是世界航天大国争夺的焦点，空间互联网建设可以实现对全球频率的有效抢占；抢占技术先机：空间互联网包括“空间网络控制与管理、空间网络协议标准、高集成度卫星”等核心技术，是国际宇航领域的技术至高点；抢占转型先机：空间互联网是推动我国航天商业化发展和卫星应用产业化发展的重要机遇。

航空强国战略。2014年3月马航MH370失联在全球引发极大震动，至今尚未找到飞机残骸及查明失联原因。这就要求加快推动我国民用航空安全保障体系，提高我国航空安全监控能力。

▲ 一带一路战略示意图

空间互联网可为民用航班提供集通信保障、状态监控于一体的综合服务，建立我国自主可控的、覆盖全球的民用航空器位置追踪监视系统，大幅提升航班的安全性、舒适性及运行效率。

海洋强国战略。21世纪海上丝绸之路经济带从海上联通欧、亚、非三个大陆和丝绸之路，形成一个海上、陆地的闭环，包括约40余个国家。促进海洋深度信息化，感知海洋、对话海洋，使海洋造福民众，是海上丝路各国民众的共同愿望！

“一带一路”倡议。“一带一路”沿线某些地区地面网络建设还不充分，通过天基网络改变原来点线为主的地面网络，建成覆盖面广、立体的天地一体化网络系统，实现“信息相连、物物相连 ”，为我国政府、企业走出去提供信息保障，更好地保障国家”一带一路”倡议落地。

服务国民经济

积极带动我国空间互联网建设，有利于促进通信、导航、微电子等相关领域经济发展，服务国民经济。

芯片是手机产业链的核心，被誉为手机产业的“皇冠”。国外高通、三星，国内海思等芯片厂商无一不是产业龙头，具有绝对话语权，引导产业发展方向。芯片同样也是卫星通信产业的核心，对终端成本、性能均有直接影响，空间互联网系统运营将对芯片产业链产生引领和促进作用，带动IP设计、芯片流片、封装测试全产业链发展。

空间互联网系统适用多种应用场景，将促进各类终端的开发，包括民用终端、机载终端、船载终端等。它将提供基于大数据的各类综合信息服务，如应急救灾、军用通信、智能驾驶、机载通信、远洋通信，促进产业链延伸，带动百亿级产业规模。

推动地方发展

覆盖全球的空间互联网为文化产业插上翅膀，加强世界文化交流。空间互联网为制造业赋能，实现万物互联、全球感知，提高企业竞争力。依托空间互联网，可带动人工智能、光伏、芯片制造等相关高新技术的发展。依托数据采集可完成对城市设施的感知，实现城市智慧化，提高城市管理效率。

▲ 强大的研发设计能力

服务大众百姓

全球仅有5%的海洋面积和20%的陆地面积得到地面通信网络的有效覆盖，空间互联网能够对空中、海洋、南北极提供全方位、无死角覆盖，提供民航WIFI、海洋互联网应用、远程教育、应急通信等服务，给人们日常生活、工作、学习带来更大的便利。

促进航天高质量高效益发展

商业航天作为技术创新性强、经济质量效益高的新兴业态，已经发展成为国家战略实施的重要载体，是我国经济发展极为重要的、新的增长极。空间互联网是我国商业航天项目的典型，必须坚持整合全产业链资源，采用先进的卫星制造与运载火箭发射理念，引领我国商业航天快速、高质量发展。

航天科技集团的使命担当

航天科技集团作为我国航天科技工业的主导力量，以主动服务国家战略、国防建设和经济发展为己任，有能力、有信心为我国空间互联网的建设发挥重要作用。

在高轨通信卫星运营方面，集团所属中国卫通拥有多年卫星运营经验，在轨运营高轨通信卫星16颗，全球覆盖可达50%；在低轨星座运营方面，航天科技集团提前谋划，与中国电信、中国电子、国新国同三家中央企业联合成立了东方红卫星移动通信有限公司，开展了低轨星座论证、系统全链路仿真、地面及运营系统建设，完成了低轨通信试验卫星发射，具备低轨星座抓总建设与系统运营的能力，为国家空间互联网建设奠定了基础。

天地一体化全链路仿真是低轨星座建设的重要环节，能够在地面阶段有效防止系统颠覆性问题的发生。东方红卫星移动通信公司建设了天地一体化的全链路仿真系统，为卫星通信系统的设计、建设和应用提供了一体化的解决方案，以便将最终用户的需求有效融入系统建设方案中，确保系统好用、实用。

东方红卫星移动通信有限公司采用国内+境外自主建站模式，在北京、重庆、牡丹江部署地面站，逐步建立全球馈电与测控网络；开展了核心接入芯片与典型终端研制；于2018年12月29日在酒泉卫星发射基地成功发射一颗低轨通信试验卫星，完成了数据采集、数据广播、话音通信、导航增强、ADS-B等功能的演示验证。针对星座任务要求，在天津航天城建设由多个总装测试单元组成的批量卫星生产线，开展低轨卫星的批量化生产。

我国空间互联网建设需要国家、央企、民企等多方合作，航天科技集团秉承开放合作、互利共赢的原则，充分利用国内外优势资源，快速推动系统建设。积极为社会资本参与集团公司商业航天项目创造条件，为系统建设提供丰富多元的融资保障；充分利用国内外商业航天运载火箭、商业航天测控等优质资源，各取所长，互利共赢；积极开放供应链，向拥有关键核心技术、具备自主可控能力、符合集团公司合格供应方要求的公司和单位敞开大门。

伟大的事业始于梦想，基于创新，成于实干。中国航天科技集团有限公司将以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，大力发扬航天“三大精神”，在我国卫星互联网建设中充分发挥主力军作用，广泛联合国内外优势单位，锐意创新，勇于担当，为推动实施国家重大战略、全面建设社会主义现代化强国、实现中华民族伟大复兴的中国梦做出更大的贡献。