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類似「星鏈」的低軌通信衛星網發展前景如何,如何看待互聯網公司參與低軌寬帶互聯網星座建設?

2022-08-09
來源:知乎 鄧晨嘯 電子技術應用

  其實不用看發展前景,因為沒前景也必須全力發展。

  目前衛星的軌道和頻段都是非常稀缺的資源,占一塊就少一塊,具有深遠的價值空間和戰略意義,在當前的國際競爭和經濟形勢下,航天是絕對的必爭之地。

  預計到2029年時近地軌道將部署57000顆衛星,如果按當前的發展速度來看漂亮國要吃掉87.7%的份額,就像我們要造CV提高在太平洋的話語權一樣,太空爭奪是必然的發展趨勢。

  現在國內組網數量30顆以上的項目已經有10個,總規劃衛星數2600+,雖然目前看起來規模跟space X相差還很大,而且實際上還沒發射幾顆,但在類似這樣的地獄難度下兔子已經創造過無數奇跡了,所以還是非常值得期待的。

  一、通信衛星的未來——6G

  全球衛星通信的發展經歷了與地面網絡競爭、補充、融合三個階段。

  競爭——

  1980-2000年,以摩托羅拉“銥星”為代表的多個星座計劃實施,提供話音、數據等服務,當時全產業吸引了數百億美金投資可謂紅極一時,但帶寬2.4k/s成本還超高,公司開了4個月,卒。

  補充——

  2000-2014年,“新銥星”衛星系統上天,這次他們學聰明了,定位是地面系統的補充,后來大家所了解的銥星系統其實都是指的這批二代銥星。

  融合——

  2015年以后,space X的巨大成本優勢也打開了衛星互聯網新的想象空間,星鏈將作為通訊網絡中的核心組成部分出現。

  在第二屆“全球6G技術大會”上專家普遍預測,6G技術預計會在2030年左右商用,其中空天地一體化是革命性進步。

  雖然6G的基本范式和關鍵應用場景尚未確定,但有愿景認為6G應該實現“無處不在的無線智能”,在空天地一體化的三維網絡覆蓋范圍內實現智能的、無處不在的無線連接,達到每秒Tb量級的數據傳輸速率,以及亞毫秒級的時延。

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  衛星在這套體系中主要承擔偏遠地區覆蓋、移動載體覆蓋、調度、定位等職責

  二、困難和問題

  成本&模式——

  衛星互聯網屬于重資產建設,前期研發投入巨大回收周期又長,目前基本都是國家投資國家使用,難以有效盈利。而且目前正處于技術井噴階段,新技術迭代超快,衛星發射成本又巨高,搞不好剛發上去沒用多久的衛星又面臨淘汰,這各種各樣的不確定性制約了衛星互聯網的發展。

  當然也有曲線救國的方法,比如咱們也來一發可回收火箭一箭143星。

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  監管——

  國際電信聯盟《無線電規則》中規定,除了衛星廣播業務,任何國家建設的衛星網絡都可以覆蓋全球,而目前的地軌衛星數量多、體積小、質量輕、移動快,隱蔽性強,現有的衛星監測技術極難定位和監控,是國家安全的重大隱患。

  網絡安全——

  受限于成本,目前主要在發展的小型衛星都會盡量節省載荷,使用軟件來實現遠程的在軌編程,而如果要確保這一過程的安全性,那么網絡安全的成本甚至要超過衛星本身的價值,這就導致衛星的網絡安全保障實際上非常薄弱,這里還有很大待改善的空間。

  缺少有效載荷——

  高性能數據計算與信息處理功能要求星在計算機處理器至少達到5TB,光口數不少于4路10Gbps,切換時間不長于90ms,再加上太空拓撲結構不斷變化,這里的難度也非常大。

  維護成本&太空垃圾——

  衛星的回收、維修、更換想想就知道是個很麻煩的事,低軌衛星一般壽命不超過5年,出現故障的話一般就直接丟棄形成軌道碎片,2018年時美國國防部與航天局建立的太空監視網公開數據顯示,目前近地軌道中有19000多個物體,其中衛星只有2000個,可想而知未來如果不解決這個問題文星的發射空間也是非常受影響的。

  三、互聯網公司加入帶來的變化

  成熟的互聯網公司能在技術上對衛星互聯網帶來極大助益。

  云計算——

  人人都知道發射衛星成本高,那么將天基運算轉到云端就是目前最理想的解決方案,衛星只負責獲取和傳輸,云負責處理、調度、存儲、維護等,即可實現巨大的降本提效。

  目前華為云已經深度參與在航天領域,關聯項目有四維地球、EI集群服務器等,就不具體展開了。

  人工智能——

  人工智能在衛星測控過程中的應用程度可以分為三個層次。

  1.輔助分析層次,人工智能從茫茫數海中找到重要信息提供給我們來做決策,通過不斷優化來提升對數據的鑒別能力;

  2.輔助決策層次,在衛星資源規劃和調度方面,人工智能可以結合歷史調度記錄,通過算法,幫助我們在新場景下快速有效的制定不同策略(如效率優先、用戶優先等);

  3.自主決策層次,在這一層次衛星被允許自主完成觀察、定向、決策、行動的循環,目前比較簡單的任務已經可以完全自主智能化實現。

  區塊鏈——

  想不到吧,這里也能蹭orz。

  首先,衛星也可以是節點,尤其是在覆蓋欠發達地區時可以發揮很好的效能,覆蓋人越多共識就越強嘛。

  其次,如果將天基載荷加入到相對比較成熟的鏈上運行,可以通過三重簽名方案等方式加強資產的安全性。

  當然能展開的還有很多很多,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都有動作表示在探索區塊鏈與衛星互聯網的結合應用,是一塊比較新的應用領域,但我覺得有精力研究這個還不如好好搞搞運載火箭。


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