类似「星链」的低轨通信卫星网发展前景如何,如何看待互联网公司参与低轨宽带互联网星座建设?
2022-08-09
来源:知乎 邓晨啸 电子技术应用
其实不用看发展前景,因为没前景也必须全力发展。
目前卫星的轨道和频段都是非常稀缺的资源,占一块就少一块,具有深远的价值空间和战略意义,在当前的国际竞争和经济形势下,航天是绝对的必争之地。
预计到2029年时近地轨道将部署57000颗卫星,如果按当前的发展速度来看漂亮国要吃掉87.7%的份额,就像我们要造CV提高在太平洋的话语权一样,太空争夺是必然的发展趋势。
现在国内组网数量30颗以上的项目已经有10个,总规划卫星数2600+,虽然目前看起来规模跟space X相差还很大,而且实际上还没发射几颗,但在类似这样的地狱难度下兔子已经创造过无数奇迹了,所以还是非常值得期待的。
一、通信卫星的未来——6G
全球卫星通信的发展经历了与地面网络竞争、补充、融合三个阶段。
竞争——
1980-2000年,以摩托罗拉“铱星”为代表的多个星座计划实施,提供话音、数据等服务,当时全产业吸引了数百亿美金投资可谓红极一时,但带宽2.4k/s成本还超高,公司开了4个月,卒。
补充——
2000-2014年,“新铱星”卫星系统上天,这次他们学聪明了,定位是地面系统的补充,后来大家所了解的铱星系统其实都是指的这批二代铱星。
融合——
2015年以后,space X的巨大成本优势也打开了卫星互联网新的想象空间,星链将作为通讯网络中的核心组成部分出现。
在第二届“全球6G技术大会”上专家普遍预测,6G技术预计会在2030年左右商用,其中空天地一体化是革命性进步。
虽然6G的基本范式和关键应用场景尚未确定,但有愿景认为6G应该实现“无处不在的无线智能”,在空天地一体化的三维网络覆盖范围内实现智能的、无处不在的无线连接,达到每秒Tb量级的数据传输速率,以及亚毫秒级的时延。
卫星在这套体系中主要承担偏远地区覆盖、移动载体覆盖、调度、定位等职责
二、困难和问题
成本&模式——
卫星互联网属于重资产建设,前期研发投入巨大回收周期又长,目前基本都是国家投资国家使用,难以有效盈利。而且目前正处于技术井喷阶段,新技术迭代超快,卫星发射成本又巨高,搞不好刚发上去没用多久的卫星又面临淘汰,这各种各样的不确定性制约了卫星互联网的发展。
当然也有曲线救国的方法,比如咱们也来一发可回收火箭一箭143星。
监管——
国际电信联盟《无线电规则》中规定,除了卫星广播业务,任何国家建设的卫星网络都可以覆盖全球,而目前的地轨卫星数量多、体积小、质量轻、移动快,隐蔽性强,现有的卫星监测技术极难定位和监控,是国家安全的重大隐患。
网络安全——
受限于成本,目前主要在发展的小型卫星都会尽量节省载荷,使用软件来实现远程的在轨编程,而如果要确保这一过程的安全性,那么网络安全的成本甚至要超过卫星本身的价值,这就导致卫星的网络安全保障实际上非常薄弱,这里还有很大待改善的空间。
缺少有效载荷——
高性能数据计算与信息处理功能要求星在计算机处理器至少达到5TB,光口数不少于4路10Gbps,切换时间不长于90ms,再加上太空拓扑结构不断变化,这里的难度也非常大。
维护成本&太空垃圾——
卫星的回收、维修、更换想想就知道是个很麻烦的事,低轨卫星一般寿命不超过5年,出现故障的话一般就直接丢弃形成轨道碎片,2018年时美国国防部与航天局建立的太空监视网公开数据显示,目前近地轨道中有19000多个物体,其中卫星只有2000个,可想而知未来如果不解决这个问题文星的发射空间也是非常受影响的。
三、互联网公司加入带来的变化
成熟的互联网公司能在技术上对卫星互联网带来极大助益。
云计算——
人人都知道发射卫星成本高,那么将天基运算转到云端就是目前最理想的解决方案,卫星只负责获取和传输,云负责处理、调度、存储、维护等,即可实现巨大的降本提效。
目前华为云已经深度参与在航天领域,关联项目有四维地球、EI集群服务器等,就不具体展开了。
人工智能——
人工智能在卫星测控过程中的应用程度可以分为三个层次。
1.辅助分析层次,人工智能从茫茫数海中找到重要信息提供给我们来做决策,通过不断优化来提升对数据的鉴别能力;
2.辅助决策层次,在卫星资源规划和调度方面,人工智能可以结合历史调度记录,通过算法,帮助我们在新场景下快速有效的制定不同策略(如效率优先、用户优先等);
3.自主决策层次,在这一层次卫星被允许自主完成观察、定向、决策、行动的循环,目前比较简单的任务已经可以完全自主智能化实现。
区块链——
想不到吧,这里也能蹭orz。
首先,卫星也可以是节点,尤其是在覆盖欠发达地区时可以发挥很好的效能,覆盖人越多共识就越强嘛。
其次,如果将天基载荷加入到相对比较成熟的链上运行,可以通过三重签名方案等方式加强资产的安全性。
当然能展开的还有很多很多,这里就不举例了,我相信总有聪明人能编出新故事。
目前NASA和ESA都有动作表示在探索区块链与卫星互联网的结合应用,是一块比较新的应用领域,但我觉得有精力研究这个还不如好好搞搞运载火箭。
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