卫星互联网概述_卫星互联网 软件定义

在2020年的4月20日，卫星互联网首次被中华人民共和国国家发展和改革委员会列为“新基建”范畴中的信息基础设施。随之而来的是卫星互联网概念午后出现一波集体拉升走势，截至收盘，中国卫通、天银机电涨停，中国卫星、康拓红外、上海沪工、航天宏图、华力创通涨幅均在5%以上。

发改委所提及的卫星互联网是什么呢，为什么会有这么大的影响呢？

原来，卫星互联网是一种新型通信方式，它指的是多次发射数百颗乃至上千颗小型卫星，在低轨组成卫星星座，以其作为“空中基站“，来实现太空互联网。而其中整合航天和通信两大产业资源正是卫星互联网的实现的根本。

与卫星互联网相比，如今中国正在建设的5G，是以地面通信基站为主的网络系统。卫星互联网所应用的“空中基站“，更多是6G时代的一种技术路径，为了国家通信技术能在国际社会处于领先地位，近年来各大运营商都在该方面加紧预研。

而卫星互联网的起源可以追溯到上个世纪。在20世纪80年代末，“铱星系统”被摩托罗拉公司所推行。此系统为突破基于地面的蜂窝无线通信系统局限，计划用66颗卫星分6个轨道面构成一个全球低轨卫星通信星座，成为第一代真正依靠卫星星座支撑的全球移动通信系统，即卫星互联网系统。

30多年如白驹过隙，科学技术的巨大飞跃将全球卫星通信提升到了一个新的高度。

2012年，星座互联网计划由美国OneWeb公司提出，即“星链”计划，预计一期组网卫星数量650多颗，后期卫星数量增加到900多颗，并计划到2025年提供宽带服务给全球超过10亿用户。

2015年，“太空互联网”计划由韩国三星公司提出，预备发射4600颗低轨道微型卫星，提供低成本的互联网接入服务给用户。据称，这种星座系统规模庞大，数据传输能力约为10万亿GB每月。

2016年，启动和运行一个总计由2956颗卫星组成的卫星网络计划由波音公司向美国联邦通信委员会提出并得到许可。

2019年，“柯伊伯项目”由亚马逊公司提出，计划送入近地轨道3236颗卫星，提供互联网服务的范围从北纬56°到南纬56°，而此项目于当年7月获得美国联邦通信委员会批准。

在卫星互联网的技术支撑方面，主要包括五类技术，有通信技术，推进技术，能源技术，运载技术以及射频技术。

在通信技术方面，星间链路激光通信是核心技术，有望大幅提升空天与地面数据传输速率。而美国太空探索技术公司（SpaceX）提交 FCC 的公开文件里披露了该技术中的卫星性能、覆盖分析、干扰分析，碰撞风险等多维度信息。在卫星+互联网（5G/6G）大背景下，数据传输速率Mb/s级别已无法承载，需大幅提升至 10-100Gb/s 级别。此背景下激光通信作为关键技术之一，其具有高频率、宽频带的独特性能，20Gb/s 以上的单通道数据传输性能，随着波分复用等技术的进一步发展使得通信容量仍有广阔上升空间。

在推进技术方面，氪离子推进系统被星链计划（Starlink）首次采用，商业航天领域因其优异性能的助力而发展迅速。一颗 Starlink 卫星配备4台霍尔离子电推，其具有推力小、比冲高等优点。与氧化化合物的推进剂比较，离子推进剂质量更轻，这对于商业航天至关重要。

在能源技术方面，设计单个太阳能电池阵，既能高效率转换又能极大简化系统。而马斯克在 Starlink 计划上依然坚持 “第一原理”：卫星通信本质上是卫星所能产生的太阳能利用效率的问题。

在运载技术方面，在高科技的加持下，颠覆性变革将会降临在传统火箭发射产业。SpaceX 火箭因其脑洞大开的技术在航天界产生诸多讨论，争议主要集中在回收技术和多发动机控制技术，三个猎鹰9号火箭组成的猎鹰9重型火箭,共计搭载27台发动机,这是人类从未持续成功过的设计。

在射频技术方面，Starlink向 Q/V频段发起冲击，相控阵射频技术面临提性能降成本的新挑战。由于通讯容量和资源频率有限，Starlink 的通信波段正在实现从传统 Ku/Ka 波段到 Q/V 波段的过渡，在Q/V波段，有丰富的资源，在V波段，有大量的连续大宽带可选择使用，但雨衰现象的存在，使得星上射频器件的条件也更加严格，首批 Starlink 卫星底部安装的 4 套相控阵天线系统，数据量发送和转发可以达到极高程度，与常规容量通信卫星相比，也低一个数量级。

当然，这种新型通信方式也存在着风险和隐患。

风险一，国家的信息以及空间安全受到威胁。大量占用空间轨道资源和频谱资源后，成千上万颗高速运行的低轨卫星，“拥堵”将会发生在低轨轨道，这使得碰撞风险增加了，并且连锁反应也更容易造成，空间碎片将会大量产生，会将毁灭性打击带给现有航天器。各种计划中的卫星互联网系统涉及卫星数量巨大，如果观测功能是相应卫星所具有的，则我国的重要设施等将处于完全暴露的状态，信息泄露等严重问题可能会发生，之后可能会把新的威胁带给国家安全和社会安全。除此之外，大量的非静止低轨卫星存在于卫星互联网系统中，寿命较短、难以回收，极其容易变成太空垃圾，同时这类卫星在军事方面天生就有重要用途，这会威胁航空航天安全，甚至威胁地面居住地和设施安全，巨大的经济和人员生命损失可能会发生。

风险二，监测技术缺乏。卫星互联网是一种新型的空间业务应用，主要涉及静止轨道卫星系统和非静止轨道卫星系统，工作频率一般为Ku和Ka波段。在卫星移动业务这块，因其终端具有重量轻、体积小、易隐蔽、可移动等特点，对其进行准确实时的监测定位是现有的无线电监测技术手段难以做到的。除此之外，因为卫星的数量非常庞大，所以卫星互联网无线电监测是非常繁琐、困难的。

风险三，很难对卫星提供的各种服务进行有效监管。因其隐蔽的获取方式，没有足够的监管能力等，使得难以及时查处、难于溯源等。

风险四，天文学家表示 “星链”卫星在他们观测范围内会留下高亮的轨迹，并表达了对低轨运行的卫星亮度远超大部分天文观测目标，拥挤的近地轨道，将使天文观测和科研受到越来越多的光线干扰的担忧。

事物都有两面性，卫星互联网当然也一样，在风险和隐患之外也有很多重要作用。

在环境监测方面，其对于水文监测、大气环境、土地沙漠，各种人迹罕至的地区的长期环境监测具有重大作用。

在自然灾害预警方面，有利于森林防火、地质灾害、水灾旱灾，并且无人值守就能够提供灾害预警和灾情上报，非常便捷高效。

在畜牧养殖渔业方面，主要作用体现在远海水文数据监测、山区牛羊定位管理、农场林场农情监控等。

在大型无人机应用方面，支撑物流无人机、运输无人机的数据传输，确保飞到哪里都能及时回传位置数据。

而在国内，卫星通信互联网发挥着至关重要的作用。

在新冠疫情最为严重的时候，人们基本足不出户，一线的防疫人员也不会离开自己的岗位，那怎么样确保生活的正常有序进行呢？恰恰是通过这种新型的卫星通信互联网技术。就比如火神山医院，雷山山医院等医疗防护站的建造，封闭管理时候的物资运送，外卖运送服务，亦或是街道巡防监管监督，都需要卫星通信互联网技术进行保障，定位服务，精密测距等等，其中我国的北斗卫星系统在这个阶段发挥了举足轻重的作用。

同样，在国外卫星通信互联网也发挥着关键作用。

有外媒报道称，Lynk公司宣布已经成功将地球低轨道卫星和地球上的普通移动电话相连接，这也是史上首次从太空向地球上的移动电话发送短信，迎来了里程碑式的突破。

Lynk创始人查尔斯·米勒表示，卫星和普通移动电话相连，将改变移动通信行业的游戏规则。早在今年2月24日，Lynk公司就进行测试，使用公司专利产品“太空蜂窝发射塔”技术，能够让低地球轨道纳卫星直接连接到未被修改的移动电话中。这一测试成功意味着卫星-电话连接测试将迈出新的一步，同时这也验证了Lynk公司革命性无线接入网络技术的能力，并且还减小了蜂窝发射塔在太空中的影响。就算传统地面网络崩溃人们也不用怕，Lynk的卫星通信技术能够保障应急响应人员的通信工作。

围绕Starlink等对手的”卫星群+5G/6G网络”，针对我们的产业和核心技术短板，配合需要的未来产业链生态模式，类比传统的3G/4G通信网络，未来可能有如下分工和产业机遇：

类似于铁塔和基站的网络基础设施，在卫星平台和发射端，除了传统卫星国家队航天五院、航天八院、航天一院外，此次航天科工二院、三江集团，凭借导弹批产、商业整星整箭制造多年布局，有望成为低成本批量星箭制造的新军，当然还有不少民营商业航天企业也将迎来前所未有的机遇。

为了与5G/6G的核心网和用户融合，在星网运营端已有所涉猎的中国卫通等也有望发挥重要作用。

在未来，信息网络空天地海一体化的重要程度前所未有，这为卫星通信的发展展现了广阔的发展前景。卫星通信要在其中大显身手，除了电调平板天线和移动边缘计算技术之外，还需要继续在小型化VSAT终端、卫星数字载荷、软件定义网络、小卫星规模制造、多星发射、星际光通信和太赫兹传输等方面加大创新力度，同时要重视与地面网络的融合发展。