岂能让星链得逞,卫星互联网:大国安全及抢占轨道资源的需要

大嘴聊科技 2023-04-13 12:14:04

(报告来源:慧博智能投研)

卫星互联网是基于卫星通信的互联网,通过发射一定数量的卫星形成规模组网,从而辐射全球,构建具备实时信息处理的大卫星系统,是一种能够完成向地面和空中终端提供宽带互联网接入等通信服务的新型网络,具有广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点。卫星互联网是继有线互联、无线互联之后的第三代互联网基础设施革命,已被纳入我国新基建的范畴。

1.政策驱动

2016 年 4 月 24 日首个“中国航天日”:“勇攀科技高峰,谱写中国航天事业新篇章”“探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国,是我们不懈追求的航天梦”;2016 年 12 月 27 日,《2016 中国的航天》白皮书发表,首次在白皮书提出“航天强国”发展愿景;2022 年 1 月 28 日,《2021 中国的航天》白皮书发布,报告指出未来 5 年中国将开启全面建设航天强国新征程;党的二十大报告中对加快建设航天强国作出重要战略部署,为我国航天科技实现高水平自立自强指明了前进方向,或将促进航天产业链进入快速发展期;《中国网信》2022 年第 10 期,中国航天科技集团将始终坚持以国为重、坚持强军首责,全面推进数字航天建设,在航天强国、网络强国、数字中国建设的伟大实践中勇挑重任、踔厉奋发。

2.商业驱动

商业需求巨大,各国逐渐布局卫星互联网,卫星市场或将进入爆发期。卫星互联网是基于卫星通信的互联网,通过在低轨道部署一定数量的卫星形成规模组网,为全球提供宽带互联网接入等通信服务。相对于传统地面通信网络而言,卫星互联网可以有限克服地形及地球曲率的影响,并且可以通过增加卫星数量来提高系统容量,在全球通信和互联网接入、5G、物联网、太空军事能力应用等方面极具潜力,得到了各大国的广泛关注。根据统计目前已经有多个国家已逐步开展多个卫星互联网星座部署。

3.大国安全及抢占轨道资源的需要

大国安全与轨道频段资源紧缺双重压力下,星网集团成立或将加速卫星互联网的落地。SpaceX 的星链计划预计投放 4.2 万颗星链卫星,约占星链卫星需要的近地太空轨道的 70%;在频率资源上,SpaceX的“星链”所占用的频率就分布在 Ku、Ka 这两个黄金频段上,根据国际电信联盟(ITU)规定,在轨道资源上采取“先占先得”的规则,必然带来中国卫星互联网的兴起。“星链”首次在俄乌冲突应用体现了低轨卫星互联网的战略价值,SpaceX 随即提出“星盾”计划,标志着低轨卫星互联网正式迈向军工市场,参考北斗系统搭建,中国建设自己的低轨卫星互联网迫在眉睫。受益于星网集团的成立,必然带来低轨卫星互联网的迅速爆发。

轨道和频谱不可再生,“先占永得”,极具战略价值。太空轨道与通信频谱是有限的资源,全球遵循的是“先登先占、先占永得”的规则;根据中国信通院 2021 年 6 月发布的《6G 总体愿景与潜在关键技术白皮书》测算,近地轨道卫星总容量约为 10 万颗,仅 SpaceX 的 Starlink 申请 4.2 万颗占据 42%(累计发射4001 颗,截止 2023.03.10 日数据),空间资源极为紧缺。在 SpaceX 之后各国相继发布了规模不一的低轨星座计划,以应对低轨空间与频谱争夺战。

卫星频率和轨道资源抢占已落后,亟待追赶

卫星系统需要经过国际申报—国际协调—国际登记的流程,才能被写入国际频率登记总表,得到国际认可与保护。在轨道资源方面:我国在轨卫星数量与美国相比仍有较大差距。航天器之间需要保持安全距离以避免碰撞,因此尽管太空广阔,可用的轨道却是有限的。截至 2022 年底,全球在轨航天器数量达到 7,218 个,其中美国 4731 个(占全球总数的 65.5%),是中国在轨航天器数量(704 个)的 6.7 倍。美国低轨和中高轨通信卫星数量遥遥领先,尤其是具有低时延、发射成本低等优势的近地轨道卫星,形势更加严峻。

在频率方面:经过多年发展,优质频段都已被瓜分殆尽。较低频率的 L、S、C 频段资源几乎殆尽,Ku、Ka 频段是地球静止轨道宽带卫星的主用频段正在被大量使用,目前巨头企业已提前布局 Q/V 频段。频谱资源与空间资源是卫星互联网发展绕不开的两个必备要素,优质频率资源的缺失也将限制通信星座的通信带宽,使得通信卫星星座的实际效能受到严重影响。

7 年限期推动全球卫星发射进程。为了避免了只申报不发射的“纸卫星”的产生,ITU 要求各国主管部门在卫星频轨资源登记后的 7 年内,发射卫星启用所申报的资源,否则所申报的资源自动失效。这一约定使得各方不得不加快卫星发射进程,中国星网的建设也将在这一条款的约束下驶向快车道。

近地轨道逐渐拥挤对航天活动造成重大威胁,不容忽视

提前占据轨道有利于保证本国火箭发射任务的成功进行。运载火箭需要在一个合适的时间段进行发射,称为“发射窗口”,发射窗口受地球自转、天气情况等众多因素影响。当下我国 4 大卫星发射基地的年发射窗口次数也较为有限,若未来低轨道被外国卫星大量占据,则未来每次航天发射都需要预先同外国卫星协调进行避让,想要寻找安全的发射时间窗口会越来越困难;我国正常的航天活动也将受到极大影响,若在战时敌国进行外太空层面的空域封锁将对战略导弹打击能力进行封杀,将严重威胁国家安全。

目前在环地轨道上 600 公里以下的物体约为 6100 个(NASA2022 年 2 月数据,包括卫星和太空垃圾),而 SpaceX 的星链计划第二代将使其增加五倍。这相当于在近地轨道制造一座屏障,迫使其他想要发射火箭的国家与 SpaceX 进行谈判协调,如果在战时,就可以对别国实施“太空封锁”。提前占据轨道有利于防止本国航天器与别国发生碰撞,确保航天器安全运行。随着轨道的逐渐拥挤,航天器间发生碰撞的概率会增大,甚至引发连锁反应,导致大量空间物被毁。Starlink 卫星就曾两度接近中国空间站,使得中国空间站实施主动规避。利用本国卫星占据轨道,有利于防止他国航天器威胁本国航天器的安全。

4.发射能力提升的需要

俄乌冲突与发射能力提升双重利好卫星互联网发展。2021 年 4 月 28 日,中国星网成立,通过整合我国航天产业链资源及民间资本,或将推动我国卫星互联网进入快速发展阶段。考虑到俄乌冲突中星链的应用,或将迫使中国星网加速其工程建设进度。我国航天发射能力不断提升,2018 到 2022 年,中国航天全年发射次数分别为 39、34、55 与 64,整体发射能力在不断提升。2022 年 7 月 6 日,我国首个商业航天发射场在海南文昌正式开工,或将继续提升我国航天发射能力。受益于航天产业链的快速发展,运载能力提升,中国星网也将有能力提速卫星互联网的落地过程。

5.空天一体化网络驱动

空天一体化网络或将赋予卫星互联网更加广泛的应用前景。星网驱动卫星互联网或将作为空天一体化网络新基建,完成天基、地基、空基与海基等多维度信息融合,为用户提供全空域与全时域网络通信服务,促进我国数据经济快速发展。参考卫星导航系统在军民领域的应用,空天一体化网络或将完成信息化大一统,在特种领域、全球通信、物联网、抗震救灾、能源交通与金融领域领域均有广泛用途。

6.民营航天力量发展的需要

民营航天力量对于我国商业航天发展和卫星互联网建设至关重要,民营力量对于商业航天发射所需要的低成本、大规模、快速迭代、充分竞争等要素有着天生的敏锐性与适应能力,并且能在资本的加持下获得快速的成长。我国第一批商业航天企业起步于 2014 年,经过 8 年发展已经逐渐成长出星河动力、银河航天等优秀的民营商业航天公司,民营力量全面渗透到运载火箭、火箭发动机、卫星总体以及上下游配套等各个环节,对国有力量形成有力的补充。

资本快速进入商业航天市场,加速产业发展。自 2014 年起商业航天得到政策支持,2014-2021 航天领域相关企业创立数量爆发式增长,相关数据显示,截至 2021 年我国共有航天相关企业 9.5 万家;同时,商业航天领域投融资活跃,泰伯智库研究显示 2014-2022 年商业航天领域融资总额达 457 亿元。

民营企业发展迎来拐点,逐步成为卫星互联网产业的重要力量。民营银河航天中标星网卫星项目、星河动力连续多次成功发射入轨、蓝箭航天首台大推力液氧甲烷发动机挑战入轨均显示出民营航天力量即将迎来产业拐点,为中国星网建设提供新的选择。

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精选报告来源:

文库-远瞻智库

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