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阅读提要:(全文共约5000字,好内容不怕长)
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“GW”巨型星座计划曝光
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“GW”星座的具体技术规划,轨道与频段资源争夺战
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“GW”星座对中国“数字丝绸之路”的战略价值
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“GW”星座对中国未来及6G通信发展的意义
关注过我的小伙伴之前应该已经看过我写的两篇文章,分别是关于《美国的Starlink星链》和《中国卫星星座的发展情况》。就在我准备发表上一篇介绍中国星座发展情况的文章的同时,4月28日传来一个振奋人心的消息,
“中国卫星网络集团有限公司”
在雄安正式挂牌成立(后文简称
“中国星网”
),中国的卫星互联网终于有了“带头大哥”。
“GW”巨型星座计划曝光
其实早在2020年9月份,就有
一家代号为“GW”的中国公司
,向国际电信联盟(ITU)递交了频谱分配档案。档案中曝光了两个名为
GW-A59
和
GW-2
的宽带星座计划,其计划发射的卫星总数量达到
12992颗
。(见下图 ITU申请)
(国际电信联盟(ITU)关于 GW-A59档案)
当时信息还不明朗,没有人知道这家代号为“GW”的公司是什么来头,这件事也没有引起太大的关注。
当时曾有媒体猜测,“GW”可能是银河航空的星座计划。不过银河航空其实早就公布了其650颗卫星的“银河系”星座计划,所以一定另有其主。
(国务院国有资产监督管理委员会公告-成立中国星网公司)
随着“中国星网”公司的成立,谜底终于揭晓。
“GW”
其实就是
“国网”
的拼音首字母,应该就是“中国星网”公司成立之前的暂定名称。
早在3月7日的两会期间,中国航天科技集团科技委主任包为民院士,在接受记者采访时,就已经明确表示:“我们正在规划和研制空间互联网卫星,并发射了试验卫星,
国家还将组建成立‘国网’公司,专门负责统筹空间互联网建设的规划与运营
。”
(两会期间,包为民院士关于“国网”公司的采访)
近期,中国东方红卫星股份有限公司总裁葛玉君,在接受新闻采访的时候也透露,“国网”系统将会使之前我国航天科技集团的
“鸿雁系统”
和航天科工集团的
“虹云系统”
发生重大调整(这两个系统是我国国有科研单位主导的两大低轨宽带星座工程,在我上一篇《介绍中国星座系统》的文章中有详细介绍,想详细了解的朋友可以点击链接,或者去我的主页文章列表里看看)。
以上两位航天系统的负责人,都已经
证实了“GW”星座计划
,就是将交由新成立的“中国星网”主导的大型卫星通信工程。事实上也几乎没有其他公司能够有这样的实力,建设一个包含12992颗卫星的庞大星座系统,“中国星网”公司将成为我国星座计划的带头大哥。
(4月28日 中国星网在雄安新区挂牌)
“中国星网”
公司的成立,可以说是我国卫星通信和卫星应用产业的一个
里程碑
。“中国星网”公司从三大运营商抽调了很多骨干员工参与筹建。根据媒体报道,公司董事长为张东辰,曾任中国电子信息产业集团总经理。
(5月6日上午,中国联通总部,各部门领导欢送范云军副总经理)
联通副总经理范云军,现也调任“中国星网”副总经理,可见国家对此非常重视!(后面我还会具体分析“中国星网”对我国国家战略的重要意义,非同一般,还请耐心阅读!)
“GW”星座的具体技术规划,轨道与频率资源争夺战
1)轨道资源的争夺
根据国际电信联盟(ITU)公开的资料信息,“GW”星座的申请被正式接收的日期是2020年11月9日。
“GW”星座总共包含2个子星座,轨道高度也分为两组(见下图)。GW-A59子星座的卫星分布在500km以下的极低轨道, GW-2子星座的卫星分布在1145km的近地轨道。两组卫星的轨道倾角分布在30°-85°之间。
(中国“GW”星座计划详细轨道分布表)
我们可以将“GW”星座的卫星分布与技术指标与SpaceX的Starlink星链系统做一个对比。(见下图)
(星链Starlink轨道及状态 摘自网络百科)
可以看出,
"GW"星座与Starlink有很多相似的地方
。比如,两者卫星数量都非常惊人,轨道高度都分为两组,一组极低轨道,和一组近地轨道,轨道倾角也都分布在30-85°之间,两者都是可以覆盖全球的卫星通信网络。
(国际主要星座计划一览)
虽然我国早前已经有“行云”、“虹云”、“鸿雁”等星座规划(见上图),但“行云”主要用于窄带物联网,“虹云”和“鸿雁”还处在早期阶段,而且总体的星座规模,与国外同类型卫星星座相比,是小巫见大巫,甚至可以忽略不计。
(2029年全球近低轨道卫星布局及占比 来源:赛迪)
根据测算,地球的
近地轨道总共只能容纳大约6万颗卫星
。由于Starlink目前已经规划了4.2万颗卫星,未来将占用大量的地球极低轨道和近地轨道。如果再加上中国此次规划的12992颗,全球还有其它几个主要的星座计划加在一起,地球近低轨道已经不堪重负!
(“星链”卫星近低轨道的动态分布图)
“GW”星座计划,
事实上也将起到争夺轨道资源的作用
,防止将来我国面临无轨道可用的局面,因此意义非常重大
,越早发射越好
。
2)频率资源的争夺
在信号传输频率方面,
我国“GW”星座采用的传输频率
,分布在以下4个频段:
37.5-39.5 Ghz (空对地)
39.5-42.5 Ghz (空对地)
47.2-50.2 Ghz (地对空)
50.4-51.4 Ghz (地对空)
根据美国FCC公布的数据,SpaceX的
“Starlink”所使用的信号传输频率
分布以下4个:
10.7-12.7Ghz(用户下行)
14.0-14.5Ghz(用户上行)
17.8-19.3Ghz(馈线下行)
27.5-30.0Ghz(馈线上行)
(这四个频段,明显比我国的频段要低不少。至于频段低了有什么好处,我后面会讲。)
由于信号在不同频段传播损耗不同,因此
选择合适的信号传输频率非常重要
。通常在卫星信号传输中,0.3-10GHz频段,损耗最低,30GHz频段附近,损耗也相对较小。(卫星频段表,见图)
(标准雷达频率波段表)
C频段
使用比较早,多用于地球静止轨道上的卫星通信,频率低,增益低,但是抗干扰能力强,比较适合对通信质量有严格要求的业务,比如电视、广播数据传输。目前C频段已经饱和。
Ku频段
,频率高,增益高,天线尺寸要求比较小,方便小型地面接收设备使用,是卫星通信的黄金频段,目前可用频段资源也相对枯竭。
Ka频段
,相对Ku波段来说,雨衰会更大,但频率更高,可用频段带宽也更大,适合高速卫星通信,当然,对信号接收器件的要求也更高。由于C频段和Ku频段资源日渐枯竭,所以Ka频段近十年来发展非常迅速。而且Ka频段在军事方面应用也非常广泛。
SpaceX的“星链”所占用的频率就分布在Ku、Ka这两个黄金频段上。
(Starlink使用的相控阵技术的卫星宽带接收天线)
目前Ka频段的资源也在日渐枯竭,因此我在上一篇关于《我国卫星星座发展》的文章中,就强调再不发展我国的卫星互联网,就来不及了!之前我国在“北斗”导航系统上,就吃过频率资源的亏。
而根据国际电信联盟制定的《无线电规则》,对信号频率的占用采用
“先到先得”
的原则。
好在我国已经在去年向国际电信联盟申请了“GW”星座的通信频段。
“GW”的这几个传输频段,分别分布在Ka频段和V频段上
,应该是目前能申请到的相对较好的频段了,不过相对于SpaceX所占用的Ku和Ka频段,还是有些吃亏!不过V频段,由于具有更高的频率,将有利于发展更高的网络带宽,也许也有这方面的考虑。
3)“一箭多星”技术的发展
除了轨道和频率,如何把12992颗卫星按照规划及时发射出去,也是一个问题。一定有小伙伴问,马斯克的“星链”一次可以发射60颗小卫星,那么中国一次可以发射多少呢?
(长征6号火箭发射)
中国曾在2015年通过
“长征6号”
火箭创造过一次搭载20颗卫星的发射记录。
我国“一箭多星”副主任设计师布向伟,曾经向媒体透露,我国的
“长征11号”
运载火箭具备一次发射28颗甚至更多小卫星的能力。如果一次释放两颗卫星,那么一次发射就可以同时释放56颗微纳卫星。
(捷龙系列火箭)
另外,还有中国航天科技集团正在研制的
“捷龙三号”
固体运载火箭,也具备“一箭20星”以上的多星发射能力,而且发射成本可以控制在不到1万美元每公斤,因此具有一定的市场竞争力。
根据国际电信联盟的规则,申请了相关频率的单位,必须在
7年内完成
卫星发射和信号验证,才能真正拥有该频率的使用权。所以“GW”星座必须在2027年11月9日之前完成以上工作,相信以我国航天工业的实力,肯定不会有任何问题。
“GW”星座对中国“数字丝绸之路”的战略价值
说完了“GW”星座的技术问题,小伙伴一定会问,我国的宽带互联网发展已经走在世界前列了,为什么还要花大价钱搞一个卫星宽带网络呢?其实理由有很多,我们先从“一带一路”的大战略谈起!
“一带一路”倡议
是习主席2013年提出的“新丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”合作倡议的简称。它的意义和重要性我这里就不多说了。这些年我国在“一带一路”国家进行了大量战略投资,其中包括铁路运输、港口、机场、5G通信、石油管道、通信光缆等等,甚至连刚刚组网完成的“北斗导航”也都在服务于“一带一路”国家。
(“数字丝绸之路国际合作论坛”)
而除了这些看得见的基础设施投资以外,还有一条更重要的
“数字丝绸之路”
也在悄然成型,而且正在“一带一路”国家中发挥着重要的作用。截至2021年1月底,中国已经同140个国家和31个国际组织签署205份共建“一带一路”合作文件。目前中国正积极参与一带一路国家的ICT(信息通信技术)建设。
而我国的“GW”星座工程,好比一条
“丝路星链”
,可以为“一带一路”沿线国家打造一个无缝覆盖的太空信息走廊,从亚洲到中东欧,从非洲到中东,甚至将来还会扩展到拉丁美洲国家。无论这些国家的本地通信基础设施的发展水平如何,都可以通过中国的这个
“丝路星链”
系统,接入全球的信息高速公路!
所有参与“一带一路”的国家和组织,都会从我国的卫星互联网工程中获益。同时也会提高我国在一带一路国家中的影响力。因此,
“GW”星座对我国建设“数字丝绸之路”有非常重要的战略意义!
“GW”星座对中国未来及6G通信发展的意义
从
我国自身利益
的角度来说,“GW”星座除了能提供覆盖全球的高速网络通信以外,在航海、航空,以及信息安全、金融安全、军事安全、导航定位、气象研究、灾害预警等诸多领域都会给我国带来全方位的升级,同时可以开拓全球卫星互联网接入市场。
(卫星+地面终端的“天地一体”通信模式)
虽然我国的5G基础设施已经全球领先,但是中美实际上已经开始了“6G”通信技术的研发竞争。
未来的“6G”通信,一定是“地面基站+卫星”的“天地一体”模式
,除了网速快以外,还会更加注重网络延迟、覆盖范围、接入手段等等,物联网、车联网、虚拟现实等新技术将会广泛应用,“太赫兹波传输”、“纳米天线”等等都可能会成为现实。关于“6G”通信技术的展望,欢迎小伙伴观看我之前制作的视频:《什么是6G?》。
(卫星产业规模增长 数据来源:赛迪顾问2020.5)
而卫星通信的发展,也会给
全产业链带来更多的发展机会
,包括卫星制造、运载火箭、地面基站、用户设备、网络运营等等,也会创造更多的投资机会和工作岗位。
除了国有公司“中国星网”,我国还有
银河航空
、吉利汽车下属的
“星空智联”
、
华为公司
等
民营企业
,也在积极布局自己的天基互联网星座。
(华为公司发射卫星的消息)
比如稍早前就传出,华为公司将会与中国航天、中国移动合作,于今年7月发射两枚卫星。
(银河航天首颗低轨宽带试验卫星发射成功)
而银河航天的首枚试验卫星,已经于2020年1月16日升空,并成功实现了16Gbps速率的低轨宽带卫星通信。
(吉利汽车的卫星计划)
吉利汽车将投资41.2亿元建设低轨卫星互联网项目,将打造世界领先的物联网示范工程。对这些内容有兴趣的,可以翻阅我之前写的文章《中国“星链工程”一览》。
“GW”也可以看做
“Great Wall”
的缩写,万里长城不是一日建成。
“长城”星座
(我先这么叫着,也许以后真的就叫这个名字也说不定)未来一定还会遇到不少技术和成本方面的问题需要解决,另外还有一系列的关于市场、营运等问题需要提前规划。我觉得对我们中国人来说,这些都不是问题。遇到问题解决问题,遇到困难克服困难。当年一穷二白的时候,我们“两弹一星”都能搞出来,现在还有什么工程做不了的?
如今,我们也不用羡慕美国的“星链”。关于“打造全球覆盖、高效运行的通信、导航、遥感空间基础设施体系,建设商业航天发射场",已经被写入我国
“十四五规划”和“2035远景目标刚要”
。对于天基互联网,我国不会缺席,而且脚步还要加快!自从我国首颗人造卫星“东方红1号”升空以来,我国的航空、航天事业一直保持飞速发展,“天问号”也即将在火星着陆,如今又将迎来一座巨型星座!
(1970年4月24日中国成功地发射了第一颗人造卫星“东方红”1号)
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本文参考资料
:
《中国央企新增一家:中国卫星网络集团有限公司挂牌雄安》,澎湃新闻,凤凰网
《A New Chinese Broadband Satellite Constellation》by Larry Press,CircleID
《中国星链:我国万颗卫星互联网星座12992颗卫星发射计划提交国际电联审批》,RealMagic,知乎
《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,中国政府网
《中国卫星互联网产业发展研究白皮书》,赛迪顾问