中国星链不来则已,一来就要搞大的
12月16日18时,中国在海南文昌卫星发射中心用长征5B运载火箭以一箭10星方式,成功发射了卫星互联网低轨01组卫星。这是中国星网的“国网(gw)星座”首次批量组网发射,也是第一次使用长征5B执行卫星互联网发射任务。
卫星互联网低轨01组卫星使用Ka等频段载荷,主要为用户提供宽带通信、互联网接入等服务,计划发射12992颗卫星,包含两个子星座:gw-a59(6080颗,分布在500km以下的极低轨道)和gw-a2星座(6912颗,分布在1145km的近地轨道),形成覆盖全球的互联网卫星星座,面向手机直连卫星通信模式,也是中国空天一体6G互联网计划的核心部分。
按照国际通信组织(ITU)规则,“国网”必须在2029年底前发射10%(1300颗)的卫星,2032年底钱发射50%(6500颗),2035年底之前完成100%(12992颗)卫星的发射,否则申请的频段就可重新分派,被后来者占用。这是一场竞赛。
轨道经济是中国正在下大力气的新质经济之一,中国星链(“国网”只是其中之一,还有后面要提到的的“千帆”)是其中的重要部分。这也是21世纪大航海的关键部分。
轨道上没有领空、领土,电磁频段也是一样,但还是先到先得。美国星链已经发射了6764颗卫星,其中6714颗处于工作状态,最终计划高达42000颗。英国OneWeb也有600多颗卫星在轨,欧盟也批准投资110多亿美元,建立280颗卫星的Iris2星座,用于卫星互联网,预定2029年开始发射,2030年完成组网。适合低轨道卫星的160-2000公里高度的容量有限,中国错过了16世纪的大航海,这后面的“欧盛亚衰”是大航海开始的,世界秩序和文明走向至今依然受到大航海的长尾影响。中国不能再错过21世纪的大航海了。
有意思的是,“国网”采用与星链不同的技术路线。首先是大。“国网”卫星的单颗重量超过1吨,美国“星链”卫星只有260-295公斤。更大的重量意味着更大的天线、发射功率和信号处理能力。其次是高,“国网”卫星也采用1145公里的高度,“星链”则是350-500公里高度。
低轨道通信卫星就是要低,才能降低手机卫通的信号功率和天线尺寸要求。但多低是足够低,这是一个问题。
更低的轨道高度肯定对手机端是有利的。离手机基站更近信号才能更好,对低时延应用更友好,这是一样的道理。但更低的轨道对卫星不利,空气阻力显著增加,卫星的在轨寿命降低。更低的轨道也意味着更加拥挤的可部署空间。“星链”采用较低的轨道,可以用较轻、成本较低的卫星,轨道寿命的问题就靠更高频密度的发射来补偿。
稍高的轨道意味着更大的覆盖面积,用较少的卫星就可以达到同样的覆盖率,信号强度则用更大的发射功率补偿,手机上传信号强度减弱则用更大的天线补偿。更大、更重的卫星自然成本较高,但较高的轨道也需要卫星数量较少,寿命显著更长,降低的补网发射密度补偿了单星成本偏高的问题。这是“国网”的路子。
不过“国网”卫星首批发射的是gw-a2组,重型、(相对)高轨道,以后也会用轻型、(相对)低轨道的gw-a59组卫星补充,尤其用于低时延应用。美国星链也在研发800公斤级新一代卫星,准备用于1100公里轨道,用较少的卫星提供较高的覆盖率。
另一个有趣的差异是卫星入轨方式。美国“星链”是简单粗暴的“集束弹药”式,在最有利的位置一次性释放所有携带的几十颗小卫星,然后由小卫星自带的入轨发动机机动入轨。这样做的好处是简单,坏处是有些卫星可能需要机动很长距离才能到位,提前消耗了日后为了保持精确定位而需要机动的燃料。
中国“国网”则是“金蝉脱壳”式的分批释放,所有卫星分上下两段挂载,贴附在中心“挂架筒”上。释放的时候,首先释放上段,各自用自带的入轨发动机机动入轨,然后运载载具机动到下一个有利位置,再释放下段。这样做的好处是释放点最大限度地接近最终入轨位置,节约星上燃料,也增加入轨成功率,毕竟运载火箭和载具的机动能力和入轨控制能力更高。
在历史上,美国路线偏好高大上的一步到位,苏联路线偏好短平快的先到先得。现在好像剧本拿反了,美国尖端科技“由俭入奢”,中国尖端科技“由奢入俭”。如果长久化、常态化,可能是国势盛衰的一个风向标,但这扯远了。
国家队的“国网”入轨了,上海队的“千帆”实际上抢先一步。2024年8月6日14时42分,中国在太原卫星发射中心使用长征六号改运载火箭,成功将千帆极轨01组卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。10月15日,千帆极轨02组发射成功。12月5日,03组发射成功。至此,三次“一箭18星”已经累计发射了54颗卫星入轨,计划在2025年底前发射650颗卫星入轨,在2027年形成全球卫星互联网覆盖。
“国网”和“千帆”谁先成事,这是有意思的问题。但不管谁先成事,成的都是中国人的事,都是好事。在星链方面,美国抢先了一步。但和卫星导航一样,中国后发,但没准再次制人。“北斗”对GPS谈不上优势的话,至少形成均势了。“国网”/“千帆”对“星链”也能形成均势吗?考虑到中国在一带一路的影响和中国手机/ICT的渗透率,这次均势可能都不大均了。“有偏向的均势”,呵呵。
G7实际上是G1+6,美国是主心骨,其他只是跟班。有人提出G2,在奥巴马时代美国抛出的G2实际上还是G1+1,现在才是真G2。不管是人工智能、量子计算,还是轨道经济,都是真G2,只有芯片,还暂时是G1+1。