把“基站”建到太空——
卫星互联网离我们还有多远
【记者观察】
12月5日，我国在太原卫星发射中心以“一箭18星”方式，成功将千帆极轨03组卫星的18颗低轨卫星送入预定轨道。
这18颗卫星，有一个共同使命——组成“千帆星座”。它们是这个星座的第三批组网星，未来将会有一万多颗星与它们为伴。
这只是我国正在建设的低轨卫星互联网星座计划之一，还有更多星座正在点亮太空。它们，把通信“基站”建到太空，将为更多人提供互联网服务。
卫星上网是什么体验
什么是卫星互联网？一言以蔽之，基于卫星通信的互联网，卫星就是移动的“基站”。
那么，为什么要通过卫星来上网？
据国际电信联盟数据，全球仍有大约三分之一的人处于“脱网”状态。将“基站”建在太空的卫星互联网，比传统通信网络覆盖度更广，是让人们“上网”的重要方式——卫星通信可以为偏远地区，以及海洋、航空等传统网络较难接入的区域，提供高速稳定的互联网服务。
“无论身处沙漠还是海洋，抑或是飞机上，都能享受到与在家里一样的上网体验。”几年前，时任中国航天科工集团“虹云工程”总设计师的向开恒在展望卫星互联网前景时指出，卫星互联网能够实现随时随地的互联网接入，尤其是在高山荒漠、深海远洋等传统移动通信到达不了的偏远地方，更具优势。
如今，快速发展的卫星互联网，已在一些场景得到实际应用，比如，为汽车、船舶、飞机等交通工具提供网络连接服务。对于普通消费者而言，卫星互联网带来的最直观的变化是，手机没信号时可以打卫星电话。目前，许多手机已支持直连卫星通信服务，通过卫星网络发送图片、语音和短信等。一些企业还面向个人用户，推出了“设备终端+流量套餐”的收费服务。
通过卫星上网刷视频，是什么体验？
不久前刚上市的一款卫星互联网上网套餐可提供参考——今年11月，中国卫通推出了高轨卫星互联网上网终端和9GB的卫星上网流量套餐。该上网终端开机2分钟可以自动对星，完成上网操作，最高支持下行40M/s、上行6M/s的卫星带宽，实现语音通话、短视频浏览、上网购物、视频直播等功能。但也不便宜，套餐费用优惠后仍需199元/天。
专家指出，与5G等地面通信网络相比，当前卫星互联网的网速还不够快，通信时延相对较高，服务费用也不低。相对老百姓日常上网的需求，还有一段距离。但从发展前景来看，这些差距会通过技术进步慢慢弥补，用户使用体验方面，未来与地面网络将不会有太大差别。
当然，卫星互联网也不会完全取代地面网络，而是形成互补关系。在地面网络信号较好的地方，仍然优先使用地面网络。在地面网络较难覆盖的地方，卫星互联网是一种补充。比如，对于爱好户外旅行和探险的人来说，手机信号不太稳定的野外就很需要卫星互联网服务。
不仅仅是互补。专家指出，卫星互联网与地面通信网络的融合，是未来移动通信网络的重要发展方向。6G技术的支柱之一就是星地融合，有了卫星互联网的融入，6G可以成为覆盖全球的空天地海一体化网络。
一个个卫星星座开始组建
卫星互联网前景很好，但要实现信号好、网速快，必须得成网，发射更多卫星，组建卫星星座。
以距离地球1000公里的近地轨道为例，卫星绕地球一圈需要100多分钟，如果这个轨道有足够多的卫星一起运行，便可以实现对全球的“无死角”覆盖。也就是说，不管你在哪里，也不管什么时候，始终都有卫星与你保持联系，保证网络信号的稳定覆盖。
“卫星星座由成百上千颗，甚至数万颗卫星组成；卫星轨道主要是离地球300公里到1400公里之间的低地球轨道；信号覆盖范围广、通信容量大、信号传输延迟低。”北京信息科技大学研究员何善宝指出，面向个人的卫星互联网应具备这些特点。
根据所处的轨道，卫星可分为高轨和低轨。高轨卫星的轨道距离地面约3.6万公里，运行周期和地球自转周期一致，与地面保持相对“静止”状态，覆盖的地区是固定的，因此建立通信服务比较容易。但因为距离远，信号传输的时延和损耗也不小。相较而言，几百到一千多公里的低轨道卫星，具有传输时延小、链路损耗低等特点，更适合开展卫星互联网。
目前，美国、英国、法国、俄罗斯、韩国等多国均提出或正在实施卫星互联网组网计划。据统计，截至2023年10月31日，全球申报的卫星互联网星座共52个，其中近地轨道星座46个。其中，最具代表性的可能是美国的“星链”。目前，“星链”已累计发射数千颗卫星，但相对于其4.2万颗的庞大部署计划，只能说是才迈出“一大步”。
我国也在加快步伐。2020年，我国首次将卫星互联网纳入“新基建”范畴。此外，《“十四五”信息通信行业发展规划》《“十四五”国家应急体系规划》等，对卫星通信和卫星互联网发展作出部署。近年来，多个卫星星座计划先后启动，如航天科技的“鸿雁”星座、航天科工的“虹云工程”、中国电科的“天象”星座、国电高科的“天启”星座等。
相关统计显示，目前，我国向国际电信联盟申请的低轨卫星数量已达5.13万颗，其中数量超过万颗的星座计划有三个——
中国星网的“GW星座”共计划发射约1.3万颗卫星，目前已完成技术试验卫星的发射入轨；上海垣信卫星的“千帆星座”未来将打造超过1万颗卫星组网系统，实现全球网络覆盖；鸿擎科技向国际电信联盟提交“鸿鹄三号”星座申请备案，将发射1万颗卫星。这些庞大的星座要部署完成，还需要十来年。
“低轨卫星星座有望成为新一代全球化信息基础设施。”北京宇航系统工程研究所高级工程师于远航指出。
抢抓发展空间和技术攻关
面对不断加入的庞大星座计划，我们如何应对？
挑战，首先来自越来越紧张的空间资源。在轨道容量和通信频段有限的前提下，全球卫星互联网注定是一场不进则退的激烈角逐。
国际电信联盟规定，地球低轨道和通信频段资源的获取，遵循“先登先占、先占永得”原则。因此，卫星星座建设存在明显的“先发优势”。
目前，卫星互联网主要依靠低轨卫星。低轨空间有多大，决定了可部署的卫星数量。一般认为，低轨卫星应距地球300公里到1400公里，或500公里到2000公里之间。如果取最大值，可在300公里到2000公里之间布局卫星。“粗略测算，在同层与跨层星间最小安全距离均为50公里的情况下，最多只有35个轨道壳层，总计可容纳17.5万颗卫星。但考虑到频谱分配等问题，最多只能容纳6万颗卫星。”于远航分析。
6万，在一个又一个“万颗级卫星星座”的宏图面前，显得捉襟见肘。各国星座计划加起来，规划的低轨道卫星数量早已超过6万颗。而且，越往后，轨道频段资源越少。太空越来越拥挤，星座部署的难度越来越大。
“为了我国通信领域的独立自主以及相关产业的发展通道考虑，我们需勇往直前，发展自己的互联网星座，抢占低轨卫星频谱资源。”于远航呼吁。
另一个挑战，来自发射场和运载火箭。
卫星星座建设带来密集的发射需求，需要更灵活可控的卫星发射技术。目前，国内只有酒泉、西昌、太原、文昌四个发射场，发射场资源较为紧缺。商业航天发射场的重要性越来越凸显，海南、宁波国际商业航天发射场让人期待。
“很多国家建设卫星互联网星座都受限于发射场的发射能力。”何善宝说，卫星互联网服务需要足够多的卫星同时在轨，因此需要可以灵活使用的商业发射场或者发射塔架，和足够多的大型商业运载火箭批量生产研制能力。
卫星互联网要用得起，必须降低星座组网成本，地面终端也要实现低成本、小型化。作为成本的“大头”，一旦火箭的制造和发射成本极大降低，卫星互联网的服务费用会变得更容易接受。“可以采用多次重复可利用的运载火箭技术，同时也需要从单个火箭的设计成本、研制成本和系统集成测试成本等多个维度降低成本。”何善宝指出。
技术挑战不仅仅来自火箭，还有星地融合、云网融合，以及网络安全等。
目前，卫星与地面网络融合成为5G增强技术和6G技术研究的重点。星地一体化融合的网络架构和相关关键技术，亟待突破。此外，大数据、云计算等与卫星互联网的融合也越来越重要。中国科协发布的2024“十大产业技术问题”，其中之一即“云网融合技术在卫星互联网中的应用”，鼓励广大科技工作者对此集智攻关。
未来，卫星互联网的触角会伸向我们生活的每一处，其中带来的信息安全和隐私问题，也应提前应对。卫星终端可信接入、卫星加密传输、抗干扰技术等，也是科技工作者需要关注的。
今年1月，工信部、教育部、科技部等七部门印发《关于推动未来产业创新发展的实施意见》提出，前瞻布局6G、卫星互联网等关键技术研究。7月，工信部印发《关于创新信息通信行业管理 优化营商环境的意见》提出，有序推进卫星互联网业务准入制度改革；8月，工信部相关负责人表示，我国将聚焦集成电路、工业软件、卫星互联网等领域，更大力度补短板、锻长板、树新板……举措频频，让人对卫星互联网的未来充满信心。
当然，卫星互联网要好用，还需在应用场景和商业模式上不断突破。
“需要开辟更多特有的应用场景，例如通信、导航和遥感综合应用场景，为陆地、空中和海洋提供基于卫星的信息综合服务。”何善宝建议。
(光明日报 本报记者 陈海波)