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银河航天通信技术专家王鹏:卫星互联网和5G可互补,实现星地融合的网络

[摘要]我国在卫星互联网建设中仍有需要突破的地方,从商业角度出发,卫星互联网技术需不断迭代,完成批量生产降低成本的需求,以此形成可持续的商业网络。

腾讯科技讯 如今信息化的发展正在全方位的改变社会面貌,也在催生全新的生活方式,网络对于每一个人的生活影响不言而喻。但尽管如此,根据相关数据显示,目前全球仍约有35亿人不能上网,7亿人没有通信服务。

虽然如今地面网络发达,但许多特定场景下靠地面网络覆盖代价太大,难以收回成本,因此将“基站”布设到近地太空成了一个选择,各国也将卫星互联网建设上升为国家战略。去年4月,卫星互联网首次作为重要的信息基础设施被纳入国家“新基建”政策支持的重点方向,我国低轨卫星互联网发展迎来了重大发展机遇,那么低轨宽带卫星互联网如何实现?

2月2日,腾讯新闻「空天计划」推出的《星空对话》栏目第五期邀请到了青年科技工作者、科普达人彭天放线上对话银河航天通信技术专家王鹏,为大家解读卫星互联网技术背后的奥秘。

王鹏表示,早期的卫星互联网技术主要应用在军事领域,但随着技术的发展和进步,卫星互联网已逐步应用在民事领域中。作为我国的新基建,5G建设过程中积累的经验和技术也能被卫星互联网借鉴,成为它发展的一大助力。对于卫星互联网的发展现状,王鹏认为,我国在卫星互联网建设中仍有需要突破的地方,从商业角度出发,卫星互联网技术需不断迭代,完成批量生产降低成本的需求,以此形成可持续的商业网络。

以下为本期的直播对话实录:

彭天放:大家好,欢迎进入腾讯新闻空天计划推出的《星空对话》栏目的直播间。我是本期对话栏目的主持人彭天放,非常感谢大家能够准时收看我们的直播对话。

今天我们来聊一聊航天领域炙手可热的卫星互联网技术。随着航天技术的发展,各个国家都将卫星互联网上升为国家发展的重要战略,在去年4月,我国卫星互联网技术首次作为重要的信息基础设施被纳入了我国的新基建政策。我国卫星互联网产业的发展也因此迎来了一个重大的发展机遇。我们都非常关注在这个机遇背后所代表的战略意义和商业价值。

今天我们邀请到了中国非常著名的商业航天企业——银河航天通信的技术专家王鹏老师,我们一起来探讨卫星互联网产业到底能够为我们的生活带来哪些便利、有哪些商业价值、以及我们国家在这个领域将来有着怎样的发展,也欢迎各位网友在我们直播间留言和我们一起探讨。

我提前准备了一些问题,也是咱们很多观众朋友关心和好奇的问题,我会跟王鹏老师做简单的探讨。第一个问题:什么是卫星互联网?它可以做什么?它未来能够给我们的生活带来哪些方面的便利性?

王鹏:大家现在对互联网已经非常熟悉了,经过几十年的发展,互联网已经给大家的生活和工作都带来极大的便利。

事实上,从全球范围内来看,整个互联网仍存在一个巨大的鸿沟,我们其实需要一种新的接入手段来实现更加广泛的覆盖。在全球的范围内,其实还有差不多80%的区域是没有网络覆盖的,包括海洋的大部分区域、偏远地区或者一些欠发达的地区。从另一个层面来说,世界上有大概50%的人口现在仍无法上网,比如说在非洲的一些地区和“一带一路”的沿线国家,这种现象依然存在。

我们知道一方面在偏远地区或者不够发达的地区,它的基础设施建设往往比较薄弱,如果在那里大规模建设网络的基础设施,投入也非常巨大,同时与投入产出比是一个严重失衡的状态。在这些区域,我们如果用卫星通信为这些区域和人口提供网络的连接,这其实是一种低成本、高效的手段。另一方面,海域、空域这些范围内无法依靠地面网络联网,往往这种时候卫星互联网是唯一的技术手段。

事实上,除了能够帮助我们去解决全球范围内的用网难题之外,卫星互联网整个产业链条上有很多环节,比如说卫星的制造、卫星的发射、地面的卫星通信设备,包括卫星的运营等环节。这些环节共同为整个卫星互联网服务,因为卫星互联网不仅可以成为5G到6G时代,全球范围解决网络覆盖的一个重要方案,因为它在产业链条上有非常多的环节,可以为航天通信服务,也是互联网产业融合发展的重要趋势,这就是卫星互联网能做些什么。

刚才主持人您也问到,它给我们的生活带来哪些方面的便利性?有些朋友认为卫星很神秘。最早的卫星更多是用在军事用途上,随着发展和进步,卫星越来越多的被应用到民用的领域中。

从卫星通信的角度来说,我们知道卫星互联网可以解决上网的难题。举个例子,去年夏天银河航天团队依托银河航天首发星到了一个偏远的山区——四川的北川,在那里做了低轨宽带通信卫星的实验,也印证了我们可以利用低轨卫星互联网来解决山区孩子上网难的问题。同时,我们在飞机上、远洋的油轮上,可以依托卫星互联网来解决网络访问的需要。

2018年,中国差不多有4000架民航客机,机载通信仍处于起步的阶段。今天我们有超过90%的客机后舱是没有网络覆盖的,但卫星互联网可以帮助大家在天上的旅途中依然可以访问到网络。无论从工作上还是生活上,都给我们带来许多便利。从这些方面来说,卫星互联网最终会给老百姓的生活带来很大的不同。

彭天放:我总结出来两个特点,卫星互联网的一个特点是在覆盖的效率上非常高,一颗卫星能够覆盖很大的范围,不像传统的通信基站,4G基站覆盖方圆5-10公里的半径。5G更小一点,方圆500米到两公里的范围,这是它的第一个特点——范围很广,山区、偏远山区、海洋都能够覆盖到。第二个特点是它的网速相对比较快,对比以前的卫星通信网络有很大的进步,甚至能够跟现在的5G网络相媲美。那么今天的卫星互联网主要解决了什么问题?

王鹏:您刚才提到了两方面的概念,一个是网速,卫星互联网可以达到比较高的网速,我们可以和地面的网络,甚至今天的5G网络速度相媲美。另一个层面,从覆盖的效能来说它是高效率,高效率也是多个层面,卫星天然有广覆盖的优势,我用一个相对低成本而又高效率的方式完成一个相对广阔区域的覆盖。另外一个层面从部署的快捷性上来说,因为是依托天上的卫星,可以用很短的时间在某一个区域形成网络的服务能力,这是另外一个层面的高效。

从这几个方面来说,在以前学习通信的时候,大家会说通信的一个终极目标是什么?有一种说法是希望在任何地点、任何时间,用任何方式去和任何人取得通信,这是通信的终极目标。卫星互联网的这些特性恰恰可以帮助我们去达成这一终极目标。刚才说的地域上覆盖的有效性可以帮助我们在任何地点获取网络连接,能够接入缤纷的网络世界。从部署的快捷性、有效性来说,可以帮助我们在任何时间迅速地接入网络,当我们想用任何方式去和人通信,需要足够的带宽才能够支撑。

以前在低速网络当中,可以用语音、文字和别人沟通。当带宽达到一定程度后,可以用高清的视频,甚至其他技术手段取得通信的效果。卫星互联网可以帮助达成刚才所说的我们对通信的终极想象。如果说到具体的解决问题,依托刚才的逻辑,在沙漠中、森林中、在海上,今天的网络设施无法达到,如果有了卫星互联网可以帮助大家在这些区域获得一个很好的通信体验。

彭天放:谢谢王鹏老师。我们听到王鹏老师的讲解,我的理解是现在卫星互联网技术确实在沙漠、偏远地区、海洋、农田,甚至客机等各种场景下都有广阔的应用。现在它的技术肯定是已经进入了商业化的阶段,我们国家卫星互联网的市场发展处于什么样的阶段?中国卫星互联网市场的规模是怎么样的?近些年有哪些比较关键的技术进展和突破点?

王鹏:说到卫星互联网,刚才提到了的有高速的特性,应该看宽带的通卫星,尤其是低轨宽带通信卫星的进展情况。比较有代表性的,在2018年的12月份,航天科技和航天科工先后发射了自己的低轨宽带卫星的实验星,去年1月份银河航天成功发射了第一颗低轨宽带卫星,这是银河的第一颗。它其实有多个第一在里面,首先它是全球第一颗使用了Q/V/Ka频段的低轨航天通信卫星,它也是现在我国通信能力最强的一颗低轨宽带卫星。

从去年1月份发射,到现在差不多一年多的时间内,依托银河航天首发星做了一系列的通信实验和场景验证。实验的结果表明,我们的单星通信能力是达到了国际领先水平。您提到我们的发展阶段处于什么样的阶段?以及我们近期需要突破的点。如果我们做一个基于低轨通信卫星的卫星互联网,意味着我需要有相当数量的卫星来构建这个星座,这对于卫星的低成本和批量化生产的能力是一个很关键的因素。

从发展过程来说,以银河航天为例,传统上做卫星是一颗星一颗星的去制作,有可能会去做一些小批量的制造。我们为了去构建大型的低轨星座,必须要有大规模批量化生产的能力。我们在西安已经建成我们载荷的生产线,具备年产30套载荷的能力。我们同时在上海总装批产也可以具备到年产30颗,落地了银河超级卫星工厂,今年年底可以达到年产百颗的批量能力,之后会向年产500颗进发,这是从批量化生产的角度来说。

谈到市场规模,根据现有数据的测算,从两个层面来说:第一从5G产业来看,卫星互联网会和地面网络做成一个天地融合的超级系统。从5G的产业规模我们知道,2025年我国的5G产业规模会达到3万亿,2030年会达到6万亿,带动相关的产业可能会更大,甚至到10万亿的规模。未来的卫星会作为一个有效的解决方案和地面网络共同打造天地融合的5G网,这是从大的天地融合的网络层面来看这个市场。

从卫星通信本身,研究表明在2018年,全球航天产业规模大概是4000亿美元,卫星的产业规模是3000亿左右,卫星通信的产业规模是在1200亿的水平上。我们可以看到,卫星互联网的发展市场规模是非常广阔的。

彭天放:王鹏老师提到,现在一个很重要的技术突破点,我们发射了第一颗采用Q/V/Ka这个波段的卫星。我相信很多观众朋友对波段的专有名词不是很熟悉,能不能详细讲讲为什么这个波段属于很先进的技术,横向对比,跟过去采用的卫星通信波段,和4G、5G网络的无线电的波段比是什么水平?

王鹏:举例来说,我们国家正在大力做5G的网络建设,在5G的使用频段当中会把它分成两类:一类叫Sub-6G,也就是6G以下的频率,被称为Sub-6。还有一个是毫米波频段,在更高的频段,所谓的毫米波就是信号的波长在毫米,20多G,30多G,类似这样的频段,还有使用更高的。

我国今天5G的部署基本在用Sub-6的频段、3.5G左右的频段、2.6G左右的频段,或者4.9G。刚才说到银河航天首发星用Q/V/Ka,Q频段和V频段基本是在40GHz、50GHz的水平线上,Ka在30GHz为左右,当然也会用到20GHz左右的频段。可以看到我们使用了相对高频的频谱资源,它的好处是当频段越高,意味着可用的带宽越大,可用带宽越大,大家可以理解为能修出的路更宽,修出的路更宽跑的车、走的人更多,意味着信息的吞吐速率更大。

回到卫星行业本身,传统的卫星也是从相对较低的频段用起,比较低的几个G或者十几个G的频段,为什么要慢慢往更高频段走?这里有几个原因:第一,经过几十年的发展,较低频段的资源相对比较拥挤一些,因为已经被占用,没法在低频段再去做更大的新的系统设计;再一个,当使用高频段时会有机会做更高的速率、更大的带宽,我需要有高速来满足和承载更多不同的通信应用需求,用更高的频段是卫星互联网的一个发展趋势。

彭天放:我们继续到下一个问题,了解宽频段能够带来的高速通信优势之后,我们知道国外也有很多跟我们国家相竞争的卫星互联网的计划,其中最著名的就是SpaceX太空探索技术公司的“星链计划”。它表示可以在全球范围内提供成本比较低的卫星互联网的服务,现在在一些地区已经开始做了早期的试用。

第一,它这个计划大概发展到了什么程度?发展到了什么技术水平?第二,我们也注意到美国的MIT杂志评选了2020年十个最不被看好的技术,其中星链计划也被纳入其中。为什么呢?因为它给整个太空带来了很多太空垃圾。去年美国国家航天局NASA收到很多天文家联名给SpaceX写的信,信中表示星链计划干扰了地面很多航空观测,包括对未来航天发射造成一些困难。它目前发展到什么阶段?以及是否会造成许多太空垃圾,这个您怎么看?

王鹏:SpaceX的星链项目其实是目前非常著名的一个低轨卫星互联网项目,它发展的阶段,截止到上个月24号,已经累计发射1025颗星链卫星在低轨轨道上。它依托上千颗卫星已经开始了卫星互联网公开测试,已经有用户可以申请到它的终端设备尝试通过卫星连接到互联网做体验,已经开始进入到公开测试的阶段。它也在逐渐发更多的卫星,它的计划其实是会超过1000颗的数量,而且会向着商业化的道路迈进。

您刚才说的另一个问题,如果发射量非常大的话,是否会造成太空垃圾?这个问题挺重要的,而且确实引起了大家的关注。如果在设计这个卫星系统的时候,其实是有技术手段避免卫星在失效后成为太空垃圾。举个例子,银河航天首发星带了电推进的系统,它可以帮助卫星调节它的轨道和位置。之所以用电推进是因为电推进本身是一个非常好的技术,它比传统用化学能推进的效率高出3倍以上。一方面帮助我们大幅降低卫星的重量,如果在卫星服务的末期,还可以利用推进系统帮助卫星慢慢的去实现卫星的主动离轨,避免卫星最终在失效后依然漂泊在太空中形成太空垃圾,因此可以用这样的技术手段避免太空垃圾。

彭天放:为了避免太空垃圾的问题,其实很重要的一个手段是让卫星能够在设计之初就有序的规划好它的寿命,在它寿命结束之前能够退出相应的轨道,进入到大气层焚毁或者回收这样一个过程。您提到的电推进是现在卫星互联网,特别是低轨卫星很重要的技术革新。我们知道在20世纪80年代末有公司提出过当时的卫星互联网计划,比较著名的是铱星计划,当时这个计划在商业上很著名,可以说是一个失败的案例。它发展到今天,又过了30年的时间,通过一个特别庞大的卫星网络对整个地球进行覆盖,提供通信服务的设想,我们看30年前跟今天在大的设想上没有什么变化,从过去的失败,到现在的复活,再到今天成为关注的热点。除了电推进这些技术之外,还有没有哪些关键的技术促进了这次的技术热点和进步呢?

王鹏:确实。您刚才提到之前铱星的计划,从技术本身来说,当时铱星这个计划是由一个非常先进的技术作为支撑来做这个网络,铱星的整个网络最终是完成了它的预期建设,但是最终从商业的角度来说它并没有达成最终成功。今天再来做卫星互联网和过去有什么样的不同?其实几十年已经过去了,今天卫星相关的技术其实已经有了突飞猛进的发展。

举例来说,二十多年前一颗卫星重量接近一吨,通信容量可能是几十兆的量级。银河首发星是一颗200多公斤的卫星,能够承载的通信能力其实是远高于铱星的能力。在实验的过程中,卫星是双向通信d饿,我在一个方向上是可以达到24Gbps的水平,远高于它的50Mbps,双向的话会double通信的能力。

过去二十年左右的时间力,卫星通信的能力已经上升了上千倍。同时,卫星性能也大幅提升,体积却大幅下降。我们可以类比一下,以前的卫星也许和老式计算机一样,它是一个庞然大物,处理能力是有限的。今天的计算机是很轻巧的一个笔记本或者是一个ipad,但是它的处理能力远超以前的老式机器,卫星的技术进步也是有着翻天覆地的变化,我们可以依托这些来构建咱们新型的卫星网络。

彭天放:这30年除了卫星本身的技术进步,也伴随着芯片、半导体一系列的变化。原来卫星的体积和同等质量下能够发挥出的功能得到了很多量级的提升,所以才使得今天有了这个卫星产业互联网的机会。我们知道国外有很多企业在往这个方向投资,国内有“国家队”,同时也有大量的企业在做这块的技术研发工作。在您看来整个卫星互联网是不是当前处于一个发展的风口?我们国家的5G网络建设是在全世界范围内很领先的,5G网络的建设和卫星互联网产业的发展有没有相互协同和相互促进的优势?我们国家在卫星互联网技术方面有没有发展的瓶颈?

王鹏:如您所说,咱们国家的5G,不管是技术水平还是网络建设的速度,今天在世界范围内都是领先的。5G在地面网络来说是新一代的网络技术,整个建设过程当中,我国也积累了相当多的经验,从一些基础的技术到系统的设计,包括产业链的逐步成熟。今天要建设一个卫星互联网的时候,我认为5G的建设过程中积累出来的这些经验和这些技术,一定可以为卫星互联网所借鉴。从这个角度来说,我认为会给我们的卫星互联网建设形成一个非常大的助力。

地面5G网络和卫星互联网,从它们传输距离或者要解决的问题来说,针对性的去解决各自领域的一些关键的技术问题。通俗的说,原理上是相通的,都是用电磁波作为载体来进行无线通信传输数据,只不过使用的频段有些不同,可能会针对性的去解决某些具体的技术的点。考虑到地面通信和卫星通信是各自有各自的特点,各自有各自的优势,所以在建设的时候也会有所偏重。

比如说5G的网络,刚才主持人您也提到,一个5G基站覆盖范围相对小一点,但是它可以承载比较高密度的宽带服务的能力。卫星通信它具有广覆盖的天然优势,可以在一个很广阔的范围内形成低成本的覆盖方案,同时可以按需调配自己的资源去做一些热点需求的宽带服务。卫星的互联网最终是可以和5G网络达成一个融合,来共同打造空天地一体化的网络服务能力。

目前发展的瓶颈是在一个网络建设的过程中,一定会有一系列的技术的课题,需要不断去攻关,不断去克服,只要大家都去真正踏踏实实去做事,把这些问题识别出来,一一去克服,咱们可以达成比较好的结果。

彭天放:听完您的介绍,按照我的理解,5G网络也好、卫星互联网也好,底层遵循的通信的相关技术是有共通性的,包括配套的器件,相关的产业链,也是有复用性的可能。在这个基础上,我们可不可以理解中国在5G建设方面的优势包括配套的很多企业能够提供的供应链的能力,也有利于促进国家卫星互联网相关的技术、产品的发展和进步?

王鹏:是这样的,卫星互联网也已经是在我国新基建的范围之内,和5G的技术一样,都是我国重点的产业方向,产业之间的融合和互相的支撑借鉴一定是会发生。

彭天放:我相信大家还很关注一个问题,我们知道卫星互联网特别是像星链计划,它号称要发射很多的卫星,最早说12000颗,在2024年之前想发射12000颗的卫星到天上。到目前,我印象中马斯克发了推特说可能要达到40000颗,具体的数字也在根据他们的规划不断更新。卫星互联网是不是一定要发射越多的卫星越好?

第二,卫星互联网主要还是集中在对于低轨道资源的竞争,200公里到1000公里左右的范围之内,这个范围之内先发射的会占据一些优势的轨道,优势的频段,发射晚一些的需要设计更复杂的轨道部署,需要选择一些难度更高的通信频段。为了赢得这场竞争,国际上对于轨道资源和频段资源的竞争也很激烈,未来我们可以做哪些方面的工作?

王鹏:您提出的第一个问题:是不是卫星越多越好?当我们在设计一个通信系统的时候,一定会有一个网络目标,设计一个如此庞大的网络,要去分析和使用各种资源,包括您刚才提到的轨道资源、频率资源等。我们可能会去看整个系统的投入量和产出,这是一个系统性的设计问题。

您刚才提到星链之前提出的数字是12000颗,后来又增加,这背后有一个逻辑。首先要达成全球的覆盖,接下来再进一步增强带宽,给用户带来更多的体验,同时我需要去识别我的用户分布在哪些区域,然后做针对性的设计。卫星的数量是不是越多越好?这是一个综合问题,不仅仅是技术上的问题,也是经济上的问题。

频率资源和轨道资源都是宝贵的资源,作为后进者需要做一些协调。之前通信卫星在建设系统的时候大家会遵循一定的规则,这个规则是大家共同去商议的,并且随着技术的变化,规则也会有一些迭代,一些调整,这一直在持续的发生。我们会注意到一些规则,同时也会在这些规则的基础之上去建立我们的竞争能力和优势。

我们应该突破哪些方面?一方面从资源的角度来说,咱们国家在建设卫星互联网,已经大力支持相关研究,调动各种资源去帮助研究人员。从技术的角度来说,如果要做成卫星互联网,要考虑成本,一方面是卫星通过低成本的技术,批量制造降低成本;另一方面,卫星互联网会给老百姓来用和各行各业使用,地面设备成本也是一个很重要的考量因素。我们要通过技术的迭代,通过制造业不断进步,把整个系统各个环节的成本降下来,提高技术稳定性,形成竞争优势。

之前提到铱星的时候,它在当时技术很先进,但是在商业上并不是那么成功,我们这次做卫星互联网,一定需要关注市场,关注企业的需求。卫星互联网作为新基建的一部分,它的变化非常快,尤其中国的商业卫星互联网还处于一个相对比较早期的阶段,整个行业对研发投入要有一些耐心。银河航天在研发上也有很大投入,一方面我们要做好自己的产品,把研发搞好;另一方面,我们要有意识的培育市场,构建整个产业体系。只有在供应链和生态体系能够形成闭环之后,行业的成本才可能真正的大幅下降,只有这样,我们才能真正地让卫星互联网形成可持续的商业网络。

彭天放:成本问题是卫星互联网未来发展的值得关注的重点,以前铱星计划造一颗好几吨重的卫星可能达到几亿美元的量级,但今天每一颗卫星,不管是体积、元器件价格,整体成本,以及发射成本都得到了很大的下降。您作为产业一线的工程师,对未来的下降还会有一个预期。现在不管是国内还是国外,造一颗通信卫星的成本是多少?如果要真正达到商业化,它需要下降到什么程度?

王鹏:当然是尽可能的低下去,这是两方面共同作用的结果。一方面技术的进步能够持续让它的成本下降;另外一方面,我们要能够从应用需求的角度,从产业生态的角度形成商业闭环,这个逻辑才是完整的,单纯地说任何一侧,都无法确定最终形成可持续的商业回报。具体来说,如果卫星的批量生产真正去按照我们的期待发展,成本就可以大幅度降低,具体的卫星型号,卫星配置是不一样的,也决定了最终的成本是有差异的。

彭天放:地面配套设备也是卫星将来网络部署成本非常重要的一部分,以后是不是每个人直接用手机连接Wi-Fi的模式就能连到卫星上呢?还是需要地面设备配合?

王鹏:我给大家介绍一下目前银河航天首发星的工作模式。天上有一颗低轨的宽带通信卫星,在地面上建设有星观站,可以理解为大型地面接收站。另一侧有一些卫星终端,这些卫星终端是用户要使用的设备。整体来说,通信过程中,星观站会连接到互联网上,当一颗卫星过境,这个卫星的信号可以覆盖到卫星终端,可以覆盖到星观站的时候,用户就可以通过接入的方式连接到卫星终端,通过卫星终端连接星观站,访问互联网。卫星终端侧可以用某种接入方式连进来,可以有多种选择,可以用Wi-Fi,现在手机上都有Wi-Fi,可以用Wi-Fi接入到卫星终端,达成网络访问。

我们还可以有多种不同的方式,也可以提供其他的有限的接口,让设备接入。可以把5G基站和网络结合起来,用卫星的链路在5G的基站和5G的核心网之间搭建一个桥梁,这样就形成了一个基于卫星的5G网络的回传,这个场景可以帮助地面的5G网络建设。目前5G网络需要很多光纤,连接多个地点,建立基站并形成覆盖。但有些地方没有办法使用光纤或成本极其高昂,卫星就可以把基站的所有数据做回传,从而解决这个问题,帮助地面网络的建设。

彭天放:卫星互联网能够在很多5G网络不可能搭建的地方发挥网络连通的作用,那么卫星互联网在未来有没有可能给上亿的用户提供服务?它跟5G网络是什么样的关系?有没有可能对现有的电信网络带来颠覆性的改变?或者未来会采用哪种相互合作的模式?

王鹏:卫星网络和地面网络各有各的特点和优势。我们认为最终会形成星地融合的网络,构建一个空天地海一体化覆盖的场景。5G之后是6G,在6G当中,卫星会有举足轻重的作用。当5G和卫星形成有机结合,之后我们会走到6G时代,会达成一个泛在的,就是无处不在的网络,一个无线的智能的世界。我们认为卫星互联网和5G网络最终会通过他们的互补和融合,带来一种全方位的网络体验。

彭天放:谈到整个卫星互联网的建设,我们非常关注我们国家的卫星互联网建设。中国的航天工业过去一直以国家投入为主,航天科工、航天科技在这方面有虹云、鸿雁这些卫星互联网计划。我们国家在近些年开始提倡民营航天企业的发展,这些民营企业的技术创新,在整个中国未来航天发展赛道中,民营企业与国家机构是一种什么样的关系?民营企业在其中扮演着什么角色?

王鹏:我国在“十三五”期间就出台了很多支持和鼓励商业航天的政策法规,这对我们民营商业航天产业发展是有一个极大的推动作用。经过几十年的积累,我们的卫星制造能力已经有了非常大的提升,但现在主要还是传统的单星研制,有可能在某些情况下会有一些小批量的生产模式。从整个卫星的制造的角度来说,低成本和批量化生产能力还需要提升。还是以银河航天为例,银河航天本身是带着互联网加航天业基因的企业,我们会应用到互联网当中小步快跑迭代开发的模式进行研制工作,同时我们还具备航天传统的严谨的精神,与系统化、精细化的工作方法,我们会达成工业化的制造,专业化的供应链,打造出我们的优势。我们希望对标国际领先水平,给新一代卫星的智能制造开辟新路,为国家航天事业贡献我们的力量。

彭天放:银河航天也好,中国的民营商业航天公司也好,在您看来未来重要的是它能够更好的调动商业化的产业链,作为有敢于创新、敢于冒险特点的企业,能够率先尝试一些有一定风险性的技术,相当于为我们国家的航天技术做一些尝试,对一些技术进行早期的创新,是这样吗?

王鹏:我们会做很多创新性的工作,但创新不是盲目的。我们能够“苦干”,同时要“会干”,我们不管从技术的角度,或者工作的方式和体制流程的角度,银河都愿意做一些敢为天下先的事情,我们会不断学习和论证,并在这个基础之上开展我们的创新工作,希望能够做一些不一样的东西,创造一些不一样的方式。

彭天放:您能分享一下在银河航天研发的过程中,对于技术关键的参数设计过程中,有哪些您印象深刻的?关于技术探索或者创新的一些关键点,遇到了困难又是怎么克服的?

王鹏:首发星用的是Q/V/Ka频段,它工作在更高频率上,有更大的带宽,它的难度相比低频段是更有大的。比如说使用Q/V频段的时候,通信波束非常窄,我的同事有一个很形象的比喻,把通信的波束比喻成一根针,低轨卫星在通信的时候,卫星在天上飞行,地上的天线,尤其Q/V的天线要不断调整自己的方向指向那个卫星,卫星上的天线也要调整方向来指向地面站。当两侧的波束都非常窄,相当于拿两个针,用针尖对针尖,这个技术难度是很大的。我们第一个也做了Q/V/Ka的低轨宽带的通信卫星,卫星上天之前我们也咨询了很多国内和国外的企业,很多人都提出这么高频段的信号下,跟踪会是一个大问题。

经过一些分析和论证,我们认为这个频段是可行的,事实上我们在2020年1月份,首发星发射,在第二天就成功的捕捉到卫星的信号,一个月之后就成功的完成了天地之间的信号连通,天地之间信号连通意味着星上的天线和地上的天线已经高精度的互相指向。这个过程中有一系列的工作要做,比如说我们卫星的轨道计算,地面上天线的控制,卫星的控制,卫星上各种旋转精度,一系列的技术点最终需要很好的融合在一起,才能完成在之前大家认为非常困难,甚至不可能完成的任务。这件事不是单点工程,而是系统工程,我们方方面面都要做大量工作,所以说我们的创新一方面来自于同样的思考,另一方面是整个团队,甚至很多行业专家给我们大量的建议,最终完成这个创新。

彭天放:刚才提到银河航天作为一家民营航天企业,为新的技术创新做了很多探索,我们稍微再展望一下它的应用,我自己之前查过一些相关的资料,卫星互联网技术在未来的应用大家有几种不同的看法。首先我们给人在使用互联网,主要是ToC端,用它看视频,用它上网,这是一方面。另外一方面,大家在探讨卫星互联网是不是首先会为物联网应用,在海事的活动中,给船舶做一些卫星的通信、导航,数据流的服务,或者未来给农田,瓜果梨桃蔬菜,进行实时的监控和反馈。从您深入产业一线的角度来讲,您个人看好卫星互联网率先在哪个领域落地应用呢?

王鹏:卫星互联网还在建设的过程中,对于应用的角度,我们有非常多的专家和同事都在思考和设计,从各行各业了解未来应用的可能性。您刚才说的是两大类,一类是从物联网的角度,另一类是实时的通信、交互,速率、带宽等等。我们设计这个卫星互联网是不能脱离应用的,就像我们今天建设5G网络的时候,会提它的三大特性:超宽带连接EMBB,高可靠低时延,海量连接。5G网络最初设计的时候,希望它承载这三个大方面,分别对应了大带宽、低时延和海量连接,海量连接对应很多物联网的应用。高可靠低时延,某种意义上也会偏向互联网应用,比如生产线上的控制需要用到低时延的特性;大带宽连接更会为我们人的感官服务,当然也会有利于数据的传输。这些特点可以通过网络的设计满足不同层面的需要。

从卫星互联网的角度来说,这也是不矛盾的。您刚才提到的先服务人还是先服务于物,这两者并不矛盾。我们用很高的频率获取更大的带宽,把这条路修好,条路修好之后,就有可能承载不同的应用。从需求端来说,我们率先挖掘出哪个的需求取决于哪个需求迫切需要满足,这是我们需要和各个垂直行业共同探索的一个事情。

彭天放:我们稍微做一些未来的畅想,我们知道卫星互联网技术是一个未来色彩蛮浓重的技术。未来不仅仅是满足地面的人,船舶、物联网各种方面的通信需求,大家还会思考未来太空的基础设施建设,比如未来中国要搭建空间站,甚至有可能进行登月、登陆火星,在太空建设短暂的或者长久的太空基地,甚至做更多的太空开发,卫星互联网积累下来的技术有可能为未来的整个太空基础设施提供一些早期的技术积累。您展望一下,未来我们对于太空的畅想在什么时间能够们越来越近?

王鹏:我最近有些关注SpaceX的创始人马斯克的言论:“人类最终会成为一个跨星球的物种,我们是源自地球,但是我们会慢慢向太空延展我们沟通的范围”。从这个意义上,我们今天说的卫星互联网,网络、通信,这些其实是我们今天人类的基本需求,现在我们对网络的需求就像我们对空气、对水的需求一样。当我们慢慢从地面向天空发展,走到您说的近地空间,甚至走向不同的星球,通信的要求始终存在,越是离开熟悉的地球,就越需要一个可靠、有保障的通信网络来在远离地球的地方开展活动。今天建设的依托在太空当中的卫星的网络,毫无疑问会帮到我们。举个简单的例子,去年咱们国家的探月工程,月球车玉兔落到月球上,可以从月球上取月壤,这需要一个很大的系统来支撑,卫星的通信是必不可少的。我们会在地球的附近布卫星,会在月球的轨道上布卫星,从而完成整个通信链路。

今天咱们还在做火星的探测,这个过程中也会大量运用通信技术,在建设卫星互联网的过程中,会积累很多的技术能够帮助我们在更广阔的空间内连通彼此,达成网络互通,支撑我们在更广阔的空间当中做更多的事情。

彭天放:其实今天我们对于卫星互联网的探索,一方面是民航客机的通信,偏远地区的通信,提供现在就可以产生效用的应用,能够收回成本;另一方面,为人类未来成为跨星系的物种做很多的技术储备,为进一步探索月球、探索火星做一些早期的技术储备。

王鹏:是的,一方面是技术储备,这个时代已经在加速的向我们奔来,很快我们就会用这种技术来做我们想做的事情。

彭天放:对于卫星互联网技术,大家很关注的两方面:一方面是它的推进技术,特别是电推进,银河航天已经采用电推进的技术,这是提高整个网络性能的重点和需要去发展的技术点。另一方面是进一步提供卫星间的通信带宽,对应着卫星之间激光互相通信的相关技术,对这两方面您怎么看?

王鹏:从电推进角度来说,电推进比起传统的推进技术,可以帮助我们降低卫星的质量,卫星的质量降低会带来一系列好处。质量降低,发射成本也会降低,从制造环节、发射环节,都可以为整个系统建设取得经济效益。从频段的角度来说,我们使用更高的频段来通信,有更广阔的空间去研究,您刚才提到的星链就是在卫星通信的产业当中非常重要的领域,事实上已经有相关的实验正在开展。通过星链的应用我们有可能设计出更加灵活的网络结构,同时我们也要去攻克一些关键的技术点,这一系列的技术进步可以帮助我们去建设更好的网络,提供更好的网络效能。

彭天放:卫星互联网能够提供的带宽,能够达到什么样的水平,能不能支持大家的日常生活?以您对于卫星互联网的成本判断,它的资费跟5G比起来是更贵还是差不多?

王鹏:去年年中做的依托银河航天首发星的实验,我们使用银河航天的卫星互联网做了5G基站的回传,我们拿着大家通用的5G手机进行了下载速率的测试,在这个过程中我们下载速率达到了382Mbps的速率,这是单台手机上测到的速率,接近400Mbps的下载速度,支撑咱们今天任何的应用都没有任何问题,即使和地面上的5G网络提供的速率相比,也是完全不逊色的,基本在一个水平线上。从资费的角度来说,未来卫星互联网的资费和地面的网络是在一个可比的量级上,尤其是对于一个广域的网络,由于卫星互联网对广覆盖有天然的成本优势,所以从资费的角度来说,大概率会更便宜一些。

彭天放:我们很期待未来一方面能够在飞机甚至包括山区里,可以用到高速的卫星网络,并且资费亲民,我们国家的卫星互联网建设大概需要花多长时间能够到达您说的阶段?

王鹏:直观的数字是需要几年的时间,这个过程中还会受到很多因素影响。卫星互联网对于咱们国家来说是一件大事,是国家战略层面上的事,我们希望从方方面面,从国家层面到企业,都能够持续的支持卫星互联网的建设,科研工作者能够一如既往的坚定的进行探索,我们相信大家支持的力量越大,投入越专业,这个时代到来的就更快一些。网络的建设,包括地面上的网络,可能十年一代,卫星互联网还需要几年时间。

彭天放:多谢王鹏老师,非常期待在未来的几年时间内能够用上咱们国家自己的卫星互联网提供的服务,使我们的生活更加方便。今天跟王鹏老师对话学习到了很多,总结起来,一方面,卫星互联网技术在覆盖的范围以及对于网速上对比以前的卫星技术和现在的5G技术都有非常大的提高,在网速上和5G技术可以达到相媲美的程度,是当前非常热门的,通信产业内大家关注的热点。我们国家在这方面有国家队也有民营企业,他们相互协调、相互配合,能够在全球范围内的技术竞争中达到世界的领先水平,在未来几年很有希望建设起我们每个人都能够使用的卫星通信网络。最后感谢王鹏老师的详细解答,期待我们未来尽快使用上这个先进的通信技术,谢谢各位观众对我们直播栏目《星空对话》的持续关注,谢谢大家!

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责任编辑:helenhdli
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