無論是在沙漠、海洋，還是山區(qū)、高空，地球表面實現(xiàn)寬帶互聯(lián)網(wǎng)全覆蓋、無盲區(qū)，走到哪里都能順暢上網(wǎng)，你期待嗎?
10月15日，我國低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座“千帆星座”第二批組網(wǎng)衛(wèi)星，以一箭18星方式成功發(fā)射。加上此前發(fā)射的成果，截至目前，在軌衛(wèi)星數(shù)量已達36顆。
“千帆星座”是面向普通大眾通信需求建設的低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座。今年是千帆星座大規(guī)模組網(wǎng)的第一年，目標是發(fā)射108顆衛(wèi)星，預計到2030年底，將完成超1.5萬顆衛(wèi)星的組網(wǎng)。
“千帆”組網(wǎng)為何需要發(fā)射上萬顆衛(wèi)星，這對衛(wèi)星制造和火箭發(fā)射提出了哪些要求，將如何影響我國商業(yè)航天產業(yè)的發(fā)展?
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，是指通過發(fā)射一定數(shù)量的衛(wèi)星，形成規(guī)模組網(wǎng)輻射全球，實現(xiàn)向地面和空中終端提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入等通信服務。通俗地說，就是把基站建到太空中，讓衛(wèi)星成為移動的基站。
打開地圖，我們會發(fā)現(xiàn)，城市只是一個個散點，大面積都是野外，在野外都建上基站，建設、維護成本過高，短期內無法實現(xiàn)。據(jù)了解，目前傳統(tǒng)的陸地移動通信服務僅覆蓋了不足6%的地表面積，全球仍有數(shù)十億人無法享受便捷的互聯(lián)網(wǎng)服務。
低軌衛(wèi)星星座則可以全球覆蓋，實現(xiàn)對偏遠區(qū)域、海洋等的網(wǎng)絡補充，尤其是在應急通信、公共安全、海洋科考等特定場景優(yōu)勢突出。比如，當自然災害發(fā)生、地面基站被毀時，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可以保障網(wǎng)絡暢通。
值得注意的是，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)不僅可以解決人與人之間互聯(lián)互通的需求，同時也是實現(xiàn)萬物互聯(lián)、打造新一代物聯(lián)網(wǎng)的基礎。據(jù)介紹，千帆星座建設完成后，將為交通運輸、新能源、智慧城市、智慧農業(yè)、應急救災、低空經濟等領域賦能。
近年來，我國高度重視衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產業(yè)發(fā)展，國家層面政策頻出。2020年4月，國家發(fā)改委將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入“新基建”范疇。2021年4月，中國衛(wèi)星網(wǎng)絡集團有限公司成立，負責統(tǒng)籌規(guī)劃我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。2024年初，工信部等七部門印發(fā)《關于推動未來產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》，提出前瞻布局6G、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、手機直連衛(wèi)星等關鍵技術研究，構建高速泛在、集成互聯(lián)、智能綠色、安全高效的新型數(shù)字基礎設施。
千帆星座官方發(fā)布的部署計劃，主要分為三期。一期部署648顆衛(wèi)星，提供區(qū)域網(wǎng)絡覆蓋;二期部署1296顆衛(wèi)星，實現(xiàn)全球網(wǎng)絡覆蓋;三期規(guī)劃由超過1.5萬顆衛(wèi)星提供多元業(yè)務融合服務。
所需衛(wèi)星數(shù)量如此龐大，是因為低軌衛(wèi)星運行速度相對地面運行速度高，需要大量衛(wèi)星組成星座來進行連續(xù)覆蓋。
其中，僅SpaceX的“星鏈計劃”，就計劃在2027年前將4.2萬顆衛(wèi)星送入低軌。目前，在軌的“星鏈”衛(wèi)星達6000多顆。
除了空間軌道資源，還有一個不可再生的重要資源，就是無線電頻率資源。按照國際電信聯(lián)盟的規(guī)定，頻率歸全人類所有，不屬于任何一個組織或者個人，所有的衛(wèi)星運營商想要在空間中使用某段頻率，都需要向國際電信聯(lián)盟提出申請。同樣是本著“先到先得”的原則，誰先提出申請，誰就享有這段頻率的優(yōu)先使用權。
目前，全球對于低軌衛(wèi)星的資源競爭非常激烈，美國、英國、加拿大、俄羅斯、德國、韓國等相繼規(guī)劃了宏大的低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星組網(wǎng)計劃。美國SpaceX(太空探索技術公司)主導的星鏈(Starlink)、歐洲主導的一網(wǎng)(OneWeb)等星座已經投入運行。
據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國多家公司在國際電信聯(lián)盟(ITU)申報的衛(wèi)星總數(shù)已經超過5萬顆，其中數(shù)量超過萬顆的星座計劃有三個。
但提交申請并不意味著一勞永逸，按照國際電信聯(lián)盟規(guī)定，如果沒有在規(guī)定時間內完成發(fā)射數(shù)量要求，則將被視為放棄軌道使用權。
具體來說，申請了頻率和軌位以后，7年內必須發(fā)射第一顆星，9年內發(fā)射總數(shù)必須達到10%，12年內發(fā)射總數(shù)需要達到50%，14年內整個星座必須完成發(fā)射，可謂時間緊、任務重。
千帆星座一期中有324顆衛(wèi)星的研制任務，由上海微小衛(wèi)星工程中心承擔。朱曉鋮是“千帆星座”型號的副總指揮，他敏銳地意識到，“我們不能再像生產奢侈品那樣雕琢一顆衛(wèi)星，只有批量化生產才可能滿足。過去是單星時代，而我們將走向群星時代?！?
據(jù)介紹，上海微小衛(wèi)星工程中心在千帆星座衛(wèi)星的設計環(huán)節(jié)，采用全數(shù)字化方式，在生產環(huán)節(jié)，對生產流程進行了脫胎換骨的改造。過去研制衛(wèi)星，所有流程“圍著衛(wèi)星轉”，即衛(wèi)星不動，一道道工序來為衛(wèi)星服務。而要實現(xiàn)批量化生產，就得讓衛(wèi)星動起來，進入流水線生產模式，像造汽車一樣造衛(wèi)星。
走進衛(wèi)星大樓，已有了進入流水線工廠的感覺：大量元部件先被安裝成組件模塊，再集成為系統(tǒng)，最后進入總裝車間，當一個衛(wèi)星空殼從頭到尾“走”出車間，也就完成了所有的裝配和測試。據(jù)介紹，目前該生產線顆以上衛(wèi)星的能力。
北京銀河航天是我國另一家領先的衛(wèi)星制造商，工程師林廣榮介紹，以往由于沒有需求，衛(wèi)星的批量化生產并沒有動力，如今，隨著我國衛(wèi)星大規(guī)模組網(wǎng)的實施，他們也進行了衛(wèi)星批量化生產的布局。不同于之前具備多種功能、在軌壽命長的大型衛(wèi)星，低成本、批量化是他們現(xiàn)在的研制方向。林廣榮表示，產能提升起來并不難，按照規(guī)劃，銀河航天南通衛(wèi)星智慧工廠的年產能預計可以達到300到500顆。
目前，我國已經部署了多個智慧衛(wèi)星工廠，包括航天科技集團五院的天津基地，航天科工二院的武漢基地，銀河航天南通衛(wèi)星智慧工廠，垣信衛(wèi)星投資的上海格思航天等。
千帆星座前兩批組網(wǎng)衛(wèi)星，均以一箭18星的方式成功發(fā)射，這也證明我國平板式衛(wèi)星堆疊“一箭多星”發(fā)射技術已經成熟。
這項技術將衛(wèi)星設計成平板式構型，使多顆衛(wèi)星可以像平板電腦一樣一層層堆疊起來，從而大幅節(jié)約運載火箭的內部空間，支撐大批量衛(wèi)星的高頻發(fā)射。
要進一步提升火箭發(fā)射能力、降低發(fā)射成本，發(fā)展可重復使用火箭是一條有效路徑。
可重復使用火箭是相對于一次性使用火箭來說，它在完成預定發(fā)射任務后，可以全部或部分返回地球并安全著陸，經過檢修維護與燃料加注可以再次執(zhí)行發(fā)射任務。目前國際上最典型的可重復使用火箭就是美國SpaceX公司的獵鷹9號。
目前我國國家隊以及各商業(yè)航天企業(yè)都在攻克可重復使用火箭關鍵技術。航天科技集團研制的重復使用運載火箭新技術驗證箭和藍箭航天研制的朱雀三號都已完成10公里級重復使用飛行試驗，航天科工集團快舟火箭、星際榮耀的雙曲線二號、中科宇航的力箭二號、星河動力的智神星一號以及天兵科技的天龍三號等可重復使用火箭都在按計劃攻克各項關鍵技術。
強大的工業(yè)基礎、完備的工業(yè)品類、豐富的工程師人才儲備、加速釋放的利好政策，都是我國發(fā)展可重復使用火箭的優(yōu)勢。就像朱雀三號火箭總指揮戴政所說的，“雖然SpaceX在前面跑，我們在后面追趕，但我們還看得到它，而且我們跑的速度比它快，差距會不斷縮小。”
△2024年9月11日，我國自主研發(fā)的朱雀三號可重復使用垂直回收試驗箭，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心完成10公里級垂直起降返回飛行試驗。
千帆星座進入常態(tài)化、密集型的組網(wǎng)階段，不僅意味著我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產業(yè)作為國家新型基礎設施建設的重要組成部分，正迎來“黃金時代”，也意味著上游衛(wèi)星、商業(yè)火箭制造以及相關設備、零部件企業(yè)真正擁有了“大客戶”，商業(yè)航天產業(yè)鏈有望全程打通。
部分內容參考中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、解放日報、中國航天報、人民郵電報、經濟參考報等
