星鏈計(jì)劃的案例
如何看待星鏈Starlink的用途？
今天都在說(shuō)星鏈Starlink這個(gè)事。前幾日和朋友探討過(guò)，其實(shí)可能對(duì)于車輛和手機(jī)來(lái)說(shuō)都是一種變革的可能性。
從防御性來(lái)看，下一代面向消費(fèi)者的高端手機(jī)，將可能具備衛(wèi)星通訊的功能——通過(guò)支持衛(wèi)星通訊的公司（不屬于常規(guī)功能，僅限緊急用途，用戶可用有限的衛(wèi)星通訊功能，進(jìn)行報(bào)警求助）。從2022年到2025 年，全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)收入會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，隨著世界局面和我們之前想象的不一樣，市場(chǎng)潛在用戶是很大的，目標(biāo)群體包括 40億+人次的航空員工和旅客、3000 萬(wàn)人次的航海員工和旅客、約占偏遠(yuǎn)地區(qū) 30 億人口5%（2億人）的富裕階層、3 億人次左右戶外旅行探險(xiǎn)者等。
▲圖1. 星鏈Starkink是多用途，屬于另外一種多屬性的基礎(chǔ)設(shè)施
從用途來(lái)看，在這次危機(jī)事件中，Elon Musk也是站了隊(duì)了，我們從下圖可以看到通過(guò)Space X的支撐，其實(shí)很難和Military的用途做分割。
▲表1. Starlink的多用途
從技術(shù)架構(gòu)來(lái)看，Elon Musk的星鏈計(jì)劃用11000多顆互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星，分布在距離地面為336-1325公里的近地軌道范圍內(nèi)。衛(wèi)星飛掠過(guò)每個(gè)用戶所在的地區(qū)速度會(huì)很快，連接時(shí)間極短，數(shù)據(jù)鏈會(huì)迅速切換到下一個(gè)衛(wèi)星上。星鏈會(huì)使用新的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議專門應(yīng)用在其互聯(lián)網(wǎng)星座上，這是一種去中心化的連接網(wǎng)絡(luò)，用戶包括衛(wèi)星都具備服務(wù)器或者客戶機(jī)的功能，數(shù)據(jù)在這些服務(wù)器上通過(guò)新的協(xié)議自動(dòng)流通，達(dá)到最佳的訪問(wèn)延遲跟傳送速度。
▲圖2. 星鏈小型化的可能性會(huì)拓寬它的可用性
硬件級(jí)別的終端對(duì)終端加密傳輸設(shè)計(jì)，這使得除了斷絕物理上的網(wǎng)絡(luò)連接，保證了通信的各種可能性。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榻K端-低星-激光-高星-激光-低星-終端，數(shù)據(jù)包無(wú)需拆開分析跟再次打包，端對(duì)端直接硬件加密連接。
展開 【5/25更新】SpaceX星鏈網(wǎng)速已飆升至全球最快之一！雖有一點(diǎn)不足，但軍用潛力巨大
2021年8月20日，SpaceX的星鏈計(jì)劃又進(jìn)行了修改，打算用完全可重復(fù)使用的星際飛船火箭快速部署第二代星鏈星座。SpaceX已經(jīng)向美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）提交了一份有關(guān)其“第二代星鏈星座”的修訂申請(qǐng)，提出了使用星際飛船火箭發(fā)射約3萬(wàn)顆新衛(wèi)星的計(jì)劃。
目前，該公司的星鏈服務(wù)分布在全球14個(gè)國(guó)家，已擁有超過(guò)10萬(wàn)名測(cè)試用戶。其第一代系統(tǒng)于2019年11月開始發(fā)射，第二代系統(tǒng)計(jì)劃總共發(fā)射近3萬(wàn)顆衛(wèi)星。
SpaceX表示，第二代星鏈衛(wèi)星更重，它們將比最初設(shè)計(jì)的更大些，性能也更強(qiáng)。第二代系統(tǒng)的衛(wèi)星每顆重約850-1250公斤，最大帶寬將是現(xiàn)有衛(wèi)星的三倍，提供大約15-20千瓦的太陽(yáng)能。這將使這些衛(wèi)星能夠?yàn)镾paceX的網(wǎng)絡(luò)提供“支持?jǐn)U展能力”，并“在未來(lái)容納更多的有效載荷”。
第二代星鏈網(wǎng)絡(luò)的“首選配置”將包括29988顆在軌衛(wèi)星，部署在9個(gè)不同高度，從340公里到614公里不等。此前，SpaceX曾表示其星鏈網(wǎng)絡(luò)將擁有3萬(wàn)顆衛(wèi)星，分布在8個(gè)高度，從328公里到614公里不等。修訂文件稱：“SpaceX將瞄準(zhǔn)多個(gè)傾角，更均勻地按緯度分布能力，以確保更好、更一致的全球覆蓋。”
當(dāng)星鏈衛(wèi)星發(fā)生故障時(shí)，SpaceX會(huì)通過(guò)重新進(jìn)入地球大氣層來(lái)處置衛(wèi)星，使其燒毀并解體。SpaceX強(qiáng)調(diào)，如果星鏈衛(wèi)星失控，軌道上衛(wèi)星的低高度意味著其在重返大氣層之前，只會(huì)在軌道上運(yùn)行“不到四年”。
SpaceX之前曾提到，星際飛船將為部署其星鏈網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的額外能力，但最新文件概述了它計(jì)劃使用這種巨大飛行器作為二代系統(tǒng)衛(wèi)星的主要運(yùn)載工具。SpaceX總裁格溫·肖特威爾在2019年表示，其獵鷹9號(hào)火箭每次可以發(fā)射60顆星鏈衛(wèi)星，但星際飛船將能夠“一次發(fā)射400顆衛(wèi)星”。
展開 科普 | 翼龍通信無(wú)人機(jī)救災(zāi)的？
埃隆馬斯克的星鏈計(jì)劃，更是大大刺激了人們對(duì)衛(wèi)星通信的關(guān)注。
這次翼龍-2H刷屏網(wǎng)絡(luò)，大家表面上看到的是無(wú)人機(jī)大放光彩，實(shí)際上背后真正發(fā)揮作用的，是衛(wèi)星。
我們?cè)賮?lái)看看這次任務(wù)的具體執(zhí)行情況：
7月21日下午14:22，翼龍-2H應(yīng)急救災(zāi)型從安順機(jī)場(chǎng)起飛，歷時(shí)4.5個(gè)小時(shí)抵達(dá)鞏義市，18時(shí)21分進(jìn)入米河鎮(zhèn)通信中斷區(qū)，為50平方公里范圍提供長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定連續(xù)信號(hào)覆蓋。
截止20時(shí)，空中基站累計(jì)接通用戶2572個(gè)，產(chǎn)生流量1089.89M，單次最大接入用戶648個(gè)。
此次任務(wù)，無(wú)人機(jī)在任務(wù)區(qū)內(nèi)作業(yè)時(shí)間共計(jì)8小時(shí)8分。無(wú)人機(jī)除了搭載通信設(shè)備，為受災(zāi)人員提供移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)之外，還應(yīng)用CCD航測(cè)相機(jī)、EO光電設(shè)備和SAR合成孔徑雷達(dá)，對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行拍照和監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)將有關(guān)信息回傳至指揮中心，有效支持了災(zāi)區(qū)的應(yīng)急救援行動(dòng)。
7月22日6時(shí)15分，翼龍-2H應(yīng)急救災(zāi)型無(wú)人機(jī)返場(chǎng)降落，飛行近16小時(shí)。
從上面的文字，我們可以看出幾點(diǎn)細(xì)節(jié)。
首先，作業(yè)時(shí)間問(wèn)題。
因?yàn)闄C(jī)場(chǎng)距離較遠(yuǎn)，無(wú)人機(jī)飛行在途時(shí)間較長(zhǎng)（單程4小時(shí)以上），所以，在災(zāi)區(qū)的實(shí)際作業(yè)時(shí)間，并不是太久（大約8個(gè)小時(shí)，其中5小時(shí)用于覆蓋信號(hào)）。
相信隨著這次翼龍-2H的成功實(shí)踐，應(yīng)急管理部會(huì)在全國(guó)各個(gè)片區(qū)部署多個(gè)無(wú)人機(jī)基地，實(shí)現(xiàn)就近支援。
其次，載荷量問(wèn)題。
翼龍2無(wú)人機(jī)最大起飛重量4200公斤，外掛載荷超過(guò)500公斤。按理來(lái)說(shuō)，這個(gè)載荷量不算低。
但是，我們要知道，無(wú)人機(jī)需要執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)（航拍等），掛載多種吊艙，所以，留給通信設(shè)備和配套電源的空間和重量配額有限，這限制了無(wú)人機(jī)通信保障服務(wù)的能力。
展開 翼龍通信無(wú)人機(jī)，通信老司機(jī)怎么看？
埃隆馬斯克的星鏈計(jì)劃，更是大大刺激了人們對(duì)衛(wèi)星通信的關(guān)注。
這次翼龍-2H刷屏網(wǎng)絡(luò)，大家表面上看到的是無(wú)人機(jī)大放光彩，實(shí)際上背后真正發(fā)揮作用的，是衛(wèi)星。
我們?cè)賮?lái)看看這次任務(wù)的具體執(zhí)行情況：
7月21日下午14:22，翼龍-2H應(yīng)急救災(zāi)型從安順機(jī)場(chǎng)起飛，歷時(shí)4.5個(gè)小時(shí)抵達(dá)鞏義市，18時(shí)21分進(jìn)入米河鎮(zhèn)通信中斷區(qū)，為50平方公里范圍提供長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定連續(xù)信號(hào)覆蓋。
截止20時(shí)，空中基站累計(jì)接通用戶2572個(gè)，產(chǎn)生流量1089.89M，單次最大接入用戶648個(gè)。
此次任務(wù)，無(wú)人機(jī)在任務(wù)區(qū)內(nèi)作業(yè)時(shí)間共計(jì)8小時(shí)8分。無(wú)人機(jī)除了搭載通信設(shè)備，為受災(zāi)人員提供移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)之外，還應(yīng)用CCD航測(cè)相機(jī)、EO光電設(shè)備和SAR合成孔徑雷達(dá)，對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行拍照和監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)將有關(guān)信息回傳至指揮中心，有效支持了災(zāi)區(qū)的應(yīng)急救援行動(dòng)。
7月22日6時(shí)15分，翼龍-2H應(yīng)急救災(zāi)型無(wú)人機(jī)返場(chǎng)降落，飛行近16小時(shí)。
從上面的文字，我們可以看出幾點(diǎn)細(xì)節(jié)。
首先，作業(yè)時(shí)間問(wèn)題。
因?yàn)闄C(jī)場(chǎng)距離較遠(yuǎn)，無(wú)人機(jī)飛行在途時(shí)間較長(zhǎng)（單程4小時(shí)以上），所以，在災(zāi)區(qū)的實(shí)際作業(yè)時(shí)間，并不是太久（大約8個(gè)小時(shí)，其中5小時(shí)用于覆蓋信號(hào)）。
相信隨著這次翼龍-2H的成功實(shí)踐，應(yīng)急管理部會(huì)在全國(guó)各個(gè)片區(qū)部署多個(gè)無(wú)人機(jī)基地，實(shí)現(xiàn)就近支援。
其次，載荷量問(wèn)題。
翼龍2無(wú)人機(jī)最大起飛重量4200公斤，外掛載荷超過(guò)500公斤。按理來(lái)說(shuō)，這個(gè)載荷量不算低。
但是，我們要知道，無(wú)人機(jī)需要執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)（航拍等），掛載多種吊艙，所以，留給通信設(shè)備和配套電源的空間和重量配額有限，這限制了無(wú)人機(jī)通信保障服務(wù)的能力。
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智芯研報(bào) | 天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)，下一代通信技術(shù)賽點(diǎn)
目前國(guó)內(nèi)國(guó)有和民營(yíng)的衛(wèi)星星座計(jì)劃整體呈現(xiàn)多點(diǎn)開花、分兵而戰(zhàn)的格局，與Starlink的全產(chǎn)業(yè)鏈資源整合存在差距。
2018年航天科技集團(tuán)宣布全球低軌衛(wèi)星星座通信系統(tǒng)“鴻雁星座”計(jì)劃，分三期建設(shè)共計(jì)300余顆衛(wèi)星，目前僅于2018年底成功發(fā)射首顆“鴻雁星座”。民營(yíng)低軌通信衛(wèi)星初創(chuàng)公司銀河航天規(guī)劃組建的“銀河Galaxy”低軌寬帶衛(wèi)星星座，由上千顆自主研發(fā)的5G衛(wèi)星組成近地軌道組成網(wǎng)絡(luò)星座，2020年1月首發(fā)星成功發(fā)射。
對(duì)比來(lái)看，Starlink計(jì)劃不僅規(guī)劃布局的12000顆衛(wèi)星數(shù)量，其推進(jìn)步伐也是大幅領(lǐng)先全球競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，2020年3月，SpaceX再次為Starlink發(fā)射了60顆衛(wèi)星（第六批次），星鏈計(jì)劃在軌衛(wèi)星共計(jì)達(dá)360顆。
考慮到我國(guó)低軌衛(wèi)星、運(yùn)載火箭及其相關(guān)科學(xué)技術(shù)的一定差距，此次行業(yè)大發(fā)展中，擁有解決核心問(wèn)題潛力的相關(guān)高校、企業(yè)以及研究院等將擔(dān)當(dāng)主力，深度參與并直面挑戰(zhàn)。
在制造業(yè)整合和成本控制方面，我國(guó)空天通信產(chǎn)業(yè)相比Starlink等對(duì)手存在一定差距。國(guó)內(nèi)對(duì)商業(yè)航天以及小衛(wèi)星組網(wǎng)等技術(shù)的探索相對(duì)較晚，因此在星間鏈路激光通信、星群通信協(xié)議、Ku/Ka特別是Q/V波段（頻譜資源和帶寬更具前景）的射頻器件、低成本相控陣天線、星載運(yùn)算芯片、5G融合的空中接口傳輸技術(shù)、“大時(shí)延帶寬積”條件下的端到端傳輸控制和擁塞管理、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算技術(shù)等軟硬件技術(shù)方面，亟待提升和實(shí)踐。
對(duì)于特別有挑戰(zhàn)的重大科技專項(xiàng)，我國(guó)推進(jìn)策略傳統(tǒng)上有整合現(xiàn)有優(yōu)質(zhì)資源，直接成立一家新的央企集團(tuán)來(lái)承接一個(gè)歷史任務(wù)的案例。目前以中航工業(yè)、中國(guó)商飛兩家整機(jī)平臺(tái)企業(yè)和中國(guó)航發(fā)一家發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)為主體的國(guó)內(nèi)航空裝備制造格局已然成型。
2.
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