万物互联无死角,中美卫星互联网竞赛打响!
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2020年2月24日,发改委等11部委联合下发《智能汽车创新发展战略》(发改产业〔2020〕202号)文件,而5G卫星网络将会真正提供智能汽车全方位无死角的自动驾驶基础网络。
5G迎来新挑战,什么是卫星互联网?-----特斯拉汽车想实现无人驾驶,对应将发射12000颗低轨卫星。
摘要:今年,马斯克盯上了卫星互联网,5 月 12 日,马斯克在推特上公布了将在本周发射的 60 颗卫星,这些是 Space X 计划发射的数千上万颗卫星的第一批。未来几年内,马斯克希望向太空发射 12000 颗卫星,让网络信号覆盖全球每一个角落。
关键词:5G[904篇] 卫星互联网[0篇]
在硅谷
也许没有人比埃隆·马斯克更具传奇色彩
他是眼光独到的梦想家
也是敢于冒险的挑战者
从 PayPal ,到特斯拉、Space X
马斯克总会走在时代的前列
钟情于充满创造与挑战的领域
最近,马斯克又盯上了卫星互联网,5 月 12 日,马斯克在推特上公布了将在本周发射的 60 颗卫星,这些是 Space X 计划发射的数千上万颗卫星的第一批。未来几年内,马斯克希望向太空发射 12000 颗卫星,让网络信号覆盖全球每一个角落。
5G 网络的缺陷
所谓卫星互联网,与我们平常用的光纤宽带网络、4G 网络没什么本质不同。区别在于网络通信的中间环节由埋在地下的电缆、建在地面的基站换成了太空中的卫星。或许会有小伙伴心中疑惑,都说 5G 网络是未来的趋势,怎么又突然蹦出一个卫星互联网。
事实上,5G 网络确实是大趋势,高速率和低延迟两大核心优势有望带来一场万物互联的革命。但是任何事物都有其两面性,5G 也不例外。 5G 网络采用“毫米波”频段,毫米波在具备高速率、高带宽的同时,也存在着损耗大和传输距离短的缺陷。
传统 4G 基站覆盖半径约为 1-3 公里,而 5G 基站覆盖半径只有 500 米左右。因而,为了让用户随时随地都能接入 5G 网络,运营商们需要建设更多的基站。保守估计,今后 5G 基站的数量将是 4G 基站的 2-3 倍。
同时, 5G 基站的建设维护费用也远在 4G 基站之上。由于频率提升, 5G 基站单站点的功耗相比 4G 大幅增长。而随着功耗大幅增加,存量 4G 基站的开关电源、蓄电池、空调等也需扩容改造,改造成本不亚于新建一座 5G 基站。
数量翻一番的基站数量,加上昂贵的建设维护成本,直接导致 5G 网络建设总费用难以预估。所以,别看现在铺天盖地的全是 5G 的消息,其实我们距离 5G 网络依然很遥远。未来两三年,国内应该会优先实现北上广深等一二线城市 5G 网络覆盖,那些三四线城市乃至广袤的乡镇地区短时间内根本无法领略到 5G 网络的便利。
卫星互联网竞赛打响
在当今这个信息化时代,网络覆盖一直困扰着包括我国在内的各国政府。 5G 网络速度再快,没有信号只能望洋兴叹。 其实不仅仅是 5G ,4G 网络信号覆盖同样不是很理想。即使强大如我们国家,4G 通信基站总量占据了全球的 64%,覆盖率在全球遥遥领先,都无法保证每一寸国土都有 4G 网络信号。其他国家就更不用说了,非洲、拉美国家通信基础设施落后,网络信号一直是个大问题。发达国家也没好到哪里去,在美国中部、加拿大北部人烟稀少的地区,4G 网络信号覆盖同样很不理想。
既然 4G、5G 这些陆基基站无法解决网络覆盖问题,那为何不在天上建基站呢?抱着这样的心思,很多公司都开始用各种方式尝试天上的基站。Facebook 推出过大型太阳能无人机,从天上发出网络信号。谷歌则选择了高空气球,试图利用高空气球在天上不间断地提供网络信号。相比之下,马斯克的“星链”卫星互联网计划看起来要靠谱的多。
早在 2015 马斯克就透露了“星链”计划,第一阶段在 2019 年-2024 年向 1100 公里左右近地轨道发射 4425 颗小型卫星。第二阶段则是向 340 公里的近地轨道发射 7518 个类似的卫星,将网络信号覆盖光线和通信基站难以到达的偏远地区。两个阶段合计 12000 颗卫星,共同构建一个大型卫星网络,给全球提供高速互联网服务。
除了马斯克,世界首富贝索斯、非盈利组织 Outernet、拿到了大量投资的 OneWeb 以及我们的中国航天科工集团,都在积极筹备卫星互联网,一场悄无声息的卫星互联网竞赛已然打响。其中,贝索斯旗下的 Kuiper 项目计划发射 3236 颗近地轨道卫星,Outernet 提出要发射 700 颗左右的卫星,OneWeb 也提出要发射上千颗卫星。五年之后,宇航员在国际空间站对地球进行观测时,多半会留下“密恐慎入”的感叹。
难以逾越的难关
为了解决全球范围内的上网问题,马斯克与贝索斯等科技大佬已经开始了“军备竞赛”。他们的计划看上去都野心勃勃,不过介于理想与现实之间,还有脚踏实地的奋斗过程。卫星互联网计划看上去十分美好,实际做起来却困难重重。
就拿“星链”计划来说, SpaceX 的互联网卫星使用的波段和手机频段互不兼容,卫星上下行频率在 11-13GHz ,而目前 4G 网络的最高频率也只有 2635MH。频段不同就无法沟通,手机想要接收卫星信号,还得通过调制解调器作为“翻译”。调制解调器和披萨一般大小,可以想象,这个世界没几个人忍得了如此费劲的上网方式。
此外,卫星互联网的概念从来没被实现过,因而没有成功的模式可供参考。倒是有些失败的例子,例如上世纪摩托罗拉公司的铱星计划。上世纪 80 年代手机通讯技术还不发达,很多地方都没手机信号。摩托罗拉就突发奇想,企图环绕地球建立一个太空通讯网络,从而实现全球信号覆盖。可惜,摩托罗拉好不容易将铱星星座网络建成,人们却都不需要这项服务了。原来,那几年地面通讯技术飞速发展,通话信号有了很大的改善,人们不用通过摩托罗拉昂贵的铱星网络,也能享受良好的通话服务。
无法兼容的频段问题,飞速发展的通讯技术,还有昂贵的卫星发射成本,这些都是横亘在马斯克等人面前的鸿沟。介于“星链”计划实施难度太大,甚至有不少人怀疑这只是马斯克用来骗融资的手段。其实,马斯克和贝索斯既不是傻子,也不是疯子,他们大张旗鼓的卫星互联网计划实际上另有所图。
抢占太空资源
从小我们就知道,太空广袤无垠,小小的卫星在太空中毫不起眼,外太空中可以容纳无数个卫星轨道。不过,卫星轨道也有价值高低之分,为了保证频率隔离、空间隔离,卫星间需要保持一定的安全距离。因此,有价值的轨道,如地球静止轨道,数量并不多,这些轨道上某些静止点更是极为稀缺。
国际上有一个空间轨道分布协会协调空间轨道,理论上哪个国家或公司优先申报,就可以获得优先使用权。马斯克、贝索斯他们如此不计代价的开展卫星互联网计划,未尝没有通过大量通讯卫星占据高价值卫星轨位的心思。
更为关键的一点是,通讯卫星在 5G 之后的 6G 时代意义非凡。我国工信部 IMT-2020(5G) 无线技术工作组组长粟欣曾经透露:“目前来看,5G 在广联接也就是物联网的应用还不太理想,6G 可能会在这个场景上扩展向更广泛的层面、更高的空间,比如卫星移动,实现地空全覆盖的网络,实现真正无所不在的任意设备之间的信息传输,真正的万物互联时代。”
另外,上个月美国联邦通信委员会一致投票决定开放“太赫兹波”频率段,该频率段在 95GHz 到3THz 范围内,正是预测 6G 通信技术将进入的频段。目前业界观点普遍认为,未来 6G 将使通信向空间发展,卫星通信将发挥重要甚至关键的作用。
如此看来,马斯克、贝索斯的卫星互联网计划,更像是提前为未来布局。通过随处可达的卫星互联网,为全球每个人迹罕至的角落提供网络信号。在造福用户的同时,积累低轨宽带天基互联网组网经验。等到 6G 技术标准正式确立,就可以利用自身丰富的卫星互联网组网经验以及占据的高价值卫星轨位抢占先机。
5G迎来新挑战,什么是卫星互联网?-----特斯拉汽车想实现无人驾驶,对应将发射12000颗低轨卫星。
摘要:今年,马斯克盯上了卫星互联网,5 月 12 日,马斯克在推特上公布了将在本周发射的 60 颗卫星,这些是 Space X 计划发射的数千上万颗卫星的第一批。未来几年内,马斯克希望向太空发射 12000 颗卫星,让网络信号覆盖全球每一个角落。
关键词:5G[904篇] 卫星互联网[0篇]
在硅谷
也许没有人比埃隆·马斯克更具传奇色彩
他是眼光独到的梦想家
也是敢于冒险的挑战者
从 PayPal ,到特斯拉、Space X
马斯克总会走在时代的前列
钟情于充满创造与挑战的领域
最近,马斯克又盯上了卫星互联网,5 月 12 日,马斯克在推特上公布了将在本周发射的 60 颗卫星,这些是 Space X 计划发射的数千上万颗卫星的第一批。未来几年内,马斯克希望向太空发射 12000 颗卫星,让网络信号覆盖全球每一个角落。
5G 网络的缺陷
所谓卫星互联网,与我们平常用的光纤宽带网络、4G 网络没什么本质不同。区别在于网络通信的中间环节由埋在地下的电缆、建在地面的基站换成了太空中的卫星。或许会有小伙伴心中疑惑,都说 5G 网络是未来的趋势,怎么又突然蹦出一个卫星互联网。
事实上,5G 网络确实是大趋势,高速率和低延迟两大核心优势有望带来一场万物互联的革命。但是任何事物都有其两面性,5G 也不例外。 5G 网络采用“毫米波”频段,毫米波在具备高速率、高带宽的同时,也存在着损耗大和传输距离短的缺陷。
传统 4G 基站覆盖半径约为 1-3 公里,而 5G 基站覆盖半径只有 500 米左右。因而,为了让用户随时随地都能接入 5G 网络,运营商们需要建设更多的基站。保守估计,今后 5G 基站的数量将是 4G 基站的 2-3 倍。
同时, 5G 基站的建设维护费用也远在 4G 基站之上。由于频率提升, 5G 基站单站点的功耗相比 4G 大幅增长。而随着功耗大幅增加,存量 4G 基站的开关电源、蓄电池、空调等也需扩容改造,改造成本不亚于新建一座 5G 基站。
数量翻一番的基站数量,加上昂贵的建设维护成本,直接导致 5G 网络建设总费用难以预估。所以,别看现在铺天盖地的全是 5G 的消息,其实我们距离 5G 网络依然很遥远。未来两三年,国内应该会优先实现北上广深等一二线城市 5G 网络覆盖,那些三四线城市乃至广袤的乡镇地区短时间内根本无法领略到 5G 网络的便利。
卫星互联网竞赛打响
在当今这个信息化时代,网络覆盖一直困扰着包括我国在内的各国政府。 5G 网络速度再快,没有信号只能望洋兴叹。 其实不仅仅是 5G ,4G 网络信号覆盖同样不是很理想。即使强大如我们国家,4G 通信基站总量占据了全球的 64%,覆盖率在全球遥遥领先,都无法保证每一寸国土都有 4G 网络信号。其他国家就更不用说了,非洲、拉美国家通信基础设施落后,网络信号一直是个大问题。发达国家也没好到哪里去,在美国中部、加拿大北部人烟稀少的地区,4G 网络信号覆盖同样很不理想。
既然 4G、5G 这些陆基基站无法解决网络覆盖问题,那为何不在天上建基站呢?抱着这样的心思,很多公司都开始用各种方式尝试天上的基站。Facebook 推出过大型太阳能无人机,从天上发出网络信号。谷歌则选择了高空气球,试图利用高空气球在天上不间断地提供网络信号。相比之下,马斯克的“星链”卫星互联网计划看起来要靠谱的多。
早在 2015 马斯克就透露了“星链”计划,第一阶段在 2019 年-2024 年向 1100 公里左右近地轨道发射 4425 颗小型卫星。第二阶段则是向 340 公里的近地轨道发射 7518 个类似的卫星,将网络信号覆盖光线和通信基站难以到达的偏远地区。两个阶段合计 12000 颗卫星,共同构建一个大型卫星网络,给全球提供高速互联网服务。
除了马斯克,世界首富贝索斯、非盈利组织 Outernet、拿到了大量投资的 OneWeb 以及我们的中国航天科工集团,都在积极筹备卫星互联网,一场悄无声息的卫星互联网竞赛已然打响。其中,贝索斯旗下的 Kuiper 项目计划发射 3236 颗近地轨道卫星,Outernet 提出要发射 700 颗左右的卫星,OneWeb 也提出要发射上千颗卫星。五年之后,宇航员在国际空间站对地球进行观测时,多半会留下“密恐慎入”的感叹。
难以逾越的难关
为了解决全球范围内的上网问题,马斯克与贝索斯等科技大佬已经开始了“军备竞赛”。他们的计划看上去都野心勃勃,不过介于理想与现实之间,还有脚踏实地的奋斗过程。卫星互联网计划看上去十分美好,实际做起来却困难重重。
就拿“星链”计划来说, SpaceX 的互联网卫星使用的波段和手机频段互不兼容,卫星上下行频率在 11-13GHz ,而目前 4G 网络的最高频率也只有 2635MH。频段不同就无法沟通,手机想要接收卫星信号,还得通过调制解调器作为“翻译”。调制解调器和披萨一般大小,可以想象,这个世界没几个人忍得了如此费劲的上网方式。
此外,卫星互联网的概念从来没被实现过,因而没有成功的模式可供参考。倒是有些失败的例子,例如上世纪摩托罗拉公司的铱星计划。上世纪 80 年代手机通讯技术还不发达,很多地方都没手机信号。摩托罗拉就突发奇想,企图环绕地球建立一个太空通讯网络,从而实现全球信号覆盖。可惜,摩托罗拉好不容易将铱星星座网络建成,人们却都不需要这项服务了。原来,那几年地面通讯技术飞速发展,通话信号有了很大的改善,人们不用通过摩托罗拉昂贵的铱星网络,也能享受良好的通话服务。
无法兼容的频段问题,飞速发展的通讯技术,还有昂贵的卫星发射成本,这些都是横亘在马斯克等人面前的鸿沟。介于“星链”计划实施难度太大,甚至有不少人怀疑这只是马斯克用来骗融资的手段。其实,马斯克和贝索斯既不是傻子,也不是疯子,他们大张旗鼓的卫星互联网计划实际上另有所图。
抢占太空资源
从小我们就知道,太空广袤无垠,小小的卫星在太空中毫不起眼,外太空中可以容纳无数个卫星轨道。不过,卫星轨道也有价值高低之分,为了保证频率隔离、空间隔离,卫星间需要保持一定的安全距离。因此,有价值的轨道,如地球静止轨道,数量并不多,这些轨道上某些静止点更是极为稀缺。
国际上有一个空间轨道分布协会协调空间轨道,理论上哪个国家或公司优先申报,就可以获得优先使用权。马斯克、贝索斯他们如此不计代价的开展卫星互联网计划,未尝没有通过大量通讯卫星占据高价值卫星轨位的心思。
更为关键的一点是,通讯卫星在 5G 之后的 6G 时代意义非凡。我国工信部 IMT-2020(5G) 无线技术工作组组长粟欣曾经透露:“目前来看,5G 在广联接也就是物联网的应用还不太理想,6G 可能会在这个场景上扩展向更广泛的层面、更高的空间,比如卫星移动,实现地空全覆盖的网络,实现真正无所不在的任意设备之间的信息传输,真正的万物互联时代。”
另外,上个月美国联邦通信委员会一致投票决定开放“太赫兹波”频率段,该频率段在 95GHz 到3THz 范围内,正是预测 6G 通信技术将进入的频段。目前业界观点普遍认为,未来 6G 将使通信向空间发展,卫星通信将发挥重要甚至关键的作用。
如此看来,马斯克、贝索斯的卫星互联网计划,更像是提前为未来布局。通过随处可达的卫星互联网,为全球每个人迹罕至的角落提供网络信号。在造福用户的同时,积累低轨宽带天基互联网组网经验。等到 6G 技术标准正式确立,就可以利用自身丰富的卫星互联网组网经验以及占据的高价值卫星轨位抢占先机。
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声明:遵守相关法律法规,所发内容承担法律责任,倡导理性交流,远离非法证券活动,共建和谐交流环境!
洛杉矶市议会全票通过批准了该工厂的建设,为马斯克的载人航天计划铺平道路。马斯克计划加快步伐,开发新的航天器和火箭系统,以把人类送上月球和火星。上周,洛杉矶港务局委员会为工厂批准了10年的许可证。
“太不可思议了,我们现在是在2020年,我们已经开始准备把人送上火星,更不可思议的是,这件事就发生在我们身边,”市议会议员乔·布斯卡诺(Joe Buscaino)在周二投票前说,“我们将成为太空港!”
新工厂的运营最终将仅限于航空部件的研究、设计和制造。在此处建造的太空飞船未获发射许可,但会通过驳船和轮船运送到其他地方。
获得市议会的许可后,SpaceX便可以租用Terminal Island上的12.5英亩地产,为Starship项目建设新工厂。该地租金每年170万美元起,并可将租用面积扩大到19英亩。根据协议,SpaceX可以选择在180天之内终止许可。
两年前,SpaceX曾获得过相似的许可,但后来公司主动取消了许可并计划将Starship项目的初始阶段移至德克萨斯州。公司已经在德州开发并测试了被称为Starhopper的早期原型。
洛杉矶港口基地将把Starship的开发工作进一步向SpaceX的总部靠拢。公司总部位于洛杉矶霍桑市郊区,猎鹰9号火箭和载人龙飞船的开发建造都在这里进行。
马斯克说,新的工厂将设计对废弃仓库和车间结构的翻新,预期可以提供130个新工作机会。另外,他还表示,希望Starship可以在今年晚些时候进行首次轨道测试飞行。(小白)
我们的太空
本来,卫星移动通信系统,特别是低轨卫星移动通信系统正按步就班地依照自己的设想(天基互联网接入服务为主要应用模式)向前发展,并试图同地基移动电话系统寻求相遇、融合之道。
忽遇春风,“5G”来了!!
5G的万物互联特性、以及3GPP R17讨论区正在寻求的与卫星通信融合的话题,给当前的低轨卫星移动通信系统(星座)发展提供了“天地一体化网络”的无限想象与可能。天地一体化并非新生事物,“铱星”一代就是人类第一次进行天地一体化的尝试。在摩托罗拉公司如日中天的1998年,推出了雄心勃勃的“铱星”低轨通信卫星星座,由77颗(66+11)低轨通信卫星组网,为用户提供手机式的全球个人移动通信服务。这是一套在技术理念和商业愿景上都非常先进的系统,但当时的现实脚步并未跟上前进灵魂的速度,2000年3月,由于用户收益不足以维持系统运维,“铱星”背负40多亿美元债务正式破产。后来由美军接手,再次复活,目前正在部署的下一代系统(Iridium Next),提供通信、气候变化监视、多光谱对地成像等综合业务。但是“铱星”一代的设想是要彻底取代地面移动通信系统,成为人们移动通信方式的主导,这显然超出了时代的理解和技术基础。
当前,人们越来越深刻地认识到,星地系统由竞争走向合作,卫星系统以提供回程服务、基站拉远等方式成为地面移动通信网络的补充,优势互补,合作共赢,这才是邂逅之道。我国《国家民用空间基础设施 中长期发展规划(2015-2025 年)》中明确提出:“坚持天地一体化发展,空间系统与地面系统同步规划、同步研发、同步建设、同步使用,提升系统整体效能。”
天地一体化网络背景下,用户能够在任意时间、地点透明地享受来自于地面网络/天基网络的融合服务。[融合服务的维度:覆盖融合、业务融合、体制融合、用户融合、芯片融合、终端融合、应用融合]
近几年,低轨互联网卫星移动通信系统突飞猛进,典型的包括O3b、OneWeb(一网)和SpaceX的Starlink星座知乎号我们的太空:《关于StarLink,我们需要知道的事》],国内的“鸿雁”星座、“虹云”星座,以及中国卫通的“低轨移动宽带互联网卫星星座”。
低轨卫星移动通信系统的共同特征包括:多采用中、低轨道,相比同步轨道卫星可以大幅度降低往返传输时延,使卫星传输的延迟可以与地面光纤相当;采用数量众多的微小卫星组网实现大范围覆盖;通过模块化设计大幅度降低卫星生产周期与成本,从而降低通信资费;多采用Ka/Ku频段,提高系统容量;终端小型化、智能化趋势明显;而且业务类型都聚焦宽带互联网接入服务。这些特征,使得卫星通信系统越来越具备同地面通信系统融合的切入。
ITU针对卫星与地面5G融合的问题,提出了星地5G融合的4种应用场景,包括中继到站、小区回传、动中通及混合多播场景,并提出支持这些场景的关键因素。
3GPP从R14开始着手开展星地融合的研究工作。在TS22.261中,对卫星在5G系统中的角色和优势进行了探讨, TS22.822中,3GPP工作组SA1对与卫星相关的接入网协议及架构进行了评估,并计划进一步开展基于5G的接入研究。在这份报告中,定义了在5G中使用卫星接入的三大类用例,分别是连续服务、泛在服务和扩展服务。并讨论了卫星终端特性的建立、配置与维护,以及在卫星网络与地面网络间的跨协议漫游及通信切换问题。
3GPP在R16中开展名为“面向‘非地面网络’中的5G新空口”研究项目,定义了包括卫星网络在内的非地面网络(NTN:Non-terrestrial networks)的部署场景。按照3GPP的定义,5G网络中的NTN应用场景包括8个增强型移动宽带(eMBB)场景和2个大规模机器类通信(mMTC)场景。借助卫星的广域覆盖能力,可以使运营商在地面网络基础设施不发达地区提供5G商用服务,实现5G业务连续性,尤其是在应急通信、海事通信、航空通信及铁路沿线通信等场景中发挥作用。
2017年6月,英国电信、空客防务及航天公司、萨里大学等16家企业与研究机构联合成立了SaT5G(Satellite and Terrestrial Network for 5G)联盟,计划在30个月内完成卫星与5G的无缝集成方案,并进行试用。
作为全球范围内5G技术和商用的第一梯队国家,我国在星地5G融合发展中当然有自己的声音与行动。国家队中国卫通公司基于高通量卫星(中星16)成功完成卫星传输5G数据业务的融合测试(2019年11月),利用高通量卫星的便携站与地面5G网络之间搭建卫星基站回程试验系统,实现了基于星地链路的5G基站与核心网之间信息传输,这是卫星与5G网络互联互通实质性的探索。
就在我们刚刚步入5G元年之际,在学术界和产业界的努力下,低轨卫星移动通信系统与5G已经产生了美丽的邂逅,步入融合。
在这个技术大背景下,还有很多技术挑战等着我们共融、互通的去解决。
互联网公司的所谓介入也好、联合也好、杀入也好,
首先会促使低轨通信卫星网产业化,产业化有什么好处?要解决什么问题?
第一个要解决技术发展问题,即技术创新的问题,促进相关技术问题的解决。
我国的低轨通信宽带卫星网,说到底,有好多事没想明白,是在跟着跑。有时候,我们在激烈的讨论一个问题:我们到底要一个什么样的低轨通信宽带网?为什么我们概念,一起步就面临着理论和技术的束缚与短板?我们的实现途径到底是什么?我们的性能、可靠性是相对先进还是相对落后?我们没有一个传统意义上的研究院或者研究所在牵引着我们了,之前国家层面都是重工程、重单个项目(北斗系列、嫦娥系列开始正在改变),重试验,轻科研、轻理论。我们遇到一些新技术或者新概念的产品时,往往会感到基础理论跟不上,或者说是没有基础理论,课本教科书都是引进的,这样有时候遇到重大难点时,就会发现,哦,这里有个技术瓶颈!产业化,是解决这个问题的很好的办法,大家一起攻关,从这一点,呼唤更多的互联网公司进入这个新兴市场。
第二个是要解决传统体制限制技术创新应用的问题
目前我国的低轨星座宽带卫星网的建设,还是以我国国家队牵头的,国家队六十年来形成了一个非常完整的科研生产体系,这个体系非常好,但是有其固有特点,新技术应用有一点的难度哟。如果能和互联网等公司互相借鉴取长补短,行成产业化将是多么好的局面,例如产品研发定制化向产品市场型谱化的转变,如发射单一化向互通化的转变,如保护性专利向知识产权转化的转变,再例如问责式的管理向解决问题式的管理转化转变,这些都是互联网公司或者商业公司进入以后会带来的积极变化。
第三个,相关地面设备、试验室等资源互通互用的问题
互联网公司的相应自建的基础设施、基站以及国家一些地面站等基础设施,一旦形成产业化,互通互用,一提高使用效率,二、避免重复建设,三、维护有保障。
[b]再者,说说商业的事。(重点)[/b]
一、互联网公司的进入目的?既然来必然带来资本的进入,如何融资、使用(或者叫烧钱),再融资,收益?目的结果一定是为了建立商业应用然后建立商业盈利模式!这是核心更是必要!没有盈利一切都是空谈。对于低轨通信宽带卫星的应用,国家队做了很多重要策划,但是更多是概念性的,对toB和toC具体应用、对盈利的商业模式考虑的不多。未来的商业模式不管是什么样的星座,首先要探索如何为企业和大众提供服务,如何形成成熟的商业模式以获得盈利,在此前提之下,我们再考虑需要研制什么样的卫星?需要什么样火箭?需要什么样的发射服务和测控服务。只有通过产业链联动起来,大家联合去设计,才能把这个产业做好。互联网公司的血雨腥风的市场搏杀之后历练出的市场嗅觉以及市场盈利模式的建立,是最值得看中的!
二、互联网公司的开放性,有利于尽快形成有利益保障下的市场化联动!举例,将来火热的产业化行成后,运载资源的有效性联动性如何推动!不能一发火箭只发一个公司的星而自己的运力还保留了30%或者更多?在我国还在高速发展科技强国空间战略的大背景下,每一发运载火箭的资源都是极其宝贵的!星箭合一?星星联合?座座互通?未来的航天,特别是商业航天,必然是全产业的联动,当然包括低轨通信宽带卫星网的产业!只有全产业联动起来,在建设之前,聊一聊?策划一下?以市场为导向,技术上,标准、接口能否统一?有难度哟!
总之,个人观点,说了一些,供知友参考,供互联网公司参考,供国家队参考。从建设低轨通信宽带网的角度,特别希望互联网公司尽快来,更希望每个参与者都开阔心志,即市场化更产业化,即盈利又互通!!!早点建设成,运营好!
在喜马拉雅之巅,在西双版纳丛林,在炎炎大漠深处,在碧波之间,畅享我国自主的5G+低轨卫星通信的
但对于广大吃瓜群众来说,后者恐怕才是跟我们生活福祉息息相关的大事件。 从该项目的规划来看,亚马逊将发射 3236 颗低地球轨道卫星,为生活在北纬 56 度到南纬 56 度的人口(占世界总人口的 95%),提供低延迟、高速度的宽带网络服务。 亚马逊的加入,加上近两年资本市场和科技巨头频频展开的各种动作,比如马斯克 SpaceX 去年发射了两颗测试卫星,孙正义投资的 OneWeb 上个月发射了六颗卫星。其他诸如波音、加拿大运营商 Telesat、Facebook、中国银河航天等企业都在“抢着上天”,共同推动了“太空互联网”这一风口的波澜涌动。 低轨道卫星通讯背后究竟隐藏着什么商业密码?又为何会在今时今日成为科技巨头们争抢的筹码? 我们尝试通过一篇文章来共同仰望星空,厘清其中的真相和未来。 “星球大战”缘起在弄清楚什么是“太空互联网”之前,我们有必要先来回顾一下,低轨卫星星座是如何从商业新秀一步步变成“下水道”项目的。 其实早在上世纪 80 年代,通讯卫星技术就开始在个人通信领域得到应用。 借由 Inmarsat 海事卫星组织、国际移动卫星公司等为代表的运营商,普通消费者在海上、无人区等等地面通讯网络难以覆盖的区域,也可以使用卫星电话进行通话。 此时,一些企业家看到了其中隐藏的巨大商业价值,纷纷参与到了卫星公司的建设中去。具有代表性的有比尔盖茨资助的 Teledesic,摩托罗拉的铱星计划等等。 可是很快地,低轨卫星星座项目就纷纷遭遇困境,这波技术热潮开始退烧。问题主要体现在两个矛盾: 1. 低轨卫星通讯与地面通讯运营商之间的矛盾。此时,卫星通讯运营商和地面通讯运营商还处在“有你没我”的水火不相容状态,但卫星通讯网络的建设又远远落后于手机终端和 2G 网络的发展速度,很快被手机网络所超越,导致不少卫星企业和计划走向破产。 2. 高昂研发运营成本与普通消费者之间的矛盾。无论系统研发、卫星发射都能等都需要高昂的成本支出,因此卫星运营商们提供的语音通讯服务都极其昂贵,即使现在也只有在海洋巡航等特殊环境中才有价值,很难吸引到更多的付费用户,也并不能普惠无网络覆盖地区的人口。 这样的大环境之下,一大批提出低轨卫星星座的企业和计划陆续扑街。摩托罗拉支持的铱星计划,在耗资 50 亿美元建设之后,却最终在 1999 年宣布破产清算。Teledesic 在花掉超过 90 亿美元的投资后于 2002 年关闭。 此后几十年的故事大家也都非常熟悉了,那就是一场由地面通讯运营商主导的 2G→4G 的大型数字基建工程。 那么,到底是什么原因,让偃旗息鼓的低轨卫星,迎来了新一轮“起高楼、宴宾客”的欣欣向荣呢? 群雄逐鹿的太空互联网读懂了局中玩家的心思,或许也就弄懂了低轨卫星星座复苏的原因。 我们不妨来梳理一下,到底有多少科技巨头想要在低轨太空分一杯羹。 亚马逊 Project Kuiper 太空项目目前还没有得到联邦通信委员会的批准,不仅没有具体的推进时间表,还有可能直接被毙。因此,我们不妨从它的潜在头号劲敌——特斯拉说起。 SpaceX 是特斯拉创始人 XXX 的太空项目,并从 2015 年开始就在酝酿低轨卫星计划并推出了大名鼎鼎的 Starlink(星链)。2018 年 2 月 22 号,Starlink 的两颗试验卫星 Microsat2-A/-B 就搭载着猎鹰 9 号抢先发射。 谷歌也没有缺席。早在 2010 年初,谷歌就联合汇丰银行与欧洲有线电视运营商 Liberty Global 发起了“O3b 计划”,旨在通过卫星网络覆盖另外(仍未上网的)30 亿人。但项目推进得并不顺利,负责人 Greg Wyler 于是在离开谷歌后组建了自己的卫星企业 OneWeb,并成功吸引了软银的投资。 2019 年 3 月,OneWeb 发射了其全球网络计划“星座互联网”的前六颗卫星,未来两年内还将发射 650 颗相互连接的卫星群。 2016 年,Facebook 价值 2 亿美元的两颗互联网卫星在猎鹰九号火箭爆炸中被摧毁,于是它也决定自力更生,在 2017 年成立了子公司 PointView Tech LLC,投入数百万美元研发实验卫星,据说比 Starlink 卫星的网络传输数据速度快 10 倍。 此外,波音和加拿大运营商 Telesat 也相继透露了建设高速互联网星座的计划。 当然咯,“太空互联网”这样的项目,中国航天力量自然也有姓名。 目前我国的低轨星座计划已经超过了 16 个,有大约 80 家太空技术初创企业投身太空竞争。 2018 年 12 月 22 日,中国航天科工集团的低轨通信项目“虹云工程”的首颗试验卫星发射升空。一星期后,中国航天科技集团的“鸿雁星座”也将首颗卫星送入了太空。 企业方面,刚刚完成三轮融资的银河航天,也推出了“银河 Galaxy”计划,打算通过上千颗自主研发的 5G 通信卫星建设低轨宽带卫星星座,并将在今年下半年发射自主研发的第一颗低轨道卫星(实验星)。 由此来看,“太空互联网”就是一个顶级科技企业集体炫技的存在,绝对的高风险+高精尖技术综合体。影儿都没见着的亚马逊卫星宽带网络计划,想要追赶上这些技术和经验齐备的前辈们,还是很有挑战性的。 当然,大家可能也发现了其中的诡异之处,既然“太空互联网”早已被历史证明是费时费力又费钱,为什么科技巨头们还要在此时抢着上车? 恐怕需要想一想,今时与往日究竟有何不同?
悄然复苏:日渐成熟的“太空疆域”可能会有小伙伴发出疑问,你说了这么多,低轨道卫星通信除了“烧钱”,究竟有什么“异能”? 从基本逻辑上来说,低轨道卫星通信并不是什么晦涩艰深的技术,就是利用运行轨道比地球同步轨道低得多的一组卫星,来实现全球通讯覆盖。 但其特殊的地理位置和组网模式,却赋予了其特殊的优势: 首先,和“站得高看得远”的高轨卫星相比,低轨道卫星通讯由于高度较低,因此传输延时更短、路径损耗小,能够为用户终端提供高效、更具性价比的数据分发服务。 其次,与地面通信网络相比,低轨卫星通信可以实现广域覆盖,为偏远地区、飞机、舰艇等地面网络无法到达的地方提供网络服务。 另外,多个卫星组成的星座组网模式,可以增强 5G 大规模物联网的稳定性,在飞机、轮船、火车、汽车等移动环境中提供不间断服务。 比高轨道卫星网络更便宜,比地面通讯网络更全面,这是低轨道卫星星座的天然优势。以此为出发点,可以实现许多往常难以想象的服务与应用。 在此基础上,为什么上个世纪巨头们各种努力、千亿资金都没能撬动的产业门槛会在今天,被几家企业一碰就轰然倒地,这种“体质”的变化才是我们最好奇的地方。 这里面其实隐藏着几个关键因素的升级: 1. 商业市场的真实潜力。移动互联网和应用软件的发展,将数字终端消费者都培养成了高通量的数据使用者,而高轨卫星自身的通讯容量又很小,无法满足终端的消费需求,自然就让低轨卫星星座抓住了崛起的机会。 而另一方面,地球还有大约 30 亿人口处于 unconnected(未被连接的)状态,这些地面基站无法覆盖的地方,都是卫星通讯可以大展拳脚的新大陆。根据亚马逊的估算,一旦自家卫星投入商业服务,可能会带来数十亿美元的收入。 2.5G 产业的繁荣。在 5G 的影响下,低轨卫星产业与地面通讯产业,正在从以前的“你死我活”走向合作共荣。 5G 不断探寻着更快的速率和更高的带宽,对海上、沙漠、雪山等复杂环境的联网需求也越来越高,低轨卫星、海底光缆自然而然地就会被统合进来。此前,卫星行业生产厂家、运营商、高校等还联合成立了 SaT5G 联盟,以期影响 5G 标准的制定。这显然是大佬们敢于押注的重要背景。 3. 卫星产业链的成熟。低轨卫星星座在商业上变得可行,一个重要原因是制造、发射、运营等环节,成本正在降低。计算机的小型化让设计出更小更便宜的卫星成为可能,一些卫星制造商引入了三维打印等技术和生产线,实现小卫星的批量生产。SpaceX 和 Blue Origin 等商业太空公司的出现,也正在快速降低火箭发射的整体成本。 有专家估算过, 如果让全球每一个角落都联网, 投入低轨道卫星的成本,未来有机会降到基站建设成本的 1%。这使得投资卫星公司的风险降低,也更容易吸引到资本。 这些在上一波卫星浪潮中掣肘商业化公司的因素,在时间的潜移默化下,从冷酷深海演变成了一片风物合宜的良田,成为 5G 时代背景下的兵家必争之地,也就不足为奇了。 告别“地心引力”有多难?低轨通信星座正在从“时代的眼泪”,变成“太空互联网”的代名词。抢占太空“疆域”,也成了科技巨头之间的“迷之默契”。 但反过来想,低轨通信卫星真的足够成熟了吗?当我们剥离掉科学狂人和激进资本的重重光环,似乎又不得不变得保守。 在“低轨道抢位赛”的背后,我们会发现每一个玩家似乎都面临着同样的尴尬:大环境和产业端的欣欣向荣,未必总是真实的需求与同步。 大众对“太空互联网”的期待,就像是一个无死角的高空 Wi-Fi,本质上追求的是更好、更快、更流畅的“网上冲浪”体验。换句话说,卫星公司及运营商,核心任务是聚焦于数据服务,比如远程互联网、物联网技术等等。 然而到具体的产业端,我们没有看到这类服务的系统实现成功运营,反而是企业更多地选择将精力放在对轨位和频率资源的争夺上。这一方面确实促成了低轨卫星的繁荣,另一方面也催生出了不少激进而冗余的方案。 举个例子,上世纪最为著名的铱星计划,只打算建造一个有 77 颗卫星(后缩减为 66 颗)的星群。而新一代太空宽带网络,所有机构和企业的卫星数量动辄数千上万。 SpaceX 的星链原本的目标是,第一阶段发射 4425 颗宽带卫星,第二阶段再发射 7518 颗,总数达到 12000 颗。但费尽心思也才发射了 64 颗,其中还有 19 颗还失踪变成了太空垃圾。 长此以往,各家低轨卫星在太空中不可避免地会与其他卫星产生波束交叉,造成干扰风险。宣传上的数字游戏,正在演变成一场恶意的频谱资源囤积,而非以提供服务为宗旨,甚至可能超出了地球本身所能承载的范畴。 目前的情况来看,科技巨头的野心与产业的真实需求,正在出现明显的断层。 (令人密恐的低轨道卫星星座群) 另一个关键问题是,卫星公司的大规模出现,进一步加剧了市场的竞争程度,也压低企业自身的体验与营收能力。 低轨卫星通信系统瞄准的目标群体基本都是发展中国家等光纤网络覆盖不到或不足的人群,在其他市场也会跟移动通信运营商这样成熟的商业网络产生正面冲突,这就意味着企业提供的服务必须足够便宜,用户规模足够大,才能维持长期发展。 原本在这一点上,大家都是非常乐观的。比如根据华尔街日报的估算,SpaceX 的星链到 2025 年用户将超过 4000 万,带来的收入可达 300 亿美元。 愿景是美好的,但今天巨头们的明争暗斗更加激烈,玩家多了,局势也变得更加不可控。“铱星计划”就是一个前车之鉴。运行一年之后,“铱星”的用户量也只能达到预估的 4%,市场需求的下降和准备不足很快就使公司经营难以为继。 另外,雄心勃勃的踏空卫星网络建设也需要巨额的资金支持,SpaceX 据说由于私人市场的高需求,拥有巨大的资金来源。亚马逊虽然家大业大,但能否顺利成功组网、乃至实现商业化运营,仍然是个未知数。 可以预见的是,未来“太空互联网”必然是通信领域的重头戏。但在目前这个阶段,产品端没能拿出具有大众认知度和说服力的新一代通信解决方案,在商业端又面临着相当漫长且摸着石头过河的重重迷宫。很难彻底说服大众谁能“拼出一个未来”。 作为一名吃瓜群众,更想看到的不是铺天盖地的营销通稿,不是毁天灭地的夸张数字,更不是愈演愈烈的红海竞争。而是明确的产业发展路径,大量解决实际问题的实锤技术,这或许才是太空互联之梦成真的奥义。
2018年12月22日,中国“虹云工程”首颗实验卫星在酒泉卫星发射中心成功发射。
预计一周之后,中国另一个“鸿雁星座”计划首颗实验卫星也将发射升空。2018年我国低轨道宽带通信卫星系统建设迈出了实质性的第一步。
所谓的虹云工程和鸿雁星座计划分别是两家中国航天国企发起的低轨道通信卫星星座。
虹云工程是中国航天科工集团在2016年提出,是该集团所谓的五朵云计划之一。计划发射156颗在1000千米运行的小卫星,组网构建一个星载宽带全球互联网络。
同一年中国航天科技集团也提出了类似的鸿雁星座计划,最初设想由60颗低轨道小卫星组成,后来提升到了300余颗的规模。
航天科技集团和航天科工集团一字之差,其实是亲兄弟,他们都始于1956年著名科学家钱学森创建的国防部第五研究院,先后经历了第七机械工业部、航天工业部、航空航天工业部、中国航天工业总公司的历史沿革。1999年中国航天工业总公司分拆为航天科技集团和航天科工集团。
航天科技集团主要从事民用航天产业,即通常意义上的航天工程,包括我国全部的运载火箭、应用卫星、载人飞船、空间站、深空探测飞行器等宇航产品,军用方面包括全部战略导弹和部分战术导弹等武器系统的研制、生产和发射试验任务。
我们所熟知的神舟飞船工程、嫦娥探月工程、空间站、北斗导航卫星等都是航天科技集团。
航天科工集团主要从事国防军事工业,我国各类型的防空导弹和飞航导弹大都出自航天科工,相对更加神秘。有一种说法是科技集团干的是光明正大显威扬名的活,科工集团干的是偷偷摸摸遮遮掩掩的活。
不过在军民融合的大背景下,两家在民用航天领域也形成了竞争关系,所以他们在低轨道通信卫星领域针锋相对地提出了两个同质的计划。
两个计划都准备分三步走,第一步先发射一颗技术验证星,实现单星关键技术验证,这一步已经在2018年开始了。第二步到发射少数几颗业务实验星,组建一个小星座,让用户进行初步业务体验。第三步完成业务星座构建。
俗话说,无利不起早,既然大家都这么积极,要搞的低轨道通信卫星系统到底是个什么东西呢?
简单的说,就是在距离地球较低的轨道上部署大量的通信卫星,组成一个通信网,为地球上的人们提供通信服务,例如语音通话,物联网和互联网服务等等。
目前的地面通信网络包括固定和移动网,主要依赖于大量的陆基和海底光缆,以及成千上万的无线基站,在大多数情况下是可以满足人们的日常需求。但是在一些特殊的环境下,比如大洋深处,人迹罕至的高山和沙漠,以及自然灾害等等,现有的通信网就不行了,卫星通信就成了一个很好的补充。
以往的通信卫星主要停留在地球同步轨道,也就是在地球赤道上空约36000km处围绕地球运行,周期等于地球自转周期。对地面观测者而言,每天相同时刻卫星出现在相同的方向上,这样它们相对于地面基站来说就是稳定的,能够确保提供连续服务。
不过地球同步轨道资源有限,随着地球同步轨道卫星的增多,这条轨道已经变得越来越拥挤。今年有个美国公司没申请就偷偷用印度火箭发了4颗卫星到同步轨道,后来被罚了90万美元。现在的地球同步轨道通信卫星容量有限,费用太昂贵,一般人用不起。想扩大容量,发射更多的通信卫星来支持大流量也不太可行。
高轨道的好处是覆盖范围广,缺点是传输时延大,一般为500ms左右,如果想玩个网络游戏就很蛋疼了。
为了克服高轨道卫星的缺点,自然就想到了较低轨道。低轨道卫星高度降低带来的主要优势之一是时延缩短。当前的低轨道卫星系统能把时延控制在50ms以内,基本与地面光纤网络相当了,支持实时数据传输是没问题了。
问题是轨道越低,覆盖范围越小,也就需要更多的卫星,也就意味着更高的卫星制造和发射成本。
近年来卫星的小型化和火箭发射成本的降低,促进了低轨道卫星系统的发展,使之在经济上变得可行。每个卫星现在可以做得很小,一次发射可以发射几十甚至上百颗卫星,或者搭便车,都可以降低成本。同时可回收和重复利用的火箭(例如马斯克的猎鹰-9)降低了单次发射成本。每颗卫星的成本比较低,尽管可靠性也下降了,但可以很方便的补充发射新的替代卫星。
那为什么题目说是低轨道通信卫星的复兴呢?因为这其实是第二波浪潮了。
第一波浪潮发生在1990年代。苏联的解体和冷战的结束给航天市场带来了大量空余的发射能力,而此时恰逢通信和互联网繁荣时期,摩托罗拉提出了伟大的“铱星”计划--在低轨道部署77颗卫星覆盖全球,在全球任何一个区域都提供电话服务。
摩托罗拉的工程师在设想该计划的时候还没有能够全球漫游的第二代移动通信系统GSM(1991年才在芬兰开始部署),那时候的大哥大还是砖头大小,一个几万块,话费巨贵,这样显得卫星通信似乎也还算便宜。
大哥大
铱星手机
铱星初期设计7条卫星运行轨道,每条轨道上均匀分布11颗卫星,组成一个完整的卫星移动通信的星座系统。由于它们就像化学元素铱(Ir)原子核外的77个电子围绕其运转一样,所以该系统被称为铱星。后来经过计算证实,设置6条卫星运行轨道就能够满足技术性能要求,因此卫星总数被减少到66颗,但仍惯称为铱星系统。铱星极地圆轨道高度约780km,每个轨道平面分布11颗在轨运行卫星及1颗备用卫星,每颗卫星约重700kg。
这个项目后来吸引到洛克希德马丁公司,索尼公司,Sprint等行业巨头们的投资,花掉了70亿美元。铱星在技术上非常成功,从设计到投入运营只花了7年时间,美国,俄国和中国都发射了一些铱星,有一次碰到一个前摩托罗拉的美国同事,给我绘声绘色地讲起当年去中国的卫星发射中心参与铱星发射的往事。
可惜铱星在商业上堪称一场灾难。从自身来讲,第一年需要100万用户才能平衡支出,实际上用户数不到55000人。
更严重的是第二代蜂窝式移动通信系统(GSM和CDMA)在这期间迅速发展。在铱星公司花费几十亿美元发射卫星的时候,全球的移动通讯运营商搭建了大规模的蜂窝式移动通信系统,以更低的资费和更多样而轻便的终端吸引用户。而大部分客户并不需要在大洋或沙漠里打电话。
在沉重的债务压力下,铱星在1999年破产。2001年接受新注资后铱星才起死回生,财大气粗的美国军方是它的主要客户。
因为铱星的太阳能电池板很大,反射的阳光在地球上清晰可见,是为数不多可以用肉眼观看到的人造卫星。在天气好的城市里经常可以看到所谓的铱星闪光,有时候那一瞬间的闪光比月亮还耀眼。
铱星计划是第一个低轨道通信卫星星座项目,也是少数几个真正得到实施的项目之一。摩托罗拉还有好几个类似但是更庞大的星座计划,例如M-star和Celestri项目则根本没机会实施。
以Celestri为例,听起来像My Little Pony里的宇宙公主(Celestia),也有个很响亮的中文名称:太空天国计划。
与铱星提供语音业务不同,Celestri目的是提供宽带网络服务,是由9颗地球同步轨道卫星和63颗低轨道卫星组成的混合系统,计划总投资129亿美元,幸运的是摩托罗拉没有烧掉这些钱。
除了摩托罗拉之外,其他公司也有类似的项目。
1991年,劳拉公司和高通公司合作发起了全球星项目Globalstar,1998年发射了首颗卫星。他的命运和铱星一样。
对应Celestri项目,电信巨头Craig McCaw和微软创始人Bill Gates发起了空中互联网Teledesic项目。Teledesic星座由840颗卫星构成,这还不包括在轨备份卫星。
后来卫星承包商波音公司大概是觉得太夸张,将星座规模调整到288颗卫星。
Teledesic预计需要90亿美元,而在当年的互联网泡沫中他们轻松筹到100亿美元的资金。
不过随着铱星和全球星的倒闭,低轨道通信卫星系统已经被判了死刑,估值30亿美元的Teledesic也在2002年倒闭,不过因为没有实际发射卫星,大部分投资者没有损失全部资产。
第一次低轨道通信卫星浪潮就这样消退了。不过就在Teledesic倒闭的那一年,传奇人物埃隆·马斯克(Elon Musk)创立了SpaceX --美国太空探索技术公司,开始研究可回收和重复使用的运载火箭,预示着下一次低轨道通信卫星的复兴。十几年后他将提出一个疯狂的计划----Starlink
(待续)
上篇回顾了第一次低轨道通信卫星浪潮的失败
不过也不能算完全失败,像铱星这样的系统还能提供语音和窄带通信服务,就是打个电话,发个短信什么的,指望靠他们上网是不行的。可是全球还有很多人(主要是亚非拉不发达地区)上不了网的,怎么办?当然可以继续铺光缆,但这也不便宜啊,很多地面也没法铺。卫星通信仍然是个不错的选择。
这时候有情怀的大神维勒(Greg Wyler)出现了,他一开始是打算去铺光缆。
上篇提到,Teledesic倒闭的2002年,还不是网红的马斯克(Elon Musk)创立了SpaceX ,开始研究可回收和重复使用的运载火箭。而情怀哥维勒在参加朋友婚礼时,偶遇了卢旺达的一位高官,得知卢旺达人民还上不了网。
于是他依然决定上山下乡干一番扶贫事业。
维勒跑到卢旺达建立了非洲第一个3G移动电话系统,你猜他找了谁来提供设备?
没错,是华为!
维勒在卢旺达带领中国工程师和非洲工人同吃同住一起挖坑铺光缆的时候开始琢磨,辛辛苦苦铺的光缆只能解决某个国家的通信问题,要解决全球互联,还得靠卫星。
于是他在2007年创立了O3b公司,这是Other 3 billion的缩写,意在为全球“另外30亿”没有网络覆盖的人提供网络服务。O3b独辟蹊径,提出了中轨道通信卫星的方案。
O3b在2013-2014年发射了12颗中轨道宽带通信卫星(距离地球约 8062 千米),开始提供宽带服务。这些卫星能以低于150ms的低延时传送高达16Gb/s的通量,相比地球同步通信卫星,是一个显著进步。
O3b服务并不寻求覆盖全球,而是重点覆盖中低纬度,主要包括热带地区、许多岛链、海上钻井平台以及大型邮轮等。
相比低轨道卫星系统需求做到全球覆盖,O3b的成本优势非常明显,而大多数高纬度地区并没有人会付钱。O3b自2014年提供商业服务以来,仅用半年时间就达到原计划1年1亿美金的收入水平,得到了市场的认可。
O3b卫星工作在Ka频段,上行频段范围为27.6~28.4、28.6~29.1 GHz,下行频段范围为17.8~18.6、18.8~19.3GHz。面对单个用户,可提供最大500Mb/s的数据接入。O3b星座所有卫星都使用透明转发方式,卫星之间没有星间链路,所有的路由交换都在地面信关站进行,再通过信关站连接到地面通信网,用户之间的通信需要经过信关站中继。
为了扩大覆盖范围,2017年向FCC申请增加30颗卫星,为美国市场提供服务,已经获得批准。其第二代O3b卫星,采用了更先进的卫星平台技术。卫星采用全电推进,发射重量预计约1200公斤,比目前的700公斤重很多。卫星具有灵活的波束形成能力,可实时实现每颗卫星超过4000个波束的形成、调整、路由和切换,以适应任何地方的带宽需要,性能将比第一代卫星有明显提高。第二代卫星轨道高度不变,但将新引入70度倾角的倾斜轨道,以实现近乎全球覆盖。
维勒并没有止步于此,他还有更大的梦想,就是为全世界提供无缝的移动宽带接入,彻底消除数字鸿沟。
Google抱有同样的理想,他们自 2008年就已经开始投资O3b,后来邀请维勒加盟,主持其雄心勃勃的太空互联网计划。不过维勒在谷歌只待了不到一年时间就辞职了。据说是他觉得谷歌的主营业务是网络搜索,在卫星制造和部署上没经验,所以他决定出来自己干。谷歌后来出售了O3b的股份,转而和马斯克的SpaceX合作,这是后话。
维勒出来后创建了一个WorldVu公司,开始打造低轨道通信卫星计划。马斯克也有这个想法,但当时还没打算自己搞,就去找维勒一起合作,毕竟他有O3b的成功经验。
可是两个大牛合作的不太愉快。马斯克觉得维勒太保守,决定另起炉灶,自己干票更大的,毕竟手里有火箭,还怕维勒不成?于是就有了后来12000多颗卫星的Starlink,这是后话。
分道扬镳后,维勒在2015年搞出了OneWeb计划。OneWeb将向全球电信运营商提供光缆品质的互联网接入服务。
OneWeb“第一代”初始星座计划部署前无古人的720颗卫星和两百多颗备份星,运行在1200公里的低轨道上。
OneWeb投资者包括软银,高通,国际通信卫星公司,维珍银河,休斯网络,空客,可口可乐等巨头。 软银的老板孙正义在2016年12月投资OneWeb公司10亿美元后,2017年2月向全球第一大卫星运营公司Intelsat注资17亿美元,并推动Intelsat与OneWeb合并,成为第一大股东。新公司由维勒担任董事长。
有了钱,虽然还没发射一颗卫星,OneWeb又向FCC提交申请,计划建造更大的星座,将再追加2000颗在轨小卫星的制造、发射和运营,新的星座运行在低地球轨道和中地球轨道,使用Ku和Ka波段的频谱。
部署这样一个空前庞大的系统是非常困难的,涉及到卫星制造,火箭发射和通信组网等方方面面的难题。
OneWeb计划使用三种火箭来发射卫星:普通的俄罗斯的联盟火箭、炫酷的维珍公司LauncherOne空中发射平台和亚马逊CEO杰夫·贝索斯(Jeff Bezos)旗下的蓝色起源(Blue Origin)公司可以重复利用的“新格伦”重型火箭。
LauncherOne 和普通的火箭不一样,采用的是用飞机将火箭载运到高空,再由高空发射的型式。优点是可以从世界任何有足够长的跑道的机场起飞,发射时也比较不受天气干扰,更可以较容易地直接发射到各种轨道,不受地面禁飞限制等法规影响。
贝索斯的蓝色起源公司虽然没有马斯克的SpaceX那么抓取眼球,但他们的可以重复利用的“新格伦”重型火箭和马斯克的猎鹰并驾齐驱。它能够将45400公斤的货物送入距离地球120km-5000km的地球轨道,一次可以发射数十颗OneWeb卫星。
在卫星制造方面OneWeb与空客集团组建合资企业,设计并制造小卫星。新的卫星制造工厂在美国佛罗里达投产,将借鉴空客生产飞机的工业化、标准化、自动化研发生产理念生产这些小卫星。
佛罗里达工厂将实现每天生产3颗星的生产能力。
OneWeb卫星
OneWeb原计划在2018年发射首批卫星,但实际上这些卫星现在还在工厂里测试,年内无望发射。而马斯克的starlink却后来居上,甚至中国的虹云工程也发射了第一颗实验卫星。原本似乎遥遥领先的OneWeb前景蒙上了一层阴影。
OneWeb原本希望把每颗小卫星的研发生产成本控制到50万美元左右,但目前已经上升到了100万美元。目前公司没有收入,增加的成本都要靠未来的融资来覆盖。在全球经济不景气的大背景下,未来的融资不容乐观。当然维勒是个福将,2007年他在雷曼兄弟破产前 2 周为O3b融到了 1.8 亿美金。如果当时的投资方延长两周签约打款,今天就没有O3b了。不知道这次他有没有这么幸运,毕竟这些雄心勃勃的太空互联网都是烧钱的项目,有钱不是万能的,但在太空竞赛上,没钱是万万不能的。
(待续)
上一篇介绍了情怀哥维勒的OneWeb,这次该说说更有情怀的网红马斯克的Starlink了。
谈起马斯克,大家肯定都不陌生,这位有钢铁侠之称的大亨时不时出现在头条新闻,是当之无愧的网红。
关于他的故事很多,我就不从头介绍了。据说他年轻时就积极思考人类的未来,他看好互联网,可持续能源和空间探索。
普通人能在某个领域做出成就已经很了不起了,可是后来他居然依次扔下PayPal,特斯拉和SpaceX三个重磅炸弹,颠覆了三大领域。
Paypal
特斯拉
其实马斯克是先成立SpaceX太空探索技术公司后入主特斯拉的,不过汽车比火箭容易造,先出了成果。
前面提到,他是在2002年第一次低轨道通信卫星浪潮退潮的那一年成立SpaceX的,此时维勒在参加朋友的婚礼,萌发了到卢旺达扶贫建移动通信网的理想。
p.s. 2002年是个重要的节点,那一年中国男足第一次打进了日韩世界杯,我和小纯纯也是第一次一起去旅行,一晃已经16年过去了。
马斯克本来没打算搞太空互联网,而是有更宏伟的计划----殖民火星。
再远大的理想也要脚踏实地一步步干,殖民火星首先要有火箭。美国的火箭发射成本很高,马斯克用不起。他跑到俄罗斯考察,打算买退役的洲际导弹废物利用,可是觉得价格也很贵。
怎么办?
此时已经有人开始研究可回收火箭来降低成本,2000年亚马逊创始人贝佐斯创建了Blue Origin公司。
马斯克紧随其后,在2002年成立了太空探索科技公司(Space Exploration Technologies),简称SpaceX。他自讨腰包1亿美金,另外募集1亿美金,还邀请了火箭大牛汤姆·穆勒(Tom Mueller),也开始研究可回收火箭。
Tom Mueller
两亿美金对普通人来说是个大数目,可是对太空探索而言扔到水里连个响也听不到。
眼看没米下锅了,NASA(美国航空航天局)来雪中送炭了。
2006年,NASA投资2.8亿美元到墨林发动机升级和研发猎鹰9号,还无偿转让了很多技术给SpaceX,很多有经验的工程师也纷纷加盟,这极大推动了猎鹰火箭的进展。NASA还给了马斯克很多发射合同,事实上十几年来NASA对SpaceX的输血超过了50亿美元,这几乎相当于中国在载人航天上的全部投入(390亿元)。
当然NASA也不是活雷锋,当时美国太空发射被波音和洛马两大巨头垄断,他们组建了合资企业“联合发射联盟”(ULA),维持着高昂的发射火箭价格,而且生产周期很长。冷战后NASA的预算没那么充裕,想寻求便宜的发射技术,所以投资给SpaceX和Blue Origins这样的民营企业,降低成本。
在NASA的大力支持下,SpaceX的可回收火箭重型猎鹰终于在2018年发射成功。
重型猎鹰发射
回收助推器
重型猎鹰确实做到了低成本,单次发射报价9000万美元。相比而言,美国的Delta4型火箭,每次发射报价约3.36亿美元。使用回收过的“二手”助推器进行再次发射,价格还可以打个七折。这个价格,甚至低于廉价的中国火箭。中国载荷小得多(1/5左右)的长征3号乙运载火箭的发射报价也达到了6000万美元。也就是说从单位质量载荷成本看,猎鹰重型火箭发射成本几乎是廉价的长征3号的五分之一!
马斯克的红色特斯拉跑车被送上了地球轨道,如果不出意外,它将在太空漫游十亿年。
《让子弹飞》里有句名言:枪在手,跟我走。马斯克火箭在手,引领太空互联网浪潮自然是非我莫属。
本来马斯克是打算跟维勒一起干的,后来觉得维勒太保守,只想搞个七百颗卫星的星座,还要跟一堆运营商制造商合作,自己猎鹰在手,何不干票更大的?
于是4425颗卫星组成的Starlink横空出世,这还只是一期工程。
实际上已经有十几家家企业向美国联邦通信委员会(FCC)提交了非静止轨道(NGSO)卫星系统的市场准入许可申请。
其中SpaceX的starlink计划可谓最具野心,其第一期星座中的卫星数量高达4425颗,第二期7518颗,如果能全部部署总数达12000,而迄今为止人类总共才发射了大约6000颗人造卫星!
Starlink一期由4425颗卫星组成,运行于高度从1110km到1325km不等的83个轨道面,另外还配有相关地面控制设施、网关地球站和终端用户地球站。系统完成全部部署后可覆盖全球。
所有卫星都将由SpaceX自己制造和发射,网关地球站和用户终端也由自己设计制造,即拥有对整个生态系统的所有权和控制权。而其它公司则几乎都是将卫星制造、发射以及网关和用户终端的制造外包给了不同的公司。
虽然Starlink比OneWeb提出计划要晚,可是凭借端到端的优势,今年2月猎鹰九号火箭在执行商业发射任务时免费夹带了两个私货:Starlink的两颗试验星,丁丁(TinTin)-A和-B。
马斯克开玩笑说WiFi密码是martians。玩笑归玩笑,你的手机并不能真的用WiFi连到卫星上,现在不能,将来星座建成了也不能。你需要专门的设备把卫星信号转换成WiFi信号才能接入太空互联网。
Tintin-A/B星将从搭载的400~500km轨道通过卫星自身的推进进入1,110 km到 1,325 km的轨道。此次主要验证的内容是Ku/Ka频段的卫星通信固定业务和星间通信。
系统建成后每颗卫星可提供17~23Gbps的下行链路总容量,每个终端用户的接入速率可达1Gbps,时延约为25~35ms。系统采用相控阵技术动态控制大量波束。相控阵用户天线设计可实现低剖面用户终端,便于在墙壁或屋顶上安装和运行。
卫星之间有激光星间链路,可在轨实现灵活路由。这是Starlink和OneWeb系统的主要区别之一:Starlink是天星天网,通过星间链路直接连接服务和用户;OneWeb的弯管模式则是天星地网,每颗卫星要同时连接地面站和用户才能建立服务。
Starlink卫星与网关之间的通信将采用Ka波段,卫星与用户终端之间的通信则采用Ku波段。这和OneWeb使用相同的波段,所以马斯克抢先发射卫星颇有占位的意思。
在卫星通信领域,由于相近频率上的信号干扰,原则上国际上不允许不同卫星通信系统共用频率,频率因此成为最为宝贵的资源,每一颗通信卫星都需要提前许久预定备案。
比如在导航卫星领域,中国北斗与欧洲伽利略曾经为抢频率扯皮了很久,在此不细谈。
美国联邦通信委员会(FCC)对于这些有助于满足本土快速增长的通信需求的项目,都表现出了很大的支持态度。
然而到国际电联(ITU)就是另外的情况了,尤其是想在中国落地是很困难的。中国已经迫不及待地提出了虹云工程和鸿雁计划两大低轨道通信卫星系统就是回应,并在2018年抢先发射了试验卫星,竞争才刚刚开始!
不过随着5G和未来通信的发展,目前的国际频谱管理体制可能需要大规模的修改,比如引入全面的频谱共享机制。
FCC在这方面做了很多积极的探索,比如开放3.5GHz CBRS (Citizen Broadband Radio Service)频段,以数据库和无线电频谱感知为基础,建立一个多级的频谱共享机制,让军方雷达,卫星通信和移动通信服务商甚至企业共享这一频段,开创了良好的先例。
今年FCC的官员还表示,6G可能以动态频谱共享为基础,这对于低轨道通信卫星系统的未来无疑是一个巨大的利好。这些低轨道通信卫星系统很可能将以某种方式融入5G甚至6G移动通信系统,形成一个天地一体的互联网络。
当然最重要的问题始终是客户,不管是Starlink,OneWeb还是其他的低轨道通信卫星星座,最终都要寻找到足够的客户才能生存和发展,否则也会像第一次浪潮一样折戟沉沙。军方和某些特殊行业,比如航空,航运,岛屿,海上钻井平台等等是早期的客户,但是显然远远不够,这才是最大的挑战。
在通信技术之外,人们担忧如此多的小卫星进入轨道,会让地球轨道更加拥挤和危险。
Starlink声称他们的卫星都将携带有轨控装置并在寿命最后阶段选择离轨返回地球大气中焚毁。
但是这些小卫星在变轨的过程中可能威胁到其他卫星,而一旦因为故障失控就会造成更大的威胁。因为他们的个头太小,也很难追踪。
很多问题还没有答案,但我相信人们会在科技的发展中解决这些问题。
2018年2月马斯克用重型猎鹰把特斯拉跑车送上了太空,车内屏幕上显示着一行小字 Don t panic(不要惊慌),这是《银河系漫游指南》封面上的名言,也是马斯克的座右铭,以此结束本文。
股市的表现总会超出我们的预期,不管是跌还是涨,尤其是全民都憋在家里炒股,把这种情绪化交易给放大了。这波反弹行情的逆转点是监管的呵护以及机构的自救共振产生的,而行情加速推升则是投资者信心恢复,中小投资者追涨推升的。尤其是今天,今日很多平时不怎么看盘的股友都开始询问现在可以买什么股票了。这就足够说明,有一小撮投资者支援股市资金到位了。
散户投资者往往在看到持续赚钱效应之后才会考虑进场的。而看到大跌,则忙着割肉或不看了忙其他去了。
短期观点:先声明不看空!但由于短期情绪反弹有点过头了,这里建议适当性降低仓位,尤其前几天抄底的资金可以逐步出来。
其实从开工时间也有点契合,下周有不少企业要开始复工了,很多股民员工要回到岗位上了,没有这么多时间忙着交易了,市场情绪会逐渐冷下来,交易也就会更加理性些。明日市场或将是这次超跌反抽的拐点,而后进入回整走势,波动性也会降低的。
今日说一个板块,估计很多股友很少关注,但市场关注却非常高--低轨卫星互联网。
低轨卫星互联网是指利用低轨卫星星座实现全球互联网无缝链接服务。
与北斗卫星等高轨卫星相比,位置更低一些,具有延时短、路径损耗小、图像更清晰、数据更准确。
相比光纤,覆盖面更广,不管是海洋、山林、沙漠、偏远地区甚至是无人区都能提供网络服务,真正做到万物互联、永不失联。这也使得在低密度业务区建设成本低很多。
由于具有这些特征,低轨道卫星目前主要用于军事目标探测。未来逐步实现民用是大势所趋。全球有43亿人因为地处偏远,地面基建不够没有接入互联网,这么大的市场空间,足够让全球各国去争抢。
最为重要的是卫星轨道和频率资源有限,先申请先使用原则。各国都在加速抢占这些有限资源。
2020年1月16日11点02分,中国首颗10Gbps低轨宽带卫星上天,顺利进入轨道。这为我国的“太空互联网”时代迈出了第一步。
最近二级市场的表现非常强烈,卫星研制生产龙头企业--中国卫星3连板,卫星应用服务龙头--中国卫通2连板;与青花大学成立天银星际(天空互联网)的天银机电3天两个板。其他如欧比特、航天电子、航天电器、中海达等等都表现不俗,把最近下跌的缺口回补了。
低轨卫星太空互联网这个产业未来市场空间比较大,一旦构建成,就是寡头垄断的,中长期关注。
本期访谈嘉宾:火眼位置创始人刘正全
亮点摘录
1、马斯克的星链计划包含两块,通讯和高精度定位,市场熟知前者,而忽略了后者。
2、目前北斗和GPS只能提供米级定位,发射一批低轨道卫星组网,实现覆盖全球的实时厘米级定位服务,提供自动驾驶基础设施,既是马斯克的选择,也是中国商业航天领域诸多企业的选择。
3、发卫星和盖房子需要地皮一样,首先得有频率和轨位资源。目前,火眼位置成为国内唯一一家完成低轨导航星座业务频率国内协调的企业,相关网络资料经国家无线电管理局论证评审通过送国际电信联盟(ITU),开启国际协调。
4、我们乐观估计,在融资到位的情况下,火眼位置最快三年形成完整的星座服务能力。马斯克星链计划哪怕完成了全球组网,在中国开展业务依然需要审批,只要中国自己的商业航天企业把握机会窗口,完全有机会展开竞争,甚至取得竞争优势。国家战略决定了,重大空间基础设施不大可能依赖一家美国企业。
5、火眼位置公司团队阵容豪华,董事长历任航天5院、航天科工集团、国防科工委航天司、国家航天局等系列航天口领导岗位,也是中国航天界的权威专家;除董事长和访谈对象刘总外,公司还有多位具备多年航天工程研制研发经验的技术专家,先后承担过多颗卫星的工程研制,并作为核心骨干承担国内第一颗低轨导航增强试验卫星“和德一号”的研制,并取得圆满成功。
专访全文
赵晓光:最近市场对卫星互联网的关注度很高,火眼位置有关系么?
刘正全:作为唯一一家经中国无管局组织的频率论证会审核通过、完成业务频率国内协调,开启国际协调的企业,我们火眼位置对卫星互联网这个行业是比较熟悉的。我本人毕业后一直在体制内航天院所工作,曾任全球第一颗成功取得厘米级实时定位结果的低轨导航增强实验卫星的团队负责人之一,火眼位置是我参与创始的第一家商业航天企业。我们董事长更是航天界的老人,几十年一直战斗在航天战线直至退休,历任科研院所和部委,在多个航天相关部门任主要领导。
卫星的应用通常可以分为通讯/导航/遥感三个方向,通讯方向主要是打电话和上网,导航方向主要是导航定位及其增强,遥感方向主要是从天上拍照成像分析。
最近市场高度关注的马斯克星链计划,中国工程院院士,武汉大学教授刘经南说:“很多人光注意马斯克(SpaceX)星链计划优势巨大的移动‘通信’功能,我认为,未来这数千颗卫星肯定有导航功能。”刘院士认为:“星基与地基增强技术的一体化、通信与导航功能的一体化将是‘智能时代’卫星导航系统建设方向。”
在5G时代悄然开启,人工智能时代行将绽放的时候,人类对时间与空间位置需求也在不断升级。当今绝大多数互联网应用都与定位信息深度结合,未来的网络信息服务不仅不会改变这一事实,而且会结合的更深,对导航定位的精度、服务品质的要求也会越来越高。传统的卫星导航系统也面临新一轮变革,随着中美俄欧四大卫星导航系统的密集上天和全球组网,通过卫星实现定位增强、网络通信的项目大受关注,并且都在向高精度的导航增强服务能力迈进,以期实现厘米级的高精度导航(目前的卫星导航系统在增强后只能到亚米级)。
目前,国际卫星导航领域,对如何应用低轨卫星技术实现PNT(定位导航授时)的增强、备份和补充的研发和实践方兴未艾。美国铱星系统与GPS系统共同研发推出新型卫星授时与定位服务(STL),已成为GPS系统的备份或补充;欧洲Galileo系统技术团队,也在积极推进开普勒系统研究,通过4-6颗低轨卫星构成的低轨星座,通过星间链路对中高轨卫星进行监测和高精度测量,以大幅提高Galileo星座的定轨精度。与此同时,国内的低轨卫星技术发展也如火如荼。从2017年年底发射的“和德一号”卫星起,已有“鸿雁”、“天地一体化网络”、“微厘空间”等多个低轨卫星项目开展了在轨试验。
火眼位置是一家聚焦于星基高精度厘米级导航的公司。目前这个赛道很热闹,互联网巨头如阿里和制造业巨头如吉利都在布局,前者通过千寻位置在地面建设基站和天上发卫星相结合,后者设立时空道宇公司专注天上发卫星组网。我们火眼位置公司于2018年筹备,2019年1月注册成立,是一家专业从事卫星系统设计、运营管理和应用推广的高科技企业。公司致力于在2023年前后建设完成一个低成本、高精度、全球覆盖的低轨导航增强卫星星座系统,实现全面、稳定、商业化的低轨星基导航增强服务。
关于星链:不仅瞄准通讯市场,还有高精度定位市场
赵晓光:才知道星链不仅瞄准了通讯市场,还有高精度定位市场。这块面向的用户是哪些?市场有多大?
刘正全:现阶段高精度定位服务主要面向的市场用户包括四类:一、汽车厂商,瞄准自动驾驶;二、飞行器,瞄准精密农业和无人机物流配送;三是物联网,未来万物互联、智慧城市时代以及传统的测绘行业;四是手机、手表手环等消费级个人终端。
根据欧空局发布的2019全球卫星导航市场报告《2019 GNSS Market Report 》,2019年全球卫星导航市场总量为1507亿欧元,预计到2029年将达到3240亿欧元。
其中车载导航设备是近年来增长迅猛的亮点,从2008年的每年1700万台车载设备到2018年每年4000万台车载设备,并预测十年后到2029年每年车载设备出货量在8000万台左右。
近年来随着大疆等无人机性能的提升,无人机市场应用也急剧增加,从2010年全球几十万台到2018年全球生产无人机达到1100万,并且这个领域将持续高速增长。
综上分析,我们估计到2029年,全球3240亿欧元的卫星导航市场中有1000亿欧元属于高精度导航市场,按照当前我国占全球百分之十市场份额计算,即2029年预计我国有100亿欧元高精度导航市场。当然,数据预测都只是拿来看的,重要的是,只要你相信无人驾驶时代会到来,这就是不可或缺的基础设施。北京到上海就一条G2,你想不想独家收过路费呢?
赵晓光:未来汽车自动驾驶,高精度定位会起到什么作用?与5G的关系,与激光雷达其他传感器的关系,与高精度地图的关系。
刘正全:自动驾驶是当前行业发展的热点,首先我们看自动驾驶关键技术,我认为自动驾驶有四个方面的关键技术:
一是环境感知技术。在环境感知方面有很多不同厂商提供了不同解决方案,有的技术路线是偏向于摄像机为主加图像处理,有的技术路线是激光雷达为主;
二是精准定位技术。众所周知,当前GPS、北斗系统用户定位精度为5-10米左右,无法实现车道分辨更无法满足自动驾驶需求,惯导加卫星导航加地基增强或星基增强使定位精度达到实时厘米级是车辆自动驾驶的基本要求,我们当前依靠低轨星基增强可以实现5-10cm定位精度,即提升一百倍;
三是决策与规划技术。根据环境感知和精密定位信息进行控制决策和路径规划,这里面需要机器学人工智能相关技术;
四是精准车辆控制执行和高精度地图等技术。我认为这四个技术都是重要的,离开了任何一个技术真正L4 L5阶段自动驾驶都无法实现。
目前多数自主驾驶技术主要依赖基于图像的环境感知,通过5G网络的传输在线实现车辆精确定位,实现诸如车道的识别和精确定位等功能,同时使用各类雷达实现运动状态监测,实现碰撞监测和规避。如果在这一系统中引入厘米级的高精度定位信息,可以简化车辆状态的信息处理复杂度,在本地即可完成车辆定位信息处理,对于缩短信息响应周期、加强客户信息安全性、减少通信网络负担、提高系统运行安全冗余度来说,都是具有积极意义的。当然,我们相信这几方面的技术,最后必然是通过融合实现综合应用,从而实现用户体验的最大化。
赵晓光:未来物联网智慧城市时代,高精度定位起什么作用?
刘正全:根据新华社今年的报道,当前我国约有700个城市提出正在建设智慧城市,因为有很多细分领域,从总体上来说我认为物联网智慧城市需要三方面的支持:
第一是通信能力,当前社会马上步入5G时代,信息互联互通能力将进一步提升,把所有终端互联及信息交互不再是难题。
第二是计算能力,构建物联网智慧城市的关键所在是终端传感器,传感器核心性能是其芯片的计算能力、成本、重量功耗尺寸、获取数据的能力等。
第三个就是高精度定位能力,终端位置定位精度高低决定了组成的物联网的精准程度和系统容量,决定了应用推广的水平。
打个简单的例子,就是我们希望未来无人机送货服务不仅是能够窗户,实现开窗收快递,我们还希望物流车能精确到每个信箱,实现无人机自动投送信件/纸质账单到信箱。同时,高精度定位不仅提高投送准确性,还能在相同的空间内,允许更多的设备安全运行,彼此不产生运动干涉,从而真正提高物联网的使用价值。
关于未来导航:低轨导航增强将成为北斗体系的重要补充
赵晓光:您知道2020年我们国家北斗就要建设完成了,我想问您基于当前形势,未来导航发展会朝着什么方向?哪些领域还有待提升。火眼位置的导航增强卫星星座与我国的北斗卫星系统是怎样的关系?
刘正全:首先我们说卫星导航的用途主要是提供定位、授时服务,即所谓的时空基准,属于重要的战略性空间基础设施。今年我国北斗系统建设完成后,在系统服务范围、系统可用性、完好性等方面都不逊于其他导航系统。但是后续仍然有很多工作要做,主要有三方面:
一是推进导航增强体系建设,多种手段结合,进一步提高用户定位精度和收敛速度;
二是继续提高导航系统的可用性和安全性;
三是进一步推进室内导航等其他方面服务能力。
在2019年的北斗年会上,有关部门明确提出要构建高、中、低轨在内的“天空地海”导航体系,低轨导航增强是该体系的重要组成部分,并将面向商业航天开放。因此,火眼的低轨导航增强星座系统将在国家规划的架构下,成为对北斗体系的重要补充。
事实上,在2019年,发生了卫星导航系统有史以来最重大事件:伽利略系统因故全面瘫痪117个小时,对导航服务的稳定性和可靠性敲响了警钟,而低轨导航增强系统即可作为常规导航星座的降级备份手段,也可担负对传统导航系统可用性、完好性的监测预警,这也从侧面证明了低轨导航增强星座具有极高的业务应用价值。
赵晓光:那么高精度导航增强都有哪些技术途径?低轨增强有什么优势?
刘正全:常规卫星导航用户定位精度是米级,提高定位精度手段主要有三种:地基导航增强技术、高轨星基导航增强技术、低轨导航增强技术。
1、地基增强技术
地基增强系统利用差分技术,通过基站向周边用户(20~30km范围)广播导航修正参数,可以实现厘米级甚至对特定静态用户毫米级的定位精度。但地基系统依赖基准站建设,单基准站覆盖范围有限,定位精度随着离基准值位置增加而降低,基准站数量,后期系统运营维护成本高,且无法实现海洋等偏远地区的服务。当前典型系统有欧洲EPN系统,中国北斗地基增强系统等。
2、高轨星基增强技术
高轨星基增强技术是通过注入站将导航增强信息上传至高轨卫星再转发至用户;地面用户接收改正参数信息提高定位精度。包括广域差分增强系统和广域精密增强系统,优点是可以借助当前现有高轨通信卫星,缺点是收敛时间慢,一般需半小时左右。
3、低轨星基增强技术
该技术是通过低轨小卫星星座,向用户广播导航增强信息,并发挥星座全球覆盖和信号链路增益大等独特优势,提高用户收敛时间,实现快速厘米级定位增强服务基础上,另外还能进行对原导航系统的高精度监测,提高原系统定轨能力,以及进行完好性监测服务。
赵晓光:刚才谈到了地基增强系统,那跟地基系统比我们的优势在哪?
刘正全:地基增强系统与星基增强系统各有优劣,地基增强系统定位精度更高,但依赖基准站建设,单基准站覆盖范围有限,定位精度随着离基准站距离增加而降低。为此必须建设数量庞大的基准站,前期建设和后期系统运营维护成本高,且无法实现海洋等偏远地区的服务,在境外的业务开展易受非商业因素影响。低轨星基增强系统可以利用几十颗50kg级的低成本微纳卫星实现全球的覆盖,增强后定位精度达到厘米级,增加了服务范围,减少了系统成本。
刘经南院士曾指出:“高、中、低轨卫星与地基增强系统相结合”才能构建“实时无缝”的理想的卫星高精定位导航系统。“我国地基增强系统建设已有一定成果,可在我国大部分地区实现亚米级甚至厘米级精度实时定位。星基增强系统应在此基础上建设。”他认为,可充分利用低轨卫星系统建设成本低,启动速度快的优势,加快发展,补充当前仅靠中、高轨导航卫星系统构成的全球性时空基准“基础设施”在高精度、高可靠、实时无缝等性能上的不足。
赵晓光:星链计划如果成型,火眼位置如何和马斯克竞争?
刘正全:首先,导航系统是重要的空间基础设施,为全球提供最基本的时空基准。导航增强业务虽然开放给商业资本参与、开展,但考虑到未来在物联网、自动驾驶等领域的重要性,仍然会高度坚持自主可控优先的原则,不可能完全放心用美国的系统,哪怕是马斯克的星链。最有可能的中、美、欧、俄各自建设,全面兼容。
其次,是业务开展的许可,马斯克的星链在中国开展业务还需要包括中国无线电管理局和工信部在内的系列审批,尤其是无线电管理委员会的频率审查能否通过,有不确定性。特别是星链计划目前申报的都是通信频率,对于既有的导航定位终端产品体系来说,并不能够兼容,用户可能面临较大的适应成本;而火眼位置的星座项目在申报之初就选择了导航专用频段,对于终端厂商和最终用户更为友好。
最后,整个卫星导航产业虽然仍然是美国领先于中国,但在低轨导航增强领域的实践上,中国与美国基本处于同一起跑线。
关于星座部署规划:火眼位置最快3年时间形成完整的星座服务能力,抢占时间先机
赵晓光:我们知道星链的卫星部署是出乎意料的迅速的,第五批星链卫星已经成功发射,火眼位置在星座部署上有怎样的规划?
刘正全:确实,星链的部署是非常迅速的。第一批星链卫星是去年5月份发射的,短短一年的时间,马斯克已经在太空中部署了300颗星链卫星。像马斯克这样的巨头,集技术和资本于一身,并且火箭和卫星都是自己的,这就让他在星箭一体化设计、研制和发射计划安排等方面具有先天的优势,我们是很难去复制的。
但是,强如马斯克,即使是如此快的卫星部署速度,我们来简单计算一下,其实对于马斯克庞大的星链计划来说也是远远不够的。星链计划的卫星总数是12000颗,我们按照每年10次发射每次发射60颗卫星计算,一年总共发射600颗卫星,那么星链计划全部完成需要多长时间呢?是20年。20年的时间,还要求之前发射的卫星都能坚持到这么长久的寿命,这样才能保证整个星链星座的完整,这是很难实现的。
我们再来说火眼位置的星座计划。火眼位置从早期规划开始一直坚持最小系统设计原则,规划的星座方案仅需4组共44颗太阳同步轨道即可为全球主要地区提供不间断的服务,后续补充2组22颗卫星可改善性能提高可靠性。星座部署时采取1箭11星发射方式,总计发射4 2次。
我们中国的火箭发射能力是世界领先的,已经连续两年位居世界榜首,其中2018年发射39次,2019年发射34次;2020年,随着主战场的长征五号、长征七号、长征八号等新一代运载火箭服役,快舟、捷龙、双曲线等新兴商业火箭的加入,全年的发射次数是有望突破40次的。
在全年40次发射任务中,将有大约2/3属于国家任务,剩下的1/3可以交给商业市场,其实这些为数并不算很多的商业发射机会对于目前中国的商业卫星计划来说也并不是很充裕的,我们估计火眼能够每年争取到2次独立的发射任务。这样来说,火眼第一期44颗卫星需要2年的时间部署完成,第二期22颗卫星还需要1年,最快3年的时间形成完整的星座服务能力,从时间上看仍然有机会抢占先机。
赵晓光:和马斯克星链计划竞争,想想就很梦幻,所需投入大么?
刘正全:马斯克是巨人,他在卫星通讯和卫星高精度导航两个未来最梦幻的赛道都想拿第一,我们很专注,就聚焦高精度导航。星链总投资不会低于100亿美金,我们总投资2~3亿美金就够。小有小的优势,我们已经过了最难的频率关,只要有资金进来就能快马加鞭,争取2-3年全球组网完成。
关于瓶颈:当前制约低轨导航增强星座发展的最大因素是频率
赵晓光:请问当前制约低轨导航增强星座发展或者说低轨星座发展最大的瓶颈是什么?
刘正全:低轨导航增强星座是一个工程大系统,涉及各方面的资源和技术,卫星的、火箭的、发射场、运营管理等。但核心的就是频率因素。
频率是不可再生资源,极其稀缺宝贵,尤其是导航所使用的L频段,当前四大导航系统已经完全占满了传统L频段且重叠复用。但是,考虑到当前已有的成千上万终端用户,低轨导航增强系统的频率选择必须考虑对现有终端设备的兼容性和继承性,因此必须选择常规导航频段,实现低轨导航增强系统频率与传统导航系统的兼容互操作。
基于以上方面要求,火眼位置完成了低轨导航增强系统与四大导航系统的兼容性分析,并成为首家也是唯一一家在整个星座的业务频率上完成了与主管部门协调的单位。在2019年11月,该频率资料通过了国家无线电管理局组织的频率论证会审查,已报送国际电联(ITU)备案,开启国际协调。
赵晓光:刚才提到频率审查,这里难度很大么?
刘正全:对的。用于导航的L波段业务频段,不仅是具有重要的商业价值,还具有重要的战略意义,北斗、GPD等导航卫星系统的频率协调地位都是以国家实力为支撑进行保障的。
而火眼位置申请的星座频率在ITU公布了,这是国内到目前为止,在导航及增强低轨卫星网赛道上,唯一一家经中国无管局组织的频率论证会审核通过、完成业务频率国内协调,开启国际协调的企业。这意味着最差也能打卫星组网然后开展国内业务。但是如果我们想在其他国家开展业务,就需要所在国的审核通过。
星链计划也是一个道理,美国无线电管理局审批通过只是开始,可以发卫星组网了,组网完成后开展业务,还需要所在国的准入。所以可以这么说,这是一个抢时间的战略赛道,中国奋起直追,我们完全还有机会。
关于火眼位置:目标是打造世界先进的低轨导航增强星座系统
赵晓光:看来火眼位置的定位和目标非常的明确,能具体介绍下你们公司吗?
刘正全:前面只是简单的说了下我们公司,我再详细介绍下。我们公司成立于2019年1月,是一家定位于高精度导航定位服务的科技型公司,我们从2018年开始筹备,目标就是打造具有世界先进水平的低轨导航增强星座系统,并在此基础上开展面向全球的商业高精度导航增强信息广播服务。
我们公司的创始团队包括董事长,他历任航天5院、航天科工集团、国防科工委航天司、国家航天局等系列航天口领导岗位,也是中国航天界的权威专家;此外,我们还有多位具备多年航天工程研制研发经验的技术专家,先后承担过多颗卫星的工程研制,并作为核心骨干承担国内第一颗低轨导航增强试验卫星“和德一号”的研制,并取得圆满成功。
自公司成立以来,公司在卫星星座的设计规划、卫星总体方案的设计论证、导航业务频率的论证协调、工程大系统的协调设计等方面都取得了巨大的进展,同武汉大学测绘学院、中电54所、航天704所等科研院所和公司企业形成了深入的合作。目前,火眼位置成为国内唯一一家完成低轨导航星座业务频率国内协调的企业,相关网络资料经国家无线电管理局论证评审通过送国际电信联盟(ITU),开启国际协调;同时相关高精度导航增强算法通过内部测试,并部分开展知识产权申报。
赵晓光:火眼位置低轨导航增强系统核心竞争力是什么?
刘正全:火眼位置的核心竞争力是多方面的:
一、技术上,火眼位置技术团队出自传统航天院所,具备雄厚的技术能力,在星座系统规划论证、卫星工程研制、导航增强核心算法等方面具有丰富的工程经验,相关方案及核心算法、接口协议等均经过了多轮的在轨实飞验证,效果显著。核心技术人员来自传统航天院所第一颗验证成功的厘米级低轨实验卫星团队,不夸张的说,他们成功开启了星基低轨导航增强时代。考虑到都是从体制内出来的,这里就不展开了。
二、资质上,火眼位置是第一个也是唯一一个拿到国内低轨导航星座频率资质的企业。这个地方展开解释下,发卫星不是有钱想发就能发的,需要首先取得频率执照许可。频率资源作为不可再生资源,尤其L这种导航频段,频率兼容的设计分析工作就非常复杂,我们通过独特的通信体制设计,实现了与现有北斗GPS等导航系统的完美兼容,先后通过了我们国家主管部门中国卫星导航定位应用管理中心的审查与国家无线电管理局组织的频率论证会评审,完成了到ITU的申报,拿到了国内的频率许可。
三,荣誉上,火眼位置虽然是新公司,荣获2019年度“上海新经济TOP30”,和哈喽单车/平安好医生/喜马拉雅并列优秀代表。入选原因不是公司目前有多大,而是这个赛道未来一定会诞生伟大的超大型企业。
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