衛星互聯網的案例
智芯研報 | “新基建”之中國衛星互聯網產業發展研究白皮書
在全球高度關注衛星互聯網布局前提下，衛星互聯網產業向高頻段化、網絡安全化、新興應用落地發展的趨勢顯著。
同時，在衛星互聯網產業發展過程中，政府可以從頂層設計方面予以支持，企業可以從落實部署和技術轉化方面加快腳步，投資機構可以重點關注全產業鏈核心環節。
2020年4月20日，國家發改委首次明確“新基建”范圍，“衛星互聯網”第一次被提及并列入。這意味著，衛星互聯網建設已上升為國家戰略工程。
從火箭發射、飛船運載技術的突破，到發射衛星、在廣袤的太空賽場展開新的角逐，人類前所未有地深入這片未知領域，也運用這些“人造群星”，在網絡通信、遙感、科研等領域不斷突破。
隨著“新基建”將構建衛星互聯網納入其中，我國太空探索也將開啟新的篇章。未來國內衛星互聯網產業將如何發展？企業又將如何布局？我們從賽迪顧問發布《“新基建”之中國衛星互聯網產業發展研究白皮書》報告中找到了參考答案。
展開 馬斯克放衛星，并不是為了讓你蹭網
雖然銥星計劃失敗了，但卻留給了很多公司一個靈感：通過發射衛星，傳輸通信信號可能是門不錯的生意。
這么貴、這么虧的衛星互聯網，為什么吸引了這么多人？
我們可以把衛星互聯網的概念想象成路由器和WiFi放大器，和家里的路由器一樣，一臺路由器信號能覆蓋的空間是有限的，但多放置幾臺路由器可以解決這個問題。
衛星路由器也是一樣，一開始在人們的設想中，把衛星放置在距離地球更遠的地方，就可以讓信號覆蓋到更多地方，減少發射衛星的數量從而降低成本。可實際隨著科技的發展，SpaceX這類民間資本的介入讓小型衛星的制作和發射成本越來越低，但遠距離衛星信號的強度卻不足以在地球上應用。
最終得出的結論是，在近地軌道放置小型衛星，用大量小型衛星實現信號的強度和覆蓋面。
到了今天，提出用這種方法建立全球互聯網的除了SpaceX，還有非盈利組織Outernet、拿到了大量投資的OneWeb以及我們的中國航天科工集團。其中SpaceX提出要發射4000多顆衛星，Outernet提出要發射700顆左右的衛星，OneWeb也提出要發射上千顆衛星……可以想象，到了2025年左右，當外星人對地球進行觀測時，一定會留下“密恐慎入”的評語……
可既然都有摩托羅拉失敗的前車之鑒，為什么這些企業還要爭著搶著放衛星呢？Google和Facebook都有過類似的嘗試，不過他們選擇用熱氣球、無人機等工具將設備送上高空，在成本和需突破的技術瓶頸上，都比放衛星要低的多。
首先我們要知道，不管是SpaceX還是任何一家企業，建立衛星互聯網的目的一定是商業化的、利益相關的，絕非是做公益，讓山里的孩子也能上網。
既然是商業化，那么衛星互聯網有哪些盈利途徑呢？
展開 衛星設計，請從MBSE開始
衛星設計，請從MBSE開始
01. 背景
隨著太空時代的迅速發展，創新技術也開始在太空可持續性和服務于偏遠地區的太空應用中占有一席之地。這些技術已經逐步應用在在正在進行的太空探索項目、微型衛星和天文觀測方面的快速發展。軍、民、商更感興趣的是衛星通信、廣播和通過近地軌道衛星星座提供的互聯網服務。可以更好地為軍事行動、信息交互、通信交流、情報收發等提供更好地支撐，近地軌道（LEO：Low Earth Orbit）由于其提供全球覆蓋和較低延遲的獨特特性，正在成為幾乎所有衛星星座的宿主。
由于LEO正被成千上萬的衛星網絡(如Starlink和OneWeb)組成的星座所占據，這些衛星網絡的設計及其數據管理使星座變得更加設計復雜，成本昂貴、管理困難。為了將太空應用的優勢提供給仍然無法獲得互聯網服務的偏遠和農村地區，新的方法可以提供降低成本的措施。
展開 馬斯克又一個強勁對手橫空出世，來自中國
顯然，這家新央企的首要目標就是實現這些衛星的互聯網。央企的地位，足見我國對于衛星互聯網的重視。對于馬斯克來說，他利用別人的忽視的間隙猥瑣發育了很長一段時間，然而，他真正的對手已經來了。
太空領域的競爭，將會越來越激烈。
【5/25更新】SpaceX星鏈網速已飆升至全球最快之一！雖有一點不足，但軍用潛力巨大
近日，SpaceX的星鏈衛星互聯網服務又取得了階段性的測速結果。測速結果顯示，該服務下載速度達到了301Mbps，是目前最快的寬 帶 服務之一，不過延遲依然存在很大的改進空間。
目前，全球范圍內，星鏈在其運營的大多數地區都超過了標稱的寬帶下載速度，只是上傳速度嚴重不對等，而且延遲極高。
一位Reddit用戶分享了上述網速測試結果。@DullKn1fe聲稱他在凌晨進行了測試，而他的星鏈能夠提供301Mbps的下載速度。DullKn1fe后續補充道，他住在美國大陸東北部的威斯康星州農村地區，那里人煙稀少，他所在地區沒有其他用戶。
Ookla去年第四季度測得星鏈在美國的中位下載速度為105Mbps。Ookla指出，星鏈互聯網服務實現的最快中位下載速度是在弗洛里達州的邁阿密-伊達縣，為191Mbps。最慢是俄勒岡州的哥倫比亞縣的64.95Mbps。一位德國網友稱，他的下載速度已達到250Mbps，但是上傳速度只有30Mbps，兩者嚴重不對等。
此外，星鏈互聯網目前已支持一些航空公司在飛行中上網，JXS航空成為首個簽署星鏈IFC飛行中連接服務的公司，今年就會有飛機航班實現空中聯網。
SpaceX CEO埃隆?馬斯克早在2015年1月就宣布了“星鏈”衛星互聯網服務項目，該項目旨在為世界各地的用戶提供高速互聯網接入，特別是在農村和偏遠地區。項目于2018年2月開始實施，其目的是在地球上的任何地點可接入高速互聯網，在組網第一階段，計劃發射約1.2萬顆衛星。
SpaceX率先推出了測試版星鏈衛星互聯網服務，面向特定消費者，每月收費99美元。在過去一年里，SpaceX還開始尋求為航空服務提供網絡，并將服務擴展到大型移動交通工具上，如輪船和卡車。
展開 案例分享 | Tyvak 納米衛星系統公司通過 MSC Apex 讓衛星減重 5 – 10%
Tyvak 納米衛星系統公司是 Terran Orbital 公司旗下的公司，專門從事航天器開發、發射服務以及在軌運行，提供用于重要的民事、國防及商業飛行任務的納米衛星和微小衛星，涵蓋近地軌道、地球同步軌道及地外軌道的各種飛行任務應用。自公司成立以來，Tyvak已開發出大量的納米衛星和微小衛星。Terran Orbital 品牌已完成超過 75 個全程飛行任務，并且在全球范圍內發射了超過 215 顆小型衛星。
圖.RainCube 飛行系統以及展開的太陽能電池板和雷達天線。
挑戰
設計、制造納米衛星是一個周密、復雜的過程。對 Tyvak 客戶來說，低廉的發射成本是主要的誘因。由于設計質量是發射成本的關鍵，Tyvak 工程師需要盡最大努力減輕衛星質量。在技術層面上，確保衛星結構能夠在大量的發射場景和環境中可靠地工作至關重要。為實現這一目標，Tyvak 采用虛擬樣機來開展其研發工作。然而，為能讓衛星減重，Tyvak 意識到需要在相同的時間里對更多的設計變量進行研究。因此，Tyvak 非常愿意采用新型、高效率的CAE工具來建立他們的有限元（FE）模型。
Tyvak的目標是縮短非常耗時的設計周期。這個過程從現有的幾何模型開始，通常包括簡化幾何，去除不必要的特征，并創建一個高質量的網格模型。在對新設計的性能進行驗證時，需要分配材料、施加約束和載荷并最終進行解算。在這個工作流程中，大部分的時間都花費在簡化 CAD 幾何體以及創建可提供準確仿真結果的網格上。這就需要充分利用 Tyvak 現有的工具和方法來建立可供使用的有限元模型。
展開 案例分享 | Tyvak 納米衛星系統公司通過 MSC Apex 讓衛星減重 5 – 10%
Tyvak 納米衛星系統公司是 Terran Orbital 公司旗下的公司，專門從事航天器開發、發射服務以及在軌運行，提供用于重要的民事、國防及商業飛行任務的納米衛星和微小衛星，涵蓋近地軌道、地球同步軌道及地外軌道的各種飛行任務應用。自公司成立以來，Tyvak已開發出大量的納米衛星和微小衛星。Terran Orbital 品牌已完成超過 75 個全程飛行任務，并且在全球范圍內發射了超過 215 顆小型衛星。
圖.RainCube 飛行系統以及展開的太陽能電池板和雷達天線。
挑戰
設計、制造納米衛星是一個周密、復雜的過程。對 Tyvak 客戶來說，低廉的發射成本是主要的誘因。由于設計質量是發射成本的關鍵，Tyvak 工程師需要盡最大努力減輕衛星質量。在技術層面上，確保衛星結構能夠在大量的發射場景和環境中可靠地工作至關重要。為實現這一目標，Tyvak 采用虛擬樣機來開展其研發工作。然而，為能讓衛星減重，Tyvak 意識到需要在相同的時間里對更多的設計變量進行研究。因此，Tyvak 非常愿意采用新型、高效率的CAE工具來建立他們的有限元（FE）模型。
Tyvak的目標是縮短非常耗時的設計周期。這個過程從現有的幾何模型開始，通常包括簡化幾何，去除不必要的特征，并創建一個高質量的網格模型。在對新設計的性能進行驗證時，需要分配材料、施加約束和載荷并最終進行解算。在這個工作流程中，大部分的時間都花費在簡化 CAD 幾何體以及創建可提供準確仿真結果的網格上。這就需要充分利用 Tyvak 現有的工具和方法來建立可供使用的有限元模型。
展開 衛星制造商THALES將粉末床3D打印用于衛星支架量產
衛星輕量化和點陣結構的應用領域，我國毫不遜色。例如中國空間技術研究院（北京空間飛行器總體設計部/501部），在3D打印方面已經擁有多年的經驗，形成了面向增材制造技術的設計方法，結合設計及增材制造技術的特點，進行全新的衛星設計。
來源：3D科學谷
平流層偽衛星來了：德國航空航天中心研發替代衛星的平流層無人機
地球觀測和全球通信——這兩個詞立刻讓人想起衛星。建造這些衛星并將它們送入軌道的費用很高，而且在任務結束時，它們的殘骸有時會留下來成為空間碎片。然而，飛機或直升機也不是完成這些任務的理想選擇。他們的部署受到時間和地點因素的限制，并且飛行高度依賴于天氣。
近日來自德國德國航空太空中心的一個研究小組正在研究和開發一種無人駕駛的太陽能平流層飛機，這種飛機結合了航天和航空的優勢，將用于未來的科學實驗。
Alpha HAP 設計研究(圖片來源: DLR)
德國航空航天中心的研究人員將他們的技術運營商命名為 HAP alpha。“ HAP 代表‘高空平臺’,”來自德國航空航天中心飛行系統研究所的 Florian Nikodem 解釋說。“它們通常是太陽能平臺，常駐在海拔20公里的平流層下部。”
在這個高度，他們飛行遠高于民用空中交通空域，甚至天氣因素都不需考慮。只要有足夠的太陽能，它們可以部署在任何地方，并且根據它們的有效載荷，可以用于各種任務。一旦到達平流層下部，它們不受天氣影響，也不受任務持續時間的影響，因為飛船上沒有乘員。這就是它們區別于傳統飛機的地方。
高空平臺(HAP) alpha 重36公斤，有效載荷能力為5公斤，翼展27米，預計飛行高度為20公里。HAP 項目于2018年啟動，第一次飛行計劃在2022年底進行。該平臺可以同時應用于民用和軍事領域。
“阿爾法”高空平臺無人機，預計將飛行到20公里的高度
高空平臺重36公斤，有效載荷5公斤，翼展27米，預計飛行高度20公里
與飛機和非地球靜止衛星不同，平流層通信衛星可以永久駐扎在任何地點。與載人飛機不同，它們是自動操作的——就像衛星一樣。
展開 智芯研報 | 天地一體化信息網絡，下一代通信技術賽點
其次，衛星通信本身具有大時延特征，疊加隨著“跳數”增大不斷增加的星座路由時延，來自不同區域的業務在落地時的時延上將具有顯著的差異。最后，星上用于排隊緩沖的存儲器相對地面非常有限，使得每個節點面對突發、擁塞時存在更大的分組丟失風險。
(3)邊緣計算技術化解數據傳輸處理矛盾，所涉相關技術仍需突破。目前規劃的天地一體化信息網絡的帶寬資源有限，若大量數據經過網絡回送后方服務器，其帶寬開銷、時延和費用均難以接受。
邊緣計算技術將數據通過身邊的“節點”進行計算、抽象、存儲和壓縮，從而減小向內傳輸以及組織內節點計算帶來的開銷，同時減輕云端處理數據帶來的安全問題，但該技術仍需在面向多種異構邊緣節點復雜環境的應用可編程性、命名規則、數據抽象、服務管理、數據隱私保護以及相關科學理論等領域取得突破。
這一輪低軌商業衛星計劃的發展最深刻的改變在于資本和企業家都意識到若不與主流民用通信在網絡和客戶端進行融合，衛星互聯網存在的價值將很難真正實現。
二、我國商業低軌衛星互聯網國家隊統籌布局并進行資源整合
針對低軌衛星互聯網，我國其實早有頂層舉國體制設計。16個國家科技重點專項和科技創新2030重大項目為重構我國的商業低軌衛星互聯網國家隊指明了方向和措施。
1. 以“天地一體化信息網絡”為先導和主干，國家有望從頂層設計布局空天通信產業
我國共有16個科技重大專項，旨在完成國家戰略目標。國家科技重大專項是通過核心技術突破和資源集成，在一定時限內完成的重大戰略產品、關鍵共性技術和重大工程。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020）》確定了16個重大專項（其中10個為民口，6個為軍口），這些重大專項是我國到2020年科技發展的重中之重。
展開 馬斯克的星鏈衛星加速無人機戰的發展
伊麗莎白·戈斯蘭-馬洛
SpaceX首席執行官Elon Musk（Kevork Djansezian/Getty Images攝）
米蘭消息—據C4ISRNET采訪的專家稱，烏克蘭軍隊廣泛使用由埃隆·馬斯克SpaceX運營的互聯網衛星星座Starlink來防御俄羅斯的入侵，正在加速無人機戰爭的發展。自去年收到Starlink接入終端以來，烏克蘭軍方一直沒有回避使用它們。
Aerorozvidka空中偵察部隊的官員在過去的采訪中表示，他們的無人機飛行員依靠Starlink執行任務，它將無人機部隊與火炮部隊連接起來，以對俄羅斯設備和位置實現目標捕獲和打擊。
最近，烏克蘭官員透露，該國軍方正在尋求建立打擊部隊，這些打擊部隊將配備Starlink設備，以創建可互操作的無人機機隊。馬斯克上個月在俄羅斯國家電視節目中露面時發表了一些自相矛盾的言論，稱他的公司禁止烏克蘭軍隊將Starlink用于遠程無人機襲擊。無論這些限制是否得到執行，有一點是明確的：自2015年公布以來，Starlink的前景早已超出了為供應不足的地區提供高速互聯網接入的初衷。
“我不認為SpaceX曾排除潛在的軍事用途，但這不是他們強調的案例，”位于羅德島紐波特的美國海軍戰爭學院國家安全事務教授大衛·T·伯巴赫（David T. Burbach）在接受采訪時說。“今天，毫無疑問，Starlink在烏克蘭戰爭中的突出地位讓世界各地的軍隊都在考慮并希望更多地利用它以及類似的移動數據星座。”
布爾巴赫說，他的觀點是他自己的，并不一定反映美國海軍的觀點。他說，與其他衛星通信網絡相比，Starlink具有相當大的優勢，可能有助于其裝備從步兵小隊到裝甲車的所有東西，并直接集成到無人機中，因為這變得更加可行。
展開 
你不曾想到過的：VR技術×航空航天技術
他們計劃在近地軌道發射衛星，這顆衛星能夠用廣角鏡頭和4K 的傳感器拍攝360°的太空全景視頻。之后，衛星會將這些視頻信號實時傳回地面，然后傳輸給所有SpaceVR 的用戶，人們就可以足不出戶，欣賞到太空美景了。
然而，SpaceVR 的計劃還不止于此。除了近地軌道的直播以外，他們還計劃制作火箭發射時的VR 體驗視頻。SpaceVR 的創始人甚至還說，如果美國宇航局能夠在Mars 2020上安裝一臺VR 攝像機，他們甚至可以讓所有人都能體驗到探測器降落火星時的“恐怖七分鐘”。
除了VR技術在航天領域的應用之外，還可以有那些方面VR技術的應用能夠受惠于航天技術呢？
衛星互聯網可以提供覆蓋全球，隨時隨地的高速寬帶網絡服務，可以是VR/AR技術真正成為生活必備科技產品，而不再是“房間里的玩具”。
坐落于澳大利亞墨爾本的VR沉浸式體驗店，名為“零延遲（Zero Latency）”提供真人VRCS游戲體驗。帶上酷炫的VR裝備，在虛擬的世界里與敵人廝殺。在空曠的場地上，你可以任意地走動、奔跑、跳躍、射擊，安裝在設備上的一系列攝像頭能夠精準定位并且跟蹤肢體和手木倉，VR眼鏡會將虛擬場景向你映射呈現。
衛星互聯網與VR/AR技術的結合，必將成為下一個互聯網時代的場景設備基礎。
展開 衛星測控系統簡介
衛星測控體系已經逐漸成熟，測控設備價格的逐步降低，使得商業化運營的衛星測控公司逐漸出現并發展起來。
多衛星任務（MSM）應用的增長源于微衛星、納米衛星和立方星的日益快速普及，以及批量化、標準化的生產線建立。
長空所指，有我護航
微小衛星測控分系統
測控(Telemetry,Tracking and Control,TT&C)系統是小衛星架構中一個不可或缺的分
系統，TT&C提供了遙測、遙控、測距、測速、跟蹤等基本業務。測控系統不僅起著
保障衛星正常工作，管理衛星狀態的功能，同時也是地面站觀察和維護小衛星運行狀態
的唯一途徑。
其主要功能如下：
（1）監視衛星通信平臺上各個子系統的性能，并將這些監視數據發往地面衛星控制
中心，為地面站工作人員分析判斷衛星是否運行正常提供數據參考。
（2）提供地面站跟蹤的信號源，地面衛星測控中心通過測量發射信號和接收信號之
間的相位差，確定地面站與衛星之間的距離以及兩者的相對運動速度。
（3）接收地面測控中心根據遙測和跟蹤數據發現星上分系統參數出現偏差或故障發
送的指令，進而調整衛星的在軌運行姿態與運行軌跡。
圖1 測控任務業務流程
目前統一S波段（USB）、擴頻等測控體系常應用在大型衛星通信系統[26]。
展開 基于MBSE的衛星工程(4)
(3)經濟和社會發展對衛星應用需求的迅速擴大,也促進了以小衛星為基礎的星座系統開發。
(4)高技術條件下的現代戰爭對發展小衛星提出了迫切的需求。
(5)科學實驗和新技術驗證都需要通過發展小衛星來實現。
(6)提高發射頻度、降低風險的需要。
2017年7月14日，拜科努爾成功發射斯圖加特大學研制的一顆名為“飛行筆記本電腦”的110公斤微小衛星（網絡圖）
在小衛星發展的基礎上，由于微小型化技術的快速發展，更進一步促進了小衛星向微小型化發展。美國航宇局將小衛星定義500kg以下。英國薩瑞大學還進一步將100kg～500kg的衛星稱為微小衛星(MINISAT)，10kg～100kg的衛星稱為微型衛星(MICROSAT)，10kg以下的衛星稱為納米衛星(NANOSAT)。納米衛星還稱固態衛星、硅微衛星，其自身通常無法獨立完成空間任務,需要依賴分布式的星座或網絡才能實現其功能。
用重量(或者尺寸、經費)來定義和分類現代小衛星具有清晰和直觀的優點,但卻無法闡述現代小衛星的特點,尤其是它與傳統小衛星的區別。因此，現又提出用功能密度(衛星分系統單位重量的功能)進行分類的方法，但這種方法又難于直觀給出小衛星的概念。因此,嚴格來講，現代小衛星又是衛星技術發展進步的一種表述。
02
微小衛星
Mini Satellite
不同于傳統大衛星的運載火箭定制專用發射，微小衛星的發射模式更加靈活。
展開 基于MBSE的衛星工程(5)
空間自主納星集群飛行和地理定位任務
由以色列理工學院主導、并得到以色列航天工業公司支持的“空間自主納星集群飛行和地理定位任務”（Space Autonomous Mission for Swarming andGeo-Locating Nanosatellites——SAMSON），旨在演示多顆衛星的長期自主編隊飛行。該任務將使用3顆基于立方星標準平臺研發的3U立方星。每顆衛星上都將配備冷氣推進系統、原子鐘、星間通信系統以及可展開太陽能電池板。這3顆衛星將被發射到半長軸、偏心率、傾角相同的；軌道，并形成一個衛星集群，衛星間的相對距離從最近的100m到最遠的250km。其中1顆星將被指定為“領航者”，其他2顆星將作為“跟隨者”。“跟隨者”可根據“領航者”的運動狀態，對運行軌道進行修正，以滿足相對距離約束。另外，地面控制中心可下達指令從而實現衛星間的角色轉換。
利用納米衛星進行群集和地理定位的空間自主任務(SAMSON：Space Autonomous Mission for Swarming and Geolocation with Nanosatellites)
地球觀測應用的新趨勢是使用一套低成本、簡單和研制時間短的衛星。以12顆立方體衛星作為成像節點的群任務，此外還提出了集線式微衛星來完成對地觀測任務，稱為分塊成像衛星群(FIC：Fractionated Imaging Satellite Cluster)。該建議的最大問題在于成像節點衛星和一顆集線器衛星之間使用光通信鏈路來傳輸大量成像數據。
SAMSON將包括三顆基于立方體衛星標準建造的納米衛星。
展開 