衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的“千星計(jì)劃”

各國各公司近來在太空上的動(dòng)作都不少，也已經(jīng)開始在軌道上開疆?dāng)U土，比如剛發(fā)射的星際客船等。但這其中，不少公司都開始規(guī)劃非地球同步軌道的衛(wèi)星星座，欲從太空向地面提供可靠的全球網(wǎng)絡(luò)通信。

從方向上來看，這些衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)服務(wù)選用的策略不盡相同，甚至還有大部分廠商在探索階段，比如是選用低軌還是中規(guī)，極地軌道或是傾斜地球同步軌道，以及星座衛(wèi)星總數(shù)是上千顆、數(shù)十顆或數(shù)百顆等等。其次，衛(wèi)星提供的最大速率并不是每個(gè)人都能享受到的，其平均速率決定了每個(gè)衛(wèi)星的利用率。

在現(xiàn)有的星座計(jì)劃中，一共有4家公司突破了千星，分別是Telesat、OneWeb、SpaceX和亞馬遜。我們以這四家公司的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星座系統(tǒng)為例，討論一下搭建衛(wèi)星通信系統(tǒng)的趨勢。

Telesat的光速“Lightspeed”

在向美國監(jiān)管部門的申請中，Telesat將其298顆的衛(wèi)星數(shù)目提高了近5倍，計(jì)劃最終實(shí)現(xiàn)1671顆衛(wèi)星在軌。2021年，Telesat宣布，從泰雷茲阿萊尼亞宇航公司采購298顆地軌衛(wèi)星，用于打造其一期Lightspeed衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)服務(wù)所需的星座。
這298顆衛(wèi)星選取了兩個(gè)軌道，分別是6個(gè)極地軌道面的78顆衛(wèi)星，和20個(gè)傾斜軌道面的220顆衛(wèi)星，前者覆蓋極地面，后者覆蓋全球范圍內(nèi)的大部分地區(qū)。隨后通過提升軌道面數(shù)的方式，最終實(shí)現(xiàn)1671顆低軌衛(wèi)星星座。

在這298顆衛(wèi)星的支持下，Lightspeed初期網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)7.52Tbps的最大吞吐量，這都多虧了雙網(wǎng)關(guān)天線連接和低仰角的設(shè)計(jì)，加上衛(wèi)星間20Gbps的鏈路（軌道面內(nèi)和跨軌道面），也因此將衛(wèi)星利用率成功提升至73.4%的高度。

不過用于成本提升和供應(yīng)短缺導(dǎo)致一再延期的原因，這家加拿大公司最終只買到了188顆地軌衛(wèi)星，很明顯，其網(wǎng)絡(luò)吞吐量勢必會(huì)大打折扣。

英國政府從破產(chǎn)中救下的OneWeb

都說搞航天航空不賺錢，一不小心就會(huì)破產(chǎn)，這點(diǎn)已經(jīng)在OneWeb上應(yīng)驗(yàn)過一次了。在2020年申請破產(chǎn)后，重新獲得了10億美元的注資，包括英國政府提供的5億美元。

OneWeb的星座計(jì)劃野心不小，原本的計(jì)劃中，OneWeb計(jì)劃在1期發(fā)射950顆衛(wèi)星，2期向低軌送入48000多顆衛(wèi)星，但經(jīng)歷了資金不足和破產(chǎn)后，OneWeb也清楚地知道自己這個(gè)牛有點(diǎn)吹過頭了，將目標(biāo)分別改成了648顆和6372顆。
與此同時(shí)，由于其衛(wèi)星設(shè)計(jì)缺乏靈活性，OneWeb的一期星座最高只能實(shí)現(xiàn)1.44Tbps的總吞吐量，更不用說還不支持衛(wèi)星間鏈路。不過如果OneWeb真的成功將近6400多顆衛(wèi)星成功送上天的話，倒也的確能夠靠數(shù)量取勝，實(shí)現(xiàn)30Tbps以上的總吞吐量，不過衛(wèi)星的利用率就不要奢望有多高了。更何況OneWeb的一期計(jì)劃也才進(jìn)行了三分之二而已，以每次30多顆衛(wèi)星的發(fā)射頻率，還需要上百次發(fā)射才能最終組成這個(gè)龐大的星座。

坐擁最火爆衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的SpaceX

SpaceX的星鏈大家也都不陌生了，星鏈的發(fā)射計(jì)劃雖然不像OneWeb那么多，卻也是這四家中排名第二的了。更重要的是，星鏈所占軌道面更多一些，最終將達(dá)到190個(gè)，所以相對其它公司的衛(wèi)星星座來說要更為密集一些。

目前在軌的2300多顆星鏈衛(wèi)星尚未支持衛(wèi)星間鏈路，所以在吞吐量上星鏈毫無優(yōu)勢，也只是憑借數(shù)量提高到了10Tbps以上。不過在星鏈的最終計(jì)劃中，衛(wèi)星間鏈路是必須支持的，這樣才將總吞吐量提升至27.2Tbps左右。事實(shí)上也有不少用戶觀測到了SpaceX已經(jīng)開始了相關(guān)的模擬，只不過這些模擬還是僅限于軌道面內(nèi)的星間鏈路而已。
但要說到業(yè)務(wù)開展的進(jìn)度，星鏈確實(shí)已經(jīng)領(lǐng)先剩余三家一大截了。目前星鏈已經(jīng)覆蓋了北美、歐洲的大部分地區(qū)，擁有了25萬名以上的用戶。近期SpaceX還憑借向?yàn)蹩颂m供應(yīng)星鏈接收器炒作了一波，更何況自己擁有發(fā)射業(yè)務(wù)的SpaceX在發(fā)射頻率上絲毫不用擔(dān)心，一切都在按著計(jì)劃走。

“豪門”亞馬遜的Kuiper計(jì)劃

要想比燒錢，能比贏SpaceX的確實(shí)也只有亞馬遜了。亞馬遜一共打算發(fā)射3236顆低軌衛(wèi)星，由于自己沒有發(fā)射能力，便與三家航空公司簽署了數(shù)十億美元的發(fā)射合同，打造Kuiper衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。

雖然衛(wèi)星發(fā)射數(shù)目不算多，但由于Kuiper星座支持衛(wèi)星間鏈路和雙網(wǎng)關(guān)連接，實(shí)現(xiàn)了這四者中最高的吞吐量，一期就能達(dá)到12.5Tbps，全部建設(shè)完成后更是能達(dá)到53.4Tbps。不過之所以能實(shí)現(xiàn)這么高的吞吐量，也是因?yàn)閬嗰R遜在地面下了血本，其地面站需要4000個(gè)網(wǎng)關(guān)天線。

此外，亞馬遜也是這四家中唯一一個(gè)沒有極地軌道衛(wèi)星的，雖然其他公司在該軌道的衛(wèi)星數(shù)也不多，但亞馬遜看來是直接放棄了為這有限的區(qū)域提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

結(jié)語

中國同樣在部署相關(guān)的星座計(jì)劃，比如航天科技集團(tuán)的“鴻雁”，以及航天科工集團(tuán)的“虹云”等。2018年，航天科技集團(tuán)宣布“鴻雁”一期將發(fā)射60顆衛(wèi)星，計(jì)劃2022年組網(wǎng)運(yùn)營，二期再發(fā)射數(shù)百顆衛(wèi)星，預(yù)計(jì)2025年建成。不過根據(jù)參與建設(shè)的中國東方紅衛(wèi)星股份有限公司表示，“鴻雁”星座的原計(jì)劃將出現(xiàn)重大變化?？梢娙缃裨诎l(fā)射活動(dòng)頻繁，低軌衛(wèi)星即將遍布全球之際，相關(guān)的挑戰(zhàn)和調(diào)整都已經(jīng)出現(xiàn)。

不過即便搞好了衛(wèi)星星座建設(shè)，還不是真正意義上的天地互通，天基互聯(lián)網(wǎng)離不開地面基建，因此地面衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)同樣重要，下一期我們就來聊聊衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下的半導(dǎo)體生態(tài)。