陈根:从“国家队”到航天民企,卫星发射时
在天地一体化的趋势下,太空探索活动越来越频繁,尤其是近地轨道的卫星发射,可以说是热闹非凡。
据统计,2021年,世界* * *共进行航天发射活动144次,将1816个航天器送入太空,其中1777个在近地轨道,其受欢迎程度有目共睹。就在本月,太空探索技术公司还发射了两批“星链”卫星进入近地轨道,中国长征二号丙运载火箭成功将6颗低轨宽带通信卫星和1颗遥感卫星送入预定近地轨道。
目前,在距离地球1000公里以内的近地轨道,一个超越人类眼睛的空间,新的竞争正在逐渐显现,中国互联网卫星也加入了竞争,较量日趋激烈。
综合网络需要卫星互联网。
空间广阔。如果我们要把卫星从地面发射到太空,卫星根据轨道高度的不同可以分为三类:
因此,对于业务密度较低的广大地区,使用卫星通信系统比建设地面通信网络更经济。要知道,虽然我国固定互联网宽带接入用户总数超过5亿,但行政村光纤和4G网络接入比例超过98%。而欧美发达国家人口密度相对较低,居住分散,不适合铺设固定宽带,尤其是光纤。成本高对电信运营商来说是一笔不小的开支,成本回收时间长。
同时,对于某些类型的业务和应用,卫星通信系统具有一定的优势。虽然普通用户主要居住在城市或人口密集区,但导航、航空、海岛等区域也有较强的网络接入需求。据统计,全球约有20万次航班和数十万艘私人游艇,海上也有大量有通信需求的渔船和货船。沙漠、森林等区域也需要大量的网络覆盖,但传统的地面通信服务很难覆盖这些区域。这时候就需要通过卫星互联网来补充。
可见,卫星互联网作为一种重要的通信手段,与5G等移动通信技术并不对立,而是不断融合,构建一个海陆空一体化的通信网络。早在2020年6月,5G标准R16就已经发布,卫星互联网的技术文件就包含在其中。同时,卫星互联网作为构建空天一体化通信网络的重要组成部分,已被纳入6G的研发,并在未来的5G、6G等地面移动通信网络中与卫星互联网平滑切换。
另一方面,与其他卫星(地球静止轨道高通卫星和中地轨道卫星)相比,低轨卫星具有发射成本低、观测效果好、在轨重访周期短等优点。
在同等运载能力的情况下,低轨卫星采用更低的轨道,可以提高发射载荷的能力,效费比会明显高于传统卫星;
同时,由于轨道高度较低,低轨卫星采用快速响应方式,可以快速到达预定轨道并开始工作,实现高分辨率地面侦察,准确掌握地表和低空气象条件,甚至效果比传统卫星好很多;
在轨重访周期短,低轨卫星可以在短时间间隔内对同一目标进行侦察和观测,观测重访次数高于传统侦察卫星,可以获得更清晰的信息。
当卫星发射时
目前,低轨卫星互联网已经成为实现智慧航空、智慧海洋、智慧农业的重要抓手,成为各国开展重大科学基础研究的重要平台设施。然而,轨道资源是宝贵的不可再生资源,这是一个全球性的知识。这也使得对低轨道空间的竞争日益激烈,各国各种商业公司都在抢占低轨道空间资源。
马斯克的星链项目是世界上最雄心勃勃的卫星互联网项目。星链计划是太空探索技术公司提出的低轨道卫星互联网星座系统。该系统由不同高度的卫星星座和几个地面站组成。该系统建成后,由4.2万颗低轨卫星组成的星座将为全球卫星覆盖区域提供高速互联网接入服务。截至2021年底,太空探索技术公司已发射1944颗卫星链。
除了太空探索技术公司星链计划,还有多方参与2021的卫星组网浪潮。2021年,英国通信公司OneWeb通过8次发射将284颗OneWeb卫星送入太空,在轨卫星总数已达394颗。亚马逊的柯伊伯计划发射3236颗近地轨道卫星,投资超过6543.8亿美元,但仍有一颗卫星尚未发射。美国BlackSky公司的Black Sky卫星发射了5次,其中7次发射入轨,2次失败。美国初创公司行星实验室(Planet Labs)建造和运营的集群式地球观测星座仅用1次发射Flock-4s卫星。
回顾国内市场,低轨卫星的发射需求有目共睹。2021年4月,山东工业技术研究院两颗遥感卫星“齐鲁一号”和“齐鲁四号”全部搭载长征六号遥五运载火箭升空,成功完成年内首次将商业低轨卫星送入轨道。
在轨运行的还有北京耕宇慕星空间科技有限公司为广东省季华实验室研制的光学遥感卫星“佛山一号”,微纳星空研制的光学遥感卫星“泰景二号01”,零重力空间研制的两颗遥感卫星“金紫荆一号”和“金紫荆一号02”,以及起源于空间Neo-652的“天启星座”09。
事实上,早在2月初,商业航天飞机验证卫星“方舟二号”已经完成了首次飞行,但由于发射失败,卫星未能进入预定轨道。
此后,东方红卫星研制的商业遥感卫星项目京三号、厦大用于沿海浅海生态环境观测与研究的二号、源于太空用于小行星资源探测与研究的一号、吉林一号四颗卫星先后于2021年6月和7月送入轨道。
5438年6月+10月,东方红卫星研制的在轨大气密度探测卫星和商业气象探测卫星、南京理工大学研制的天元一号卫星、深圳空间技术有限公司与九天微星联合研制的金紫荆二号卫星、耿玉木星研制的LEO导航增强试验卫星、德宇航研制的合德二号卫星、上海李政卫星应用技术有限公司研制的VDES交通试验卫星成功入轨,成为今年第37次发射。
5438年6月+2月,长光卫星和天津云耀航天联合研制的天津大学气象观测卫星一号,以及李泽一号、宝云五号、金紫荆五号、金紫荆一号也由民营火箭星河动力成功送入轨道。直到2021年底的最后一次发射,2021中国发射的卫星数量为97颗。当然和美俄还是有一定差距的。
从“国家队”到航天民企
据相关数据显示,2022年全球航天发射报告次数约为260次,远超2021年的次数。其中,美国计划发射次数上升至145次。仅美国太空探索技术公司太空探索技术公司就计划在2022年发射50次以上,包括45次猎鹰9号发射和5次重型猎鹰发射。
此外,除去目前在轨的358颗卫星,OneWeb预计在2022年底前完成第一阶段全部648颗近地轨道卫星的发射和部署;亚马逊表示,计划在2022年第四季度向近地轨道发射两颗“原型”卫星;加拿大老牌卫星通信公司Telesat的首次发射计划将于2023年初进行;波音卫星互联网项目同年10月初刚刚被FCC批准部署1147卫星。
相比之下,由于中国的“星网”星座尚未大规模铺开,中国将继续保持与2021年类似的火箭发射总量,即仍将在50次左右。但是要知道,随着低轨卫星的发射,各个国家和商业公司都在抢占低轨资源,这意味着留给后发国家的空间越来越窄,轨道资源将成为一个重要的门槛。
对于尚处于起步阶段的中国商业航天发展来说,批量发展是一个非常重要的进步,因为卫星需要网络化、规模化才有意义。然而,目前除了控制技术之外,中国返回式运载火箭的发展仍然受到液体火箭发动机的制约。从这个角度来看,液体火箭的回收很大程度上依赖于发动机技术。火箭发动机要实现垂直回收,需要具备三次以上的启动能力和大范围连续改变推力的技术。
无论是“国家队”还是航天民企,都清楚航天技术的发展是一条长期的道路,只有突破瓶颈,才能实现快速发展。中国应尽快研制液体火箭发动机,以满足一次性发射更多卫星的需求,并掌握废弃卫星的回收技术。争取更多的近地卫星,在太空探索中获得更多的主动权。
另外,目前在中国,还是国家队在发射中起主要作用:航天科技集团完成了48次航天发射;民营梯队星河动力成功发射一箭五星,星际荣耀年内完成两次发射。因此,面对更加商业化的卫星互联网市场,中国应该扮演什么样的角色,以什么样的态度去应对和面对竞争,仍然是一个没有解决的问题。
通常一开始国家层面投钱组队开发卫星和火箭,是因为个人或民营企业没有实力开发航天。例如,登月的费用相当于两艘航空母舰的费用。但随着生产力的发展,深化空间探索势在必行,民营企业的参与也是大势所趋。所以,我们的卫星互联网除了发展“国家队”航天技术,还应该立足本土,发展民航企业,有别于“国家队”的发展,发挥优势。
可以预见,在未来,卫星互联网将发展出广泛的应用前景,如低轨卫星互联网、航天互联网、车联网等。,成为高技术、高投入、高产出的战略性新兴产业。但巨大的市场和发展潜力也意味着激烈的竞争。一方面,中国、美国、俄罗斯、日本、欧洲等国家和地区都非常重视卫星互联网的部署。另一方面,低轨卫星的空间轨道和资源日益紧张,卫星发射“通行证”争夺战日趋激烈。互联网市场的竞争已经从地面转移到了空间。