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卫星工厂与全球共建星座——专访九天微星副总裁李源



卫星工厂与全球共建星座

——专访九天微星副总裁李源

文|杨海霞 本刊记者

 导 读 

全自动化、标准化、批量化生产的“卫星工厂”正在出现。在此基础上建一个全球共建共享的卫星网络,72颗星由72个国家合建,每个国家都只需要出一颗星的钱,可以享受72颗星实时的服务

“天地一体”的通信网

批量化生产的“卫星工厂”

全球共建共享的星座

2019年5月份,埃隆·马斯克(Elon Musk)旗下太空公司SpaceX发射了其新卫星网络Starlink的首批卫星。

中国的民营企业九天微星也于2018年12月发射“瓢虫系列”7颗卫星,进行物联网系统级验证,并提供在娱乐及教育应用场景方面的服务。

“星链”网络一旦建设完成,将真正实现覆盖全球的自组网络,这能否使人们摆脱对光纤和基站的区域限制?与此同时,全自动化、标准化、批量化生产的“卫星工厂”正在出现,这对于一些地广人稀、尚未接入地面网络以及通信服务过于昂贵的区域来说,会间接产生哪些影响?就这些问题,本刊记者采访了九天微星副总裁李源。

“天地一体”的通信网

《中国投资》:对于由低轨卫星组成星座或者星链来提供互联网服务,您是怎么看的?

李源:现有的主流的通信方式有几个方式:

首先,是地面组网。通常大家了解最多是地面运营商,通过地面蜂窝网为客户提供通讯服务,之前是2G、3G、4G,现在是5G,每一代通信系统都有比较大的革新,尤其是从物理层的革新。但地面网是蜂窝组网法,就是用一个小蜂窝对区域性客户进行覆盖,这是地面网的特点:区域性覆盖。

第二个方式,是连接各个大陆之间的海底光缆,这是90年代的技术,当时是由美国和欧洲一起推进,跟当时铱星的节奏差不多,海底光缆是起到大距离传输作用,而不是“最后一公里”的无线通信。

地面网做不到全球覆盖,是因为它的基因和特性决定。地面网包括系统级蜂窝组网或者非系统级组网,比如像WIFI、LoRa、bluetooth等组网方式,都是地面网的方式,传输距离大多数在在20公里以内,接下来5G一个基站的覆盖半径仅仅是15米,这是地面网的特点。

目前来说,全球只有20%的地表是有地面网,剩下80%都没有网络覆盖。这是我们看到的第一个所谓“万物互联”的空白。通信卫星最核心一个的特点是“广域”,是它可以做到全球覆盖的特点。

我们说到卫星,大家想的肯定不是低轨卫星,因为之前的主流全都是高轨卫星,距离我们非常遥远。卫星包括三种轨道,GEO高轨卫星,36000公里;MEO中轨卫星,18000到22000公里;LEO低轨卫星,200到2000公里。

高轨卫星的那波浪潮是在美国和前苏联核争霸期间推动起来的。高轨卫星的特点在于它距离地球远,功率大,一颗星重量为吨级,造价是20-30亿人民币左右,整个服役周期在15年左右。它的终端也需要做得特别大,因为距离远,需要很大的天线接收信号,比如在飞机、轮船上用的天线,最便宜是一万多块钱,带机械结构的价格能在一百万左右,非常昂贵。而且通信资费也较贵,如海事卫星服务一艘大船的通信资费在140万人民币/年的水平。所以高轨卫星的特点总结起来就是:高、大、贵、慢,而且整个成本回收比较慢。技术层面,高轨卫星也不能做到全球实时覆盖,高轨卫星天线为点覆盖,并不是广覆盖,也覆盖不到南北极区域。
低轨卫星融合了高轨卫星和地面网的优点,是非常高效的全球实时覆盖、双向宽带通信的组网模式。

《中国投资》:在这波低轨卫星浪潮之前,也曾经有一波低轨浪潮。

李源:就是90年代由美国的铱星、ORBCOMM和Globalstar牵引的一波浪潮,那个时候大家不是奔宽带卫星去的,而是全球电话语音以及SBD(Short Burst data)数据服务,类似于现在的物联网,也就是窄带数据服务。

当时铱星做的铱星电话,通信速率只有2.4kbps,但是它做了一张也是目前唯一一张全球实时通信的网络。当时卫星造价整个系统是60亿美金,定位是全球商务旅行人士。但同期随着GSM整个地面网的兴起,跨国打电话可以用很小的数字手机、很便宜的GSM网络就可以通话,没有必要用到铱星又大又贵、在室内还无法通话的这种通信方式,所以铱星市场定位出现问题,业务远远低于预期。但是现在铱星调整了业务架构,以政府和军队为主要服务客户,还是做窄带系统,2018年5.25亿美金营收,并发射了铱星NEXT,是一家非常健康的公司。

所以上一波浪潮,可以说是由窄带低轨卫星牵引的低轨卫星星座浪潮。而现在这波浪潮是宽窄一体的低轨卫星星座浪潮。

2015年OneWeb一网公司先发布了自己的星座计划,在1100公里左右的轨位发射第一批2460颗卫星,然后SpaceX的Elon Musk在华盛顿提出Starlink计划。到2019年5月份,Starlink发了60颗插拔刀片式的卫星惊艳全球。这60颗卫星主要做的是宽带卫星星座第一批初始验证星,发的轨道位置是440公里,用氪元素离子电推器到550公里,给用户提供网络服务。通信数据通过军方实测高达610Mbps,而且马斯克也用自己的卫星提供的服务发了一个推特。

《中国投资》:低轨卫星提供的服务可以取代高轨卫星吗?

李源:是的,在我看来高轨卫星很有可能被低轨卫星取代。因为高轨卫星具备广域特点,但是它覆盖不到南北极,这是它的一个缺点。低轨卫星可以覆盖南北极,并且有广域的特点。但是低轨卫星和地面网一定是强融合的,因为地面网和低轨卫星比起来,它的迟延是微秒级甚至是纳秒级的迟延。卫星距我们一千公里,整个延时到几十毫秒级,没有办法到纳秒级服务,地面网因为距离终端近,有不可或缺的优势。

现在从整个趋势来看高轨高通量的通信卫星的投资是锐减的,因为高轨卫星投入大,技术迭代慢,回报周期长等劣势,不符合现有商业资本的节奏。有了低轨卫星这种替代方式,单颗卫星成本低,又可以逐步投入,所以低轨卫星有替代高轨高通量卫星的机会和趋势。

接下来肯定是天地一体、宽窄结合的融合组网方式,地网和卫星都是不可或缺的。把两者结合起来用统一的标准、终端,为客户提供永不失联的网络是一个趋势。
接下来卫星星座里面一定会包括Starlink等宽带星座,以及铱星及九天微星的窄带星座。窄带星座针对的客户主要是物联网的客户,包括海上运输、地面运输,飞机监控,一带一路上的石油石化、管道监控以及钻井监控等领域。

用宽带低轨卫星给客户提供高通量的全球数据接入服务,用窄带低轨卫星给客户提供长待机、低功耗的全球物联网服务,所以两类服务是不一样的定位,针对市场也不一样,接下来宽窄一体的组网方式一定是主流。

批量化生产的“卫星工厂”

《中国投资》:低轨卫星主要解决什么问题?

李源:低轨卫星、高轨卫星和地面网这三种类型的组网方式,低轨卫星一颗星可以做到全球覆盖,因为低轨卫星物理特性是围着地球不断转圈,90分钟一圈。同时地球自转,像削苹果一样,自然而然把所有的苹果皮削掉,一颗低轨星可以一天对全球扫两次。

一颗卫星就可以全覆盖,为什么需要一直发卫星?一颗卫星对单点的采集,因为自转原因有一个回归期,一天只能对单点进行两到四次采集。九天自己设定的星座是72颗,通过不断的发星缩短采集间隔,逐渐实现实时的全球无缝覆盖。

在选择不同网络的时候,评估标准要看投入产出比,这里有几个核心的因素,第一,服务面积。低轨卫星网络到底能够落地服务多少面积,用户分布在什么样的地方;第二,信息密度,即单用户的通讯量到底有多大,是宽带还是窄带类型。针对这两个点,我们做了一张笛卡尔坐标,针对于覆盖的广域和窄域、通信的窄带和宽带。举个例子,低轨宽带卫星通信最典型的客户应该就是全球没有被连接的剩下的30亿人,也就是没有地面网(包括农村和现有服务过于昂贵或不可靠的地区)的这些人。

《中国投资》:全球没有被连接的30亿人,也就是没有地面网的这些人,包括哪些?比如非洲部分地区?

李源:是的。之前我们也跟非洲国家沟通过,如某个国家只有8%人口有智能手机,通信资费高达是54美金/500M,奇贵无比。地广人稀的澳大利亚、加拿大的很多地方,包括美国的中部和南部,也是没有地面网,全部用高轨卫星进行互联网接入,2017年的高轨宽带卫星用户数为190万左右。

《中国投资》:低轨卫星的优势是价格便宜?

李源:低轨卫星有一个特点,它是批量化研制和生产的,而高轨卫星是定制化研发。人类总共发了4000多颗卫星,高轨卫星基本是单独定制化的制做,非常昂贵。如果采用低轨卫星,首先单颗低轨卫星的容量是高轨卫星1/10,高轨卫星国外最厉害的高通量卫星可以做到100G以上,低轨一颗卫星是10-20G,是1/10到1/5的关系,但是单星成本可以降到1%,由20亿降到2000万,假设全球通信是均匀分布的,简单来看单个比特的传输成本降低了500倍-1000倍。我们能给用户提供的服务价格有1000倍的空间,肯定可以更便宜。低轨卫星之所以能降到2000万一颗,也就是因为它由单一定制化到批量生产化的转型。
目前国际上已经发布的卫星星座计划,都是成百上千甚至上万颗的部署,卫星制造正在向全自动化、标准化、批量化的生产的“卫星工厂”发展。通过生产水平的提升和供应链的发展,卫星将会变得非常便宜。

全球共建共享的星座

《中国投资》:在非洲可以怎么使用这个星座?

李源:在2017年的时候,我们发布了全球共建共享星座的模式。卫星是全球网络,在经过中国的时候连接中国的客户,在经过别的国家的时候就可以服务当地客户。从商业角度思考,如果在非洲没有客户,在非洲空着也是空着,为什么不能给非洲便宜的使用?因此我们提出建设全球第一个共建共享的卫星通信网络,如果72颗星由72个国家合建,每个国家都只需要出一颗星的钱,但可以享受72颗星实时的服务,把共享经济做到太空中去。在中国的运营商收中国客户的钱,海外运营商收海外客户的钱,非洲运营商收非洲客户的钱,这是我们当时提出来的商业模式。

基于这个商业模式,九天已经跟两个国家已经签署了两份战略合作协议,共建共享一张民营的低轨卫星窄带星座计划稳步推进中。

它们主要的用途从连接的角度来讲,让那些没有网络的人和物能尽快被连接,迅速完成信息化布局。信息化是所有领域的事情,而不是单一领域的事情。但是市场推广和应用会有一个顺序,比如跟非洲合作,肯定先从当地政府的角度考虑安全。第二从民生角度考虑,会在用救援物资监控、人员安全的监控以及牲畜位置和安全的监控。第三是用在农业上、能源上。第四是教育。

最重要的一点就是安全,在这种共享经济、共享太空大背景下如何做到信息的安全,也是可以通过星站端做到的,九天的星座可以保证信息安全,不用担心。

《中国投资》:之前您与一些国家沟通的时候,您觉得他们之所以对低轨商业卫星感兴趣,是看中哪一点?

李源:第一个肯定是品牌和国力。对于一些欠缺航天基础的非洲国家,如果能够把自己的卫星发上去,这是非常大的跨越。第二,本国的信息化建设。其中最重要一点是军事的辐射力,不论做遥感、导航和通信。如何具备这种能力,卫星是非常重要的一个手段和工具。第三,促进本国经济。卫星在在非洲农业、能源、动物保护方面是非常有应用点。最后还有教育、民生,比如之前有一个公司在非洲做做远程直播、远程教育类似的东西,是高轨卫星广播电视做的,诸如此类。

《中国投资》:在未来通信技术发展路线和趋势未定的情况下,巨大投资是否会形成浪费?

李源:我自己亲身经历了2G、3G、4G、5G的建设,当年2G是欧洲主导,3G美国主导,4G是中美欧基本持平,到了5G是中国占据领先地位,符合跟跑、并跑、超跑的战略布局。3G时代中国TD-SCDMA第一次占到标准的1/3。4G时,LTE一统天下,而中国是最大的运营商。到了5G,中国引领了。

接下来整个发展趋势不是空中楼宇,一定需要一个很坚实的应用基础,所以从2G到5G是逐步发展的趋势,很难从4G直接跃到6G。而且确实我们能感觉到卫星组网是未来网络重要组成部分。

首先,地面网现在投资遇到瓶颈,增量不增价,新的用户没有起来,尤其是宽带服务,看视频已经足够了,手机上看1080P就可以了,不需要看8K高清甚至更高分辨率,没有必要。手机这么大,视网膜分辨率就这么高。在新的应用起来之前,5G的超宽带服务目前没有规模化应用市场。

第二,物联网的发展是很重要的趋势。物联网接下来会呈直线性的上升,这是大概率的事情,所以对于卫星通信服务来讲,物联网的智能终端会大批量的在全球遍布,怎么有效的采集这些遍布全球的广域终端,在80%没有地面网的区域低轨卫星是最高效的方式,而不是基站。

第三,最重要的方向是全球互联问题。全球互联问题是基于90年代全球化的逻辑,一定有一张全球互联网络,在全球任何一个角落,都能被我们的网络连接。

编辑 | 杨海霞

设计 | 高  蕊