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Kaiyun:4G、5G这么普及为什么还要发展卫星互联网?

作者:小编 日期:2025-07-07 15:56:29 点击数: 

  

Kaiyun:4G、5G这么普及为什么还要发展卫星互联网?

  2025 年 6 月 6 日,互联网卫星总设计师袁俊刚在 2025 科普中国说广东场“低空启航 太空互联”带来演讲《互联网从地面走向低空和太空》,解读互联网卫星发展的重要战略意义。

  2025年4月1日,我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭,以一箭四星方式,成功将卫星互联网新技术试验卫星0001至0004星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

  数据表明,我国5G建设已经是全球领先——今年1月基站总数突破400万座,占全球总量60%以上,年底农村覆盖率将达95%。

  一是覆盖范围受限。移动互联网的发展以商业化为导向,以盈利为目标。这就导致其基站布局不可能覆盖到每一个角落。据估算,全球有约30亿人无法接入互联网。在一些特殊地区,如沙漠、海洋、山区等,由于难以实现盈利,运营商不会去建设基站,这些地方的网络覆盖便成了空白。想必大家都有过类似的经历,当走在较长的桥梁上时,手机信号会突然消失,这就是基站布局不够完善所导致的。

  二是对低空经济支撑不足。目前的地面5G天线主要是朝向地面覆盖,对于飞机、无人机等低空飞行设备的支持明显不够。虽然现在正在研发推广的5GA(5.5版的5G体系)旨在解决低空经济发展的网络需求问题,但其覆盖能力也存在局限性。此外,从5G升级到5GA,需要付出巨大的成本代价。

  三是地面互联网在应急方面的脆弱性。一旦遭遇洪水、地震等自然灾害,地面互联网很容易出现中断,而且在短时间内难以恢复。同时,5G网络的能耗问题也较为突出。据估算,全国的5G基站每天的电费支出就高达约1亿元。

  2014年,马斯克提出了“卫星互联网”这一概念,当时国内外许多人并不看好,质疑其必要性和实用性。然而,如今看来,卫星互联网不仅是一种战略需求,更是现实刚需。它主要能解决以下问题:

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  一是实现全球覆盖。卫星互联网不受海洋、沙漠等地形限制,只要有信号,就能实现无死角覆盖。

  二是提升通信速率。像马斯克的星链和我国正在建设的宽带通信卫星,其速率可达到200 兆甚至 500 兆以上。星链目前已发展到第三代,其单个波束的速率可达 1Gbps(Gbps是每秒多少比特的单位),与5GA 相当。而且,低轨卫星的时延也能达到毫秒级。

  此外,卫星互联网虽然名义上是商用,但可随时转为军用。2023 年夏天,北京门头沟区因暴雨导致基站瘫痪,当时低轨互联网尚未成熟,只能紧急使用高轨卫星支撑,但由于高轨卫星数量有限,通信延迟了几天才恢复。这体现了地面互联网的脆弱性,也凸显了卫星互联网的重要性。

  近年来,卫星互联网的星座建设越来越火爆。比如2021 年,从国外到国内,规划的星座有 1000 多颗星,这在以前是根本不敢想的。现在的卫星规划,国外有四大星座,分别是Oneweb 、星链、Kuiper 和 AST ,其卫星规划数量已多达上万颗。国内也有两个大星座在规划部署,中国星网集团规划建设的星座已申报近 4.5 万颗,上海垣信单独建立的星座也申报了 1.5 万颗规划。

  卫星互联网的天地系统分为三部分:第一部分是空间段,即卫星组网;第二部分是地面段,要能控制卫星并分配卫星资源;第三部分是用户终端,包括手机终端等。

  在俄乌冲突中,乌克兰对星链的应用充分体现了卫星互联网的工作流程。乌克兰军队凭借其多年来建立的质控系统“三角洲”,能够有效管控作战人员和无人机。通过星链系统,乌军实现了信息的高效传输和指令的精准下达,构建了一套完整的作战指挥流程。

  我国卫星互联网由于起步较晚,目前正处于逐步推进的阶段,相较于国外卫星互联网的发展,技术层面的差距较为显著。

  以马斯克的星链项目为例,星链实现了从技术到产品的创新。马斯克率先提出并应用了第一性原理,对卫星架构和相关产品进行了改造,如平板卫星设计和柔性太阳翼等创新举措,不仅提高了发射效率,还降低了成本。而我国虽在技术上迅速跟进,基本达到了与马斯克同步的水平,但在原创性和引领性方面仍有差距,大多是在已有技术基础上进行改进和优化。

  在成本控制方面,星链项目通过工业化生产大幅降低了卫星和火箭的制造成本,其火箭回收技术也已成熟,成功回收次数达到27次,进一步降低了运营成本。反观我国,现在的卫星互联网项目成本较高,大约是马斯克的4~5倍。火箭回收技术仍在实验阶段,尚未实现商业化应用,不过,今年有望在这方面取得重大突破。

  应用实践层面,马斯克不仅在商业应用上取得了成功,实现了盈利,还在军事应用方面进行了实践。在俄乌战争中,星链为乌克兰提供了重要的通信支持,发挥了关键作用。相比之下,我国在卫星互联网的应用实践方面还有待加强。

  首先是卫星的构型设计。互联网卫星数量众多,有几千颗甚至上万颗,这就要求尽量在一个火箭上发射更多的卫星,最大化利用火箭空间。目前,马斯克的平板卫星设计被广泛借鉴。

  其次是能源供应及利用效率。卫星的能源供应主要依靠太阳翼,需要具备柔性以方便折叠和压扁。同时,卫星在轨道上的操作需要高效的电推进器,推进剂的成本也是一个重要因素。我国在柔性太阳翼和电推进器技术上取得了进展,但在推进剂成本控制上仍有差距。

  再者是卫星组网技术。卫星组网主要依靠激光通信,卫星在轨道上的运动使得激光链路的建立和维持非常困难。我国近两年一直在进行相关验证,预计到明年基本能够解决这一问题,但在技术成熟度和可靠性上仍有提升空间。

  此外,基站的设置与部署也是一个难点。地面基站的天线相对较小,但天基基站需要更大的天线以应对更远的通信距离。天线越大,通信能力越强,但设计和部署难度也越大。我国已经发射了天线平方米的卫星,但与AST公司64平方米甚至200平方米的目标相比,仍有较大差距。

  信关站的核心功能是对卫星进行管控,国内外在布站方面存在显著差异。马斯克凭借美国的全球影响力,布站相对容易,而我国主要在“一带一路”沿线友好国家布站,全球管控面临挑战。我国采取利用星间链路来管控不可见卫星的策略,但在全球管控的效率和可靠性上仍有待提高。

  “一箭多星”的水平;确保发射的绝对可靠性,避免连带损失;实现火箭的可回收性,降低成本。加大研发投入,加快火箭回收技术的实验和应用;优化火箭设计,提高运载效率。

  在卫星技术方面,亟需实现技术自主创新,探索自己的技术路径,实现快速并行甚至超越;实现卫星的低成本、批量化工业生产,满足数万颗星座的部署需求。加强基础研究,鼓励创新设计;建立完整的卫星产业链,提高生产效率。

  2035年,我国计划部署超过2万颗卫星,拓展更丰富的行业赋能应用场景,积极开拓国际合作市场。

  (500多公里高度)已被星链大量抢占,根据国际原则,谁先占据轨道资源,谁就拥有优先权,这也是我国申报6万多颗卫星,但实际发射数量有限的原因之一。

  2万多颗卫星以及马斯克的5万多颗卫星,都存在变成太空垃圾的风险。卫星碰撞的风险虽然可以通过地面分析和预警来降低,但卫星失效后变成垃圾的问题仍然严峻。未来可能需要专门发射卫星来清除太空垃圾,控制太空垃圾的增长。

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