衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)： 將“基站”建在太空

假如我們無論是在遙遠(yuǎn)的海洋上航行，還是在廣袤的沙漠中探險(xiǎn)，甚至是在天空中飛翔，都能隨時(shí)連上互聯(lián)網(wǎng)，這聽起來是不是很酷？衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)就是這樣一種技術(shù)，它利用成千上萬顆衛(wèi)星把網(wǎng)絡(luò)信號送到地球的每一個(gè)角落。這樣無論我們走到哪里，都能享受到網(wǎng)絡(luò)的便利。

什么是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)？

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，簡而言之，是通過部署大量衛(wèi)星構(gòu)建覆蓋全球的星座網(wǎng)絡(luò)，這些衛(wèi)星如同天空中的移動(dòng)基站，能夠向地面及空中各類終端設(shè)備提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。它實(shí)現(xiàn)了將通信基礎(chǔ)設(shè)施延伸至太空，讓用戶無論身處何地，都能享受到高速、靈活且便捷的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。

中國使用長征二號丙運(yùn)載火箭，成功將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射升空

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的必要性

雖然5G技術(shù)已經(jīng)落地普及，6G技術(shù)已經(jīng)呼之欲出，但當(dāng)前全球仍存在大量互聯(lián)網(wǎng)覆蓋盲區(qū)，超過30億人還無法享受便捷的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。衛(wèi)星通信可以為這些基礎(chǔ)建設(shè)相對薄弱的地區(qū)提供解決方案，也是為海洋、沙漠、冰川等自然區(qū)域提供通信的已知最優(yōu)解決方案。因此，作為未來通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部分，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)對于實(shí)現(xiàn)全球萬物互聯(lián)具有戰(zhàn)略意義，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和空間頻軌資源的稀缺性使其成為全球關(guān)注和競爭的焦點(diǎn)。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程

全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)歷程超過40年，大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。

第一階段從1980年延續(xù)至2000年，這一時(shí)期以摩托羅拉的“銥星”計(jì)劃為代表，提出了多個(gè)衛(wèi)星星座構(gòu)想，“銥星”星座計(jì)劃通過部署66顆低軌衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)全球通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。這個(gè)階段主要提供語音通信、低速數(shù)據(jù)傳輸和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。然而由于地面通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，在通信質(zhì)量和成本效益方面對衛(wèi)星通信構(gòu)成了挑戰(zhàn)，導(dǎo)致衛(wèi)星通信在與地面通信網(wǎng)絡(luò)的競爭中宣告失敗。

第二階段從2000年開始至2014年，這一時(shí)期以新一代的銥星、全球星和軌道通信公司為代表，衛(wèi)星通信的角色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈孛嫱ㄐ畔到y(tǒng)的補(bǔ)充和擴(kuò)展。

第三階段自2014年至今，這一時(shí)期以一網(wǎng)公司(OneWeb)、太空探索公司(SpaceX)等公司為先驅(qū)，引領(lǐng)了新型衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座的建設(shè)。在這一階段，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與地面通信系統(tǒng)進(jìn)行更深層次的互補(bǔ)合作和融合發(fā)展，衛(wèi)星的工作頻段也不斷提高，向著高通量衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的方向持續(xù)演進(jìn)，標(biāo)志著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)正式邁入了寬帶互聯(lián)網(wǎng)的新紀(jì)元。

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衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的拓展應(yīng)用

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建成后，無論是在沙漠、海洋還是在飛機(jī)上，都可以享受到與在家里一樣的上網(wǎng)速度和服務(wù)體驗(yàn)。不同軌道高度的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)性能有所差異，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)根據(jù)衛(wèi)星所處的軌道高度分為低地球軌道(LEO)、中地球軌道(MEO)、地球靜止軌道(GEO)、太陽同步軌道(SSO)以及傾斜地球同步軌道(IGSO)。它們在覆蓋范圍、系統(tǒng)容量、傳輸延遲、衛(wèi)星壽命等方面具有各自的特點(diǎn)。其中低地球軌道衛(wèi)星優(yōu)勢顯著，未來市場前景廣闊，是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的理想選擇。

低地球軌道一般是高度在2000米以下的近圓形軌道，它能夠快速繞地球運(yùn)行，完成高分辨率的地面景物圖像拍攝，并且在通信方面提供全球覆蓋的能力。得益于低地球軌道衛(wèi)星距離地面較近的特點(diǎn)，通信、地球觀測、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等應(yīng)用得到很好的拓展。

在通信方面，低地球軌道衛(wèi)星系統(tǒng)如銥星系統(tǒng)和全球星系統(tǒng)曾被用于提供全球移動(dòng)通信服務(wù)。銥星系統(tǒng)指在突破現(xiàn)有基于地面的蜂窩無線通信的局限，通過太空向任何地區(qū)、任何人提供語音、數(shù)據(jù)、傳真及尋呼信息，但由于成本過大已停止運(yùn)行。全球星系統(tǒng)是利用48顆低軌道衛(wèi)星提供全球覆蓋（不包括南北極），支持話音、傳真、數(shù)據(jù)、短信息、定位等多種通信服務(wù)。用戶可以使用雙模式手持機(jī)，在地面蜂窩網(wǎng)覆蓋不到的地方自動(dòng)切換到衛(wèi)星通信模式，實(shí)現(xiàn)真正的全球通信。目前全球星系統(tǒng)仍在使用中，證明了低地球軌道衛(wèi)星在通信領(lǐng)域的潛力?。?

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在地球觀測方面，低地球軌道衛(wèi)星能夠以前所未有的清晰度和細(xì)節(jié)捕捉地球圖像，適用于環(huán)境監(jiān)測、氣候變化研究等。其高分辨率的觀測能力使得在偵察、科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢?。

此外，低地球軌道衛(wèi)星有望成為未來衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，通過部署大量的低軌衛(wèi)星提供全球高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠確保信號傳輸?shù)牡脱舆t，支持大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和遠(yuǎn)程通信需求。

我國低地球軌道衛(wèi)星的布局與建設(shè)

目前，我國正積極布局2個(gè)大型低軌星座包括“GW星座”和“千帆星座”（G60星座），努力躋身于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)世界強(qiáng)國。

中國星網(wǎng)的GW星座計(jì)劃包含兩個(gè)子星座，即GW-A59和GW-2。GW-A59子星座計(jì)劃發(fā)射6080顆衛(wèi)星，分布在500km以下的極低軌道。GW-2子星座則發(fā)射6912顆衛(wèi)星，分布在1145km的近地軌道。2023年7月9日，長征二號丙運(yùn)載火箭成功將首顆衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，隨后在11月23日和12月6日，我國又完成兩次衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星的發(fā)射。預(yù)計(jì)今年GW星座開始進(jìn)入批量發(fā)射，在2030年之前完成10%衛(wèi)星的發(fā)射。到2030年之后，平均每年發(fā)射量將達(dá)1800顆。

千帆星座是由垣信衛(wèi)星運(yùn)營的低軌互聯(lián)網(wǎng)寬帶通信衛(wèi)星星座，計(jì)劃于2030年前發(fā)射1.5萬顆左右組網(wǎng)衛(wèi)星。2024年8月6日，長征六號改運(yùn)載火箭搭載千帆極軌01組18顆衛(wèi)星發(fā)射升空，成功將衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。千帆星座預(yù)計(jì)今年完成108顆衛(wèi)星發(fā)射；2025年底完成648顆發(fā)射，提供區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋；2027年底完成共1296顆的一期建設(shè)，提供全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋；到2030年底，完成超1.5萬顆低軌衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)。

GW星座和千帆星座的建設(shè)對于中國在全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。它們不僅能夠提供全球無縫鏈接服務(wù)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)陸地移動(dòng)通信服務(wù)的不足，還能在搶險(xiǎn)救援、公安應(yīng)急、大型安保、行業(yè)災(zāi)備等應(yīng)急事件中提供現(xiàn)場指揮調(diào)度與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)備份處理。隨著全球?qū)Φ蛙壭l(wèi)星資源的競爭日益激烈，大型低軌星座的快速部署對于確保中國在這一領(lǐng)域的戰(zhàn)略地位至關(guān)重要。

中國航天事業(yè)從東方紅到神舟、嫦娥、北斗、天宮及長征系列火箭，不斷書寫輝煌篇章。如今，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)作為新興熱點(diǎn)，正以前所未有的方式改變著我們的生活和工作方式，讓航天技術(shù)的成果觸手可及。

部分信息來源于光明網(wǎng)、新華網(wǎng)、人民網(wǎng)、科普中國等

（科學(xué)性審核：尹銳，中國載人航天工程航天員系統(tǒng)副總指揮）

本文來自： 中國數(shù)字科技館

責(zé)任編輯：王磊