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衛星網際網路産業加速發展 開辟萬物互聯新賽道

作者:通信世界

通信世界網消息(CWW)随着G60衛星數字工廠的正式投産,其自研的新一代平闆構型商業衛星下線,這标志着大陸衛星網際網路建設與商業航天事業取得了新的成就。按照整體布局規劃,大陸已初步建成首張高軌衛星網際網路,并轉向低軌衛星網際網路領域探索發力。但商業衛星網際網路建設不僅要應對激烈的國際市場競争,還面臨着核心技術難題、産業生态、安全風險等諸多方面的困難和挑戰。建議産業各方借力數字與實體産業優勢,挖掘衛星網際網路數字商業潛力,打造衛星網際網路智慧化強項,拓展數字經濟發展新路徑。

衛星網際網路發展概況

衛星網際網路差別于傳統的DSL(數位用戶線路)、電纜、光纖等媒體傳輸,是以衛星為中心,利用無線電波建立衛星與地面站網關之間的資訊傳輸通道,再通過使用者端的數據機連接配接使用者側網絡的方式。受長距離傳輸限制,衛星網際網路無法達到電纜和光纖的傳輸速率,大多數衛星網際網路服務商提供的網絡速率在25Mbit/s到150Mbit/s之間,而電纜和光纖可以達到1000Mbit/s以上,衛星網際網路也是以被稱為“最慢的高速網際網路”。但其最顯著的優勢在于廣泛的覆寫能力,衛星網際網路在諸多“人迹罕至的區域”創造着通信奇迹,是以被應用于救災應急、航海運輸、軍事等領域。

根據軌道部署的不同,衛星又被分為地球同步衛星、高軌道衛星、中軌道衛星、低軌道衛星。地球同步衛星常用于通信和氣象,由于其與地面觀測站相對保持靜止,與之通信的衛星天線不必實時移動跟蹤,在比對使用上也更簡單直接,這也是國際知名的衛星網際網路服務商休斯網、美國衛訊公司采用這種技術的原因。大陸下線的首顆G60商業衛星則屬于巨型低軌道衛星,而這也是衛星網際網路産業中競争最激烈的賽道。根據NewSpace網絡統計資料,截至2023年10月,全球已申報的衛星網際網路星座共52個。其中,低軌道LEO星座占全球衛星網際網路星座數量的88%,遠遠超過其他軌道類型。雖然低軌道衛星通信需要複雜的星座管理系統來實作衛星之間資料傳輸的切換,同時需要由地面站進行密切跟蹤并保持與使用者的連接配接;但由于低軌道衛星具有重量輕、時延低、吞吐量高的傳輸優勢,低軌道衛星網際網路成為衛星網際網路産業的重點發力方向,目前炙手可熱的SpaceX公司推出的星鍊正是選擇了這一技術方向。

大陸衛星網際網路建設邁上新台階

1984年4月,大陸發射了國内第一顆地球同步通信衛星——東方紅二号。放眼全球,大陸的衛星網際網路産業雖然起步稍晚,卻有迎頭趕上之勢。在整體規劃上,2020年4月,大陸首次将衛星網際網路與5G、工業網際網路等一起納入“新基建”範疇。此後,多部門聯合對衛星網際網路産業進行規範與管理。2021年7月,中央網絡安全和資訊化委員會辦公室與工業和資訊化部(以下簡稱“工信部”)等十部門聯合印發《5G應用“揚帆”行動計劃(2021—2023年)》,推動“5G+智慧城市”“5G+智慧水利”“5G+智能油氣”等新一代資訊基礎設施與經濟社會各領域深度融合。協調解決“5G基站和衛星地球站等無線電台站的幹擾”問題,完善頻率資源和頻段部署工作。2023年2月,工信部釋出《關于電信裝置進網許可制度若幹改革舉措的通告》,将衛星網際網路裝置正式納入進網許可管理範圍。10月,工信部起草的《關于創新資訊通信行業管理優化營商環境的意見(征求意見稿)》指出,要分步驟、分階段推進衛星網際網路業務準入制度改革,不斷拓寬民營企業參與電信業務經營的管道和範圍。12月,中央經濟工作會議提出,打造商業航天、低空經濟等若幹戰略性新興産業。與此同時,各省市也在着力籌謀,上海市印發《上海市促進商業航天發展打造空間資訊産業高地行動計劃(2023—2025年)》,旨在“建設數智制造新高地,引領長三角區域空間資訊一體化發展”。四川省政府也釋出《成都市促進衛星網際網路與衛星應用産業發展專項政策》,拟按照“衛星星座與城市基建一體融合、衛星産業和城市發展雙向賦能”的思路,實施“蓉城星海”計劃。

高低軌衛星協同發展成果顯著

研發程序快速推進。築牢基礎,大陸首先在高軌衛星網際網路領域開展探索。随着中星16号、中星19号和中星26号高通量通信衛星相繼成功發射,目前大陸已初步建成首張完整覆寫國土全境及“一帶一路”共建國家沿線重點區域的高軌衛星網際網路。2023年12月,大陸高軌光學遙感衛星——遙感四十一号衛星搭乘長征五号遙六運載火箭圓滿發射升空,加速建構空天資訊網絡。搶抓機遇,大陸在低軌衛星網際網路領域不斷深耕開拓。2024年2月,伴随着全球首顆可驗證5G天地一體演進技術的星上信号處理試驗衛星——“中國移動01星”與全球首顆搭載具備在軌業務能力的6G架構驗證星——“星核驗證星”的成功入軌,大陸在推動天地一體融合發展的道路上又邁出重要一步。

關鍵技術持續攻克。突破量級指數,大陸已成功發射首顆超百Gbit/s容量的高通量衛星,預計到“十四五”末期,大陸高通量衛星總容量将超過500Gbit/s。豐富實踐經驗,截至目前,大陸已先後通過長征二号丁運載火箭、捷龍三号運載火箭等,成功将一批衛星網際網路技術試驗衛星發射升空。2023年7月,大陸使用長征二号丙運載火箭,成功将衛星網際網路技術試驗衛星發射升空,首次實作了遠端測試網絡系統與衛星發射中心遠端輔助測發系統的互聯互通。挖掘商業潛力,2023年7月,藍箭航天自主研制的朱雀二号遙二運載火箭成功完成發射任務,這是大陸民營商業航天首款正式量産并商用的液體火箭,也是全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭。11月,北京星際榮耀空間科技股份有限公司自主研發的液氧甲烷可重複使用驗證火箭雙曲線二号(代号SQX-2Y)第二次飛行試驗任務取得圓滿成功,标志着大陸商業航天在可重複使用運載火箭技術上取得重大突破。

低軌賽道各環節技術水準顯著提升

強化衛星制造供應。2021年2月,吉利科技獲批投産商業衛星,成為國内首個由商業公司主導的融合航天制造和汽車制造能力的商業衛星生産企業。2022年初,銀河航天(北京)科技有限公司首次成批量研制低軌寬帶通信衛星,并成功下線6顆低軌寬帶通信衛星。據悉,目前銀河航天還在加速研制外形酷似“太空飛毯”的衛星,這種設計通過增大天線面積、增強信号接收和發射增益,提高衛星通信品質。

突破衛星發射瓶頸。大陸不斷深化“一箭多星”搭載技術,2015年9月,大陸長征六号成功發射“一箭二十星”,創下當時的亞洲之最。2022年5月,大陸使用長征二号丙運載火箭,采取“一箭三星”方式将3顆低軌通信試驗衛星發射升空。同年6月,吉利旗下時空道宇自主研發的“吉利未來出行星座”采用“一箭九星”方式成功發射,并已在軌穩定運作超一年。2024年2月,長征二号丙運載火箭以“一箭十一星”的方式,成功将“吉利未來出行星座”第二軌衛星送入預定軌道。

加速成果轉化。據統計,大陸衛星相關企業的新注冊量在2022年首次突破3萬家;2023年前3個月,大陸新增衛星相關企業已達9200家。資料顯示,2023年全年,大陸新增經營衛星相關的企業多達4萬餘家。其中北京國電高科科技有限公司瞄準低軌衛星在覆寫範圍、時延、成本等方面的通信優勢,布局“天啟星座”,這也是大陸首個提供低軌衛星資料服務的窄帶物聯網通信系統,并已應用于電網、智慧農業、石油管道等多個領域。

衛星網際網路發展面臨四大挑戰

盡管大陸在衛星技術與産業實踐方面已取得很大成就,然而整體來看,大陸的衛星網際網路仍然處于起步階段。一方面,受制于衛星通信的局限性,衛星網際網路商業轉化率較低,成為奢侈且低成本效益的接入方式。對于to C端的使用者而言,從資料上限、速率、時延和丢包率來考量,衛星網際網路都不是理想的通信選擇;對于to B端的企業使用者而言,目前的衛星網際網路雖然有了更廣泛的應用場景,但技術的不成熟與連接配接的不穩定也使得許多企業猶豫不決,不敢輕易采購。另一方面,大陸已與“一帶一路”沿線多國簽署諒解備忘錄,開展通信領域的深度合作,然而大陸的衛星網際網路産業在國際市場上并不具備強有力的競争優勢,除HughesNet、VIASAT、Starlink外,美國亞馬遜旗下的“柯伊伯計劃”、英國衛星電信網絡公司和加拿大通信衛星公司也是衛星網際網路産業的主要供應商,且占據着不小的市場佔有率。截至目前,歐盟、日本、南韓、印度等國家和地區也提出了衛星網際網路計劃。基于目前的商業航天市場,大陸的衛星網際網路産業仍然面臨着發展桎梏和“卡脖子”難題。

多重技術難題亟待逐一破解

基礎仍待加強,核心技術依然是一塊難啃的“硬骨頭”。從基礎研發來看,大陸過去的研究重心以大衛星為主,商用的小衛星雖然具有體積小、重量輕、加工快、成本低等優勢,但壽命和通量卻嚴重“縮水”,如何在新領域取得突破并保障續航與回收成為研發程序的“攔路虎”。就傳輸所注重的通量來看,大陸目前的整體水準與國際領先企業仍然有較大差距,VIASAT公司的ViaSat 3星座首發星(美洲星),通量達到Tbit/s級别,而大陸目前的最高通量仍然停留在Gbit/s級别。

同時在傳輸品質上,衛星網際網路普遍采用的“Ku”和“Ka”波段信号容易受到惡劣環境影響,尤其是濕度和降雨的影響,這也是商業營運中亟待彌補的短闆。此外,大陸在火箭運載發射上也與SpaceX相差很多,在低軌衛星領域,發射和運作衛星數量是搶占市場的關鍵,SpaceX所采用的獵鷹9号在2023年的任務執行中不僅複用多次,在運載品質上也表現較好,相較之下,大陸商業航天可重複使用的火箭研發才剛剛起步。

衛星網際網路産業生态發展不足

國際影響不足,尚未打造出體系化的産業優勢。一方面,大陸商業衛星網際網路的建構成本仍然處于高位。現有的成本開支大量流向研發與設計階段,盡管有部分企業估計在未來可将成本降至百萬元級,然而與市場現有水準相比卻暴露出明顯短闆。早前根據摩根斯丹利估算,“星鍊”衛星成本為100萬美元/顆,而SpaceX公司曾公開透露單顆衛星的成本可降至50萬美元。

另一方面,大陸商業衛星供應速度也不具有競争優勢,目前大陸衛星平均生産速度遠低于SpaceX公司的“星鍊”。随着首顆商業衛星的下線,大陸邁向商業衛星供應鍊的初步探索摸排階段。同時,在産業鍊下遊,大陸缺乏消費端的大力拓展。目前衛星網際網路的應用隻在災害事故應急、環境監測等公共服務領域開展,而在商業領域,智能汽車和智能手機僅開展了零星的直連和定位試點,缺乏大體量的支撐性消費,尤其是工業、農業等實業大頭,是以下遊可循環資金處于長期空白狀态,導緻結構前重後輕,不能有效吸引民間投資。

良序發展仍需化解根源危機

潛在風險較大,産業推進面臨次生阻礙。從衛星系統本身的運作特點來看,普遍具有标準的功能模式、控制系統和軟體選項,而這也使得衛星系統抵禦風險的能力大大減弱。網絡入侵隻需要進入地面站控制的小型網絡計算機作業系統,即可實作盜竊和劫持衛星的目的。

從行業整體發展特點來看,目前的衛星網際網路仍處在起步階段,相關商用标準、服務要求仍然處于空白狀态,缺乏明确的規則與有效的管理。随着更多與衛星相關的新注冊企業湧入市場,如何規範行業秩序、引導企業間良性競争,有待進一步讨論與加強。同時部分企業的應對能力不足,也使得衛星網際網路暴露在易受攻擊的環境下,尤其在海洋、沙漠等特殊區域,風電裝置、電氣裝置、能源供給等關鍵基礎設施依賴于衛星網際網路連接配接,任一環節出現差錯必将帶來難以估量的損失。

安全問題還需持續關注

安全問題突出,嚴重暴露産業發展短闆。從連貫性來看,産業鍊安全需要重點關注。一方面,供應端面臨高頻次的侵入和盜取威脅,軟硬零部件一旦受到緻命攻擊,即可以通過衛星通信鍊路和地面基礎設施影響到後續環節。另一方面,随着産業下遊持續延伸,零星的安全漏洞逐漸形成具有破壞力的威脅,點狀的攻擊可能從下遊薄弱環節切入,逐漸擴散至整條産業鍊。在商業場景下,資料安全更為重要。為節約成本開支,衛星網際網路中的個人和企業資訊常常是非加密傳輸的,這無疑将傳輸内容暴露在易擷取的環境下,也帶來了諸多的資料洩露和隐私安全風險。

在開發層面,技術安全是影響防禦能力的關鍵。不少企業為提升研發靈活性和可測試性,選擇使用開源代碼架構,不僅影響了供應的穩定性,也使得對外的抗擊能力更為脆弱。而在應用層面,網絡安全需要多元度發力。以往的衛星安全保護主要采用通信加密和接收閥門控制,随着衛星網際網路的建構與推廣,其組網安全的重要性逐漸凸顯,除保障傳統的保密性、完整性、可控性等安全控制外,還需保證空天安全防護的完整和協調。

助推衛星網際網路産業發展的舉措建議

面對激烈的市場競争和廣泛的應用場景,大陸應不斷開拓,發揮傳統實業與數字叢集優勢,在“數啟萬物”的時代,借助新質生産力發展動能,提升衛星網際網路産業核心競争力,實作萬物智聯新業态。

夯實産業基礎,發揮數實優勢

賦能傳統産業智能化改造,按照工業網際網路現有布局,鼓勵實體企業與衛星網際網路商業公司開展試點試驗,結合衛星網際網路靈活的地形适應優勢,逐一打通工業産業鍊的“最後一公裡”。完善新興産業部署,推動空天技術深度融合,持續推進衛星網際網路與5G、6G等通信技術聯合研發,助力空中與地面網際網路的無縫融合和全面覆寫,通過“與5G互補、與6G融合”,竭力打造智慧産業的通信與應用優勢。

強化安全防護,築牢發展基石

提升安全防護能力,完善衛星鍊路加密與認證技術,保障上行鍊路、下行鍊路和衛星間鍊路安全;鼓勵攻擊檢測、身份識别、加密防護等核心安全技術的開發、測試和驗證,通過供應商與第三方機構的通力合作,彌補防護手段單一的技術劣勢。加強産業安全建設,提高企業的行業準入安全門檻,明确安全管理細則和商用規範;劃定資料保護範圍與職責,嚴格落實資料安全事件的研判與追責工作;定期檢查企業防火牆建設和系統通路權限控制,規避潛在的安全隐患。增進攻防網絡智能合作,提高網絡攻擊識别精度,利用人工智能優勢,開展多場景演練以構築完整的安全防護網。

拓展數字前景,促進體系循環

聚焦産業叢集,健全供應鍊。加快衛星網際網路的提質增速工作,使其實作從“替代選擇”到“最優選擇”的角色轉變;建立有效的溝通合作機制,推動企業之間進行聯合開發,完善從制造、發射、地面裝置到營運服務的綜合性産業鍊。擴充應用場景,發揮“長尾效應”。鼓勵智能産業制造商入局,挖掘多領域“衛星+”研發與增值潛力;結合大陸多地形、多地貌的特點,進行能源管理、自動監測、智能控制等多元的場景拓展,着力打造個性化定制服務,定向展現通信優勢,擴充“數字便利”。增強使用者黏性,擴大市場覆寫。繼續關注5G NTN(非地面網絡技術)的研發進度與落地回報,激活手機使用者的網際網路新體驗;開展社群示範合作,改善區域寬帶接入和服務能力,推廣便利可及的衛星網際網路公共服務,使得技術可見可感。

深化國際合作,激發行業潛力

區域互通共制規則,優化營商環境。深化區域産業鍊生态系統的戰略合作,明确各國家和地區的市場準入規則和基礎合規要求,打破國際主流供應商的獨家話語權,将抽象的技術具象化為實體應用的采購與傳輸要求,協調共促衛星網際網路市場的良序發展。強化技術标準,打造數字經濟新亮點。細化各項評估名額,對标國外市場的營運服務能力,提升終端體驗,提高企業“出海”的品質。有序推進試點合作,提升空天地一體化資訊網便利程度。結合北鬥導航、衛星通信、無人裝置等技術優勢,在跨境自貿區先行探索,利用“一帶一路”的沿線便利,與通信基礎設施仍然較為薄弱的國家和地區開展合作試點,将現代化的智慧惠及沿線人民。