衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)織布“天網(wǎng)”，中國星鏈衛(wèi)星怎樣“智造”

出品｜網(wǎng)易新聞

導語：12月6日，上海微小衛(wèi)星工程中心成功將一顆衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術試驗衛(wèi)星發(fā)射升空，這是繼11月23日成功發(fā)射衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術試驗衛(wèi)星后又一次新的探索，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和6G什么關系？為什么再不搞就來不及了！“微小”衛(wèi)星是怎樣實現(xiàn)流水線生產(chǎn)的？

捷龍三號運載火箭搭載衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)試驗衛(wèi)星發(fā)射成功

一、全球低軌衛(wèi)星打響“圈地戰(zhàn)”

2023年SpaceX公司加速編織太空衛(wèi)星網(wǎng)。年初至今，SpaceX公司利用“獵鷹”-9號火箭完成58批“星鏈”發(fā)射任務，共計部署1870顆“星鏈”衛(wèi)星。目前，“星鏈”星座在軌衛(wèi)星規(guī)模達5144顆，占全球在軌衛(wèi)星總量超55%，是人類有史以來規(guī)模最大的衛(wèi)星星座。

23年“星鏈”由22年平均每10.7天發(fā)射一批，縮短至5.8天發(fā)射一批

除SpaceX激進地圈城掠地之外，亞馬遜、蘋果、波音、英國的一網(wǎng)公司、加拿大的Telesat以及韓國三星都已發(fā)布了進軍低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的計劃；國際電信聯(lián)盟(ITU)奉行的“先占永得”基本原則，無論是軌道還是頻譜不可再生，低空領域的資源極具戰(zhàn)略價值，我國在2020年就已把衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)列入了“新基建”的范疇中，目前我國已經(jīng)占據(jù)了一部分Ka/Ku頻段。也有自己的“虹云工程”、“行云工程”、“鴻雁星座”等“星鏈項目”正在進行部署中。

“虹云工程”是由中國航天科工集團有限公司牽頭研制的覆蓋全球的低軌寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)，計劃用156顆小衛(wèi)星組成衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，“鴻雁星座”是由中國航天科技集團自主建設的低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)，計劃用60顆核心骨干衛(wèi)星和數(shù)百顆寬帶通信衛(wèi)星組成系統(tǒng)，實現(xiàn)全球無死角的自由接入寬帶互聯(lián)網(wǎng)。

中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)部分項目介紹

二、低軌通信衛(wèi)星如何定義“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是基于衛(wèi)星通信的互聯(lián)網(wǎng)，它是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站向各類陸海空天用戶提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入等通信服務的新型網(wǎng)絡。

低中高軌道衛(wèi)星高度對比

根據(jù)所在軌道高度不同，衛(wèi)星通常分為地球同步軌道衛(wèi)星、中地球軌道衛(wèi)星和低地球軌道衛(wèi)星（簡稱低軌衛(wèi)星）。不同軌道衛(wèi)星的在軌運動速度、繞地球周期和對地視場不同，用途也有所不同。

這次在甘肅積石山地震應急通信保障中起到關鍵作用的天通一號衛(wèi)星，就是發(fā)射到距離地球36000公里的高軌衛(wèi)星，這是我國獨立設計、自主研發(fā)第一套衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，只需三顆覆蓋范圍就達到亞太將近20億人口。但是高軌衛(wèi)星通信時延比較大，而且發(fā)射成本也比較高。

天通一號衛(wèi)星系統(tǒng)覆蓋示意圖

低軌衛(wèi)星在1000公里以內距離地面近，基于物理性質，具有低時延、信號強的特征，是搭建衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的最佳載體。通過上千顆衛(wèi)星在低軌道組成通信星座，盡管衛(wèi)星始終在運動，但每時每刻都有若干衛(wèi)星飛過頭頂，低軌道高度可將時延降低至幾十毫秒，已經(jīng)比較接近地面網(wǎng)絡的傳輸效率。此外，低軌衛(wèi)星的信號強度更強，相應的地面終端可以更加小型化、輕量化，能夠滿足自動駕駛、無人機遙控等需求。

衛(wèi)星寬帶比光纖到戶與蜂窩寬帶優(yōu)勢明顯

隨著“星鏈”在俄烏戰(zhàn)爭的應用，馬斯克表示，自俄羅斯入侵戰(zhàn)爭以來已向烏克蘭運送了約2萬套星鏈接收天線和路由器。

星鏈衛(wèi)星幫助烏軍傳輸作戰(zhàn)信息

低軌星座的潛在軍事用途也引起外界關注。盡管“星鏈”計劃的定位是商用衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，但在搭載其他載荷的情況下，還可提供遙感、增強導航等服務。未來，這張全球天基互聯(lián)網(wǎng)絡可支持遠程導彈實時控制，其軌道推進系統(tǒng)可對其他空間目標實現(xiàn)動能攻擊。總之，“星群”作戰(zhàn)一旦開展，很難有其他衛(wèi)星與之抗衡。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是極為浩大的工程，火箭重復利用和“一箭多星”技術極大降低了衛(wèi)星發(fā)射成本；集成電路技術的進步促成了衛(wèi)星的模塊化、組件化和小型化，顯著降低了衛(wèi)星的尺寸、質量、功耗和研制成本；批量化、模塊化衛(wèi)星制造技術顯著降低了衛(wèi)星的制造成本。

四、像造汽車一樣“智造”衛(wèi)星

目前，星鏈發(fā)射的衛(wèi)星版本以 V2.0 Mini 為主，這種重量約 800kg“小衛(wèi)星”，部件的模塊化接口設計形成了通用的制造標準，為規(guī)模化制造提供可能，使不同供應商提供的衛(wèi)星部件之間能夠相互操作。脈動裝配生產(chǎn)線 (Pulse Assembly Lines)實現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)，研制加工周期短、建造成本低，馬斯克曾公開透露單顆衛(wèi)星的成本可以下降到50萬美元。而我國通信衛(wèi)星過去基本以噸量級的大衛(wèi)星為主，衛(wèi)星制造端成本偏高。

“星鏈”在設計時就考慮到了緊湊性

脈動生產(chǎn)線全稱是脈動裝配生產(chǎn)線 (Pulse Assembly Lines) ，顧名思義就是像脈搏一樣一定時間跳動一次。該生產(chǎn)模式是從福特公司（Ford）移動式汽車生產(chǎn)線衍生而來的，是連續(xù)移動裝配生產(chǎn)線的過渡階段。脈動裝配生產(chǎn)線可以設定緩沖時間，當某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時，整個生產(chǎn)線停止移動，當裝配工作完成時，生產(chǎn)線就脈動一次，轉入下一個環(huán)節(jié)或出廠。

OneWeb的初步衛(wèi)星脈動生產(chǎn)線

脈動生產(chǎn)線在飛機制造領域最早實現(xiàn)應用，能提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量、降低生產(chǎn)成本。目前，國內新型飛機的生產(chǎn)工作大都已采用脈動生產(chǎn)線。

為了實現(xiàn)中國低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星的大型星座組網(wǎng)式服務，滿足衛(wèi)星單顆小批量定制的研制生產(chǎn)需求，我國多個低成本商業(yè)衛(wèi)星脈動式智能生產(chǎn)線正在建設中。

空間工程總體部衛(wèi)星自動化生產(chǎn)線

航天科工空間工程發(fā)展有限公司（以下簡稱“空間工程總體部”）在武漢建成國內首條衛(wèi)星智能生產(chǎn)線，2021年5月，由空間工程總體部打造的衛(wèi)星智能生產(chǎn)線完成首顆衛(wèi)星下線。

使用機械臂完成自動總裝

投用兩年多來，實現(xiàn)了從原材料出庫到檢驗合格之間，艙板級部裝、衛(wèi)星總裝、整星電性能測試、通信載荷測試、機械精度測試、太陽翼安裝與性能測試、質量特性測試、振動試驗、真空熱試驗、檢漏試驗等十余道工序的梳理和自動化，生產(chǎn)效率提高40%。截至目前，該產(chǎn)線已完成數(shù)十顆衛(wèi)星下線。

我國的這條衛(wèi)星生產(chǎn)線通過運用智能化工具，比如機器人、智能裝配工具、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、自動化測試系統(tǒng)等提高生產(chǎn)效率。

零部件出庫-掃碼齊套-AGV自主配送

在裝配上，面對多品種、不同批量衛(wèi)星的生產(chǎn)任務，基于這些先進工具實現(xiàn)的脈動式流水線效率極高，通過人機協(xié)同制造，解決了衛(wèi)星裝配重量大、難度高、質量不一致的痛點，提高總裝質量一致性。這一生產(chǎn)線可年產(chǎn)240顆衛(wèi)星，平均一天半就有一顆衛(wèi)星下線，單星場地面積需求減少70%以上，單星生產(chǎn)周期縮短80%以上，人員生產(chǎn)效率提升10倍以上。

使用機械臂完成自動部件裝配

三、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和6G什么關系？

“星地一體融合網(wǎng)絡”“空天地一體化無縫覆蓋”，這是2021年中國信通院《6G總體愿景與潛在關鍵技術白皮書》中描述的場景，未來6G技術的全域覆蓋使地球上再無任何移動互聯(lián)網(wǎng)盲點。因此衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)將成為6G的關鍵基礎設施。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)一般由空間段、地面段和用戶段三部分組成，空間段是指提供信息中繼服務的衛(wèi)星星座，少則一顆衛(wèi)星，多則成千上萬顆衛(wèi)星。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)

我國儲備了世界最多的6G技術，太赫茲技術是實現(xiàn)6G通信的主要技術。太赫茲波指頻率在0.1-10THz范圍內的電磁波，被認為會與未來的衛(wèi)星通信緊密結合，成為6G技術的主要波段。太赫茲波的瞬時帶寬很寬，有利于高速通信。在外太空的真空條件下，太赫茲通信能夠獲得10GB/s的傳輸速度，比當前的超寬帶技術快幾百至一千多倍。

去年，我國的6G試驗衛(wèi)星已成功發(fā)射至軌道。該衛(wèi)星將建立星間收發(fā)鏈路，開展太赫茲通信在空間應用場景下的全球首次技術驗證，試驗太空條件下太赫茲技術的應用和星間鏈路構成。這展現(xiàn)了我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在鋪設初始，就可能基于太赫茲通信建立超高帶寬，為后續(xù)的6G“天地互聯(lián)”建立基礎，整個產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)逐漸面向大眾消費場景。

結語：未來衛(wèi)星網(wǎng)絡不會替代地面網(wǎng)絡，而是在地面設施經(jīng)濟性差或基建力所不能及的領域，提供戰(zhàn)略性補充，最終建成“天網(wǎng)地網(wǎng)融合”，現(xiàn)實生活中無需感知、無處不在的高速網(wǎng)絡。

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