2021年無疑是一個中國航太事業的「大年」,最為世人矚目的成就,當屬天和空間站的建設完成,以及先後兩次的載人航太工程實現。
可以說,航太事業從誕生的那刻起,即代表一個國家的硬科技實力水準。航太工程中的「國家隊」表現,體現了我國毋庸置疑的第一梯隊實力。
但在農曆新年前夕,一則不那麼起眼的新聞,則體現了我國航太事業中「民間力量」的崛起。據人民日報1月18日報導,「中國民營航太的領頭羊」銀河航太,其6顆低軌寬頻通信衛星已經從自助建設的衛星研發線下線,完成了出廠評審,運抵發射場。
它的意義在於,「這是我國首次批量研製低軌寬頻通信衛星」。
這個消息沒能掀起波浪,兩排共6顆的小衛星,明顯不如天和空間站看起來恢宏磅礴。不過,這依然是一個值得關注的消息。首先,它是航太技術在我國的民營化進程中可喜的一步。其次,更重要的是,它關乎一個新的基建事業。
新的基建是指「衛星互聯網」——2020年4月,國家發改委明確新型基礎設施的範圍,衛星互聯網作為通信網路基礎設施被納入新基建。
作為基建,其重要性不言自明。更值得注意的是,這一次「新的基建」,其特徵也與此前大有不同。
甚麼是「衛星互聯網」?
如果對商業航太略有關注,那就不難覺察到上述消息的意義,所謂的「低軌寬頻通信衛星」,不正是馬斯克麾下SpaceX的「星鏈衛星」嗎?
而要解釋清楚,就不得不先做瞭解,什麼是「衛星互聯網」。
通俗地理解,衛星互聯網是指,由帶有網路接入功能和通信功能的衛星提供的互聯網服務。這就是說,用衛星代替了地面上的基站。
我們知道,互聯網的運作背後,是端對端的資料的傳輸和交換。現實場景中,個人的智慧手機是一個終端,經由路由器提供的Wi-Fi,接入了以光纜為介質的資訊交換道路。接著,資訊抵達核心網,在核心區伺服器完成資料的申請、獲得,最終交換回饋,回到個人的智能手機。
「衛星互聯網」的機制同理,只不過區別是,資料的交換是有空中的衛星完成。正因如此,它也被稱為「天基網路」。相應地,我們當下使用做多的地面基站網路服務,也被稱為「地基網路」。
然而,問題也在此刻浮現:地基網路能夠滿足需求,又何必「上天」呢?
天基網路的建成必要性,可分為兩個層面。首先是,天基網路在機制上,比起地基網路有較大優勢,兩者可以形成互補的關係。其次是,在現實世界中,天基網路本就有很大的市場需求。
天基網路的機制優勢不難理解。由於基站在「天上」,因此,天基網路的搭建過程,可以無視地面因素。那麼,無論在高山峭壁,還是在荒漠大海,都能夠通過天基網路接入互聯網。這是地基網路無法比擬的優勢。
由此而來的,則是對兩者成本效益的經濟考量。在特定的場景下,天基網路的性價比更高,能夠滿足企業的盈利需求。
這也不難理解,遑論荒漠、海洋這樣的極端場景,就算是在稍微偏僻的地區,隨著地勢深入,地基網路建設的成本越來越高,而相關片區的人口越來越少,這意味著市場越來越小,地基網路很難收回成本,這甚至變成一項長期的虧本買賣。
以上緣由,導致地基網路在發達地區密集建成,在落後地區卻難以接入,「旱的旱死,澇的澇死」。即便在美國,據美國聯邦傳播委員會2019年資料,仍有2100萬美國人根本沒有接入任何寬頻。
放眼全球,沒有使用過互聯網的人口更多。根據互聯網世界統計(IWS)2020年資料顯示,全球仍然有近30億人不能連接網路。
放眼全球,沒有使用過互聯網的人口更多。根據互聯網世界統計(IWS)2020年資料顯示,全球仍然有近30億人不能連接網路。
由此而來的,自是天基網路能夠覬覦的商業市場。據美國衛星工業協會資料,2018年全球衛星行業總產值2774億美元,保持穩健增長。
更不能忽視的是,它仍處於起步階段,市場遠未能得到充分開拓。
航太應用的演進
在巨大的市場當前,各方力量當然不會閑著。從SpaceX成功實施「星鏈計畫」以來,短短三四年間,賽道中加入了許多重磅選手。
目前來看,處在國際領先水準的專案,分別是SpaceX的星鏈計畫(Starlink),英國衛星通信公司的「一網工程」(OneWeb),以及亞馬遜的「柯伊伯計畫」(Kuiper)。
中國自然不會缺席,在對衛星互聯網的產業部署中,國內企業被分為「兩大陣營」。一是「國家隊」主導的「行雲」「鴻雲」「鴻雁」等項目,二是以銀河航太、九天微星等民營企業代表建設的項目。
可以看到,無論是「捷足先登」的,還是後起之秀,競逐的各方已經各就各位。然而遺憾的是,衛星互聯網的產業終局,勢必不會出現百花齊放的盛勢,只會出現贏家通吃的現實。
為什麼?這就涉及衛星互聯網這個「新的基建」的特殊性——它的資源極度稀缺,用完就沒了。此處的資源主要有兩個:軌道資源和頻譜資源。
無論軌道資源還是頻譜資源,它們都在「空中」,然而現實是,我們只擁有一個太空。這就意味著,對軌道和頻譜的開墾運用,無法像對地質資源的開發那樣「圈定」起來用。在太空上,先下手為強,再後來的對手「湯都端不上」。
至於太空資源的分配規則,我們不妨從商業航太的歷史入手——
人類對太空的探索從1965年開啟,在那一年,國際通信衛星組織發射了第一顆國際通信衛星。此後半個多世紀,隨著航太科技的反覆運算升級,商業航太形態呈現出明顯的階段性。銀河航太CEO徐銘稱之為1.0、2.0、3.0三個階段。
首先是1.0時期,就從1965年算起,這是的航太體制是「國家任務+公司體制」模式為唯一。值得注意的是,這階段的通信衛星是以GEO衛星為主,也即「地球靜止軌道衛星」。它的優勢是,衛星的服務範圍廣闊,因此,組成全球網路僅需要十幾顆衛星甚至幾顆(理論上,3顆GEO通信衛星就可以覆蓋全球)。
但它的缺點也是明顯的。由於GEO衛星軌道高、品質大,對技術的要求也更高。於是毫無疑問,這樣「高造價、高可靠、高成本」特徵,唯有在國家力量的主持之下才能持續。
商業航太的2.0時代,「銥星計畫」是個代表工程。1987年,當時的通信巨頭摩托羅拉就發現了衛星通信的價值,著手進行銥星計畫。受制於技術限制和商業需求,銥星計畫採用了「低地球軌道通信衛星」,這種衛星軌道低、品質小,成本相對好控制。
不過,銥星計畫是一個「過於超前」的工程。根據計畫,它由66顆星組成,提供行動電話、尋呼和資料傳輸等業務。但在當時,衛星研製和發射的成本過高,這導致銥星計畫的投資方以破產結束。
銥星計畫的失敗,原因是多方面的,其中不容忽視的是,銥星公司並不掌握核心技術。在組網過程中,衛星研製,衛星發射,無不依靠產業鏈的支持,這導致成本居高不下,「拳頭產品」受制於他人。
終於到了3.0時代,馬斯克的SpaceX是其中代表。這階段的商業模式經過大改,首先是,由於資訊技術從2G過渡到移動互聯網時代,星鏈計畫的發射衛星數遠遠超過銥星計畫,達到了約42000顆。另外,更大的改變是,SpaceX搭建起從衛星研製、衛星發射、後臺控制等一整個的產業鏈,有效地壓低了成本。
然而,SpaceX的成就固然不凡,但這也帶來了資源配置的問題。據科學界估算,低地球軌道上,可容納的衛星數量在6萬顆。那麼,光是「星鏈計畫」就佔用其中近三分之二,它豈不是成為低軌道太空上的「壟斷者」?
另一方面,隨著無線技術的更新反覆運算,乃至海量終端下「萬物互聯」的願景,頻譜資源也趨於緊張。
我們知道,無線通話也好,無線上網也好,資訊都是通過空中的無線電波進行傳輸。那麼,為了避免信號干擾,不同的資訊佔用了不同的頻段。在世界範圍內,國際電信聯盟(ITU)是頻譜分配的規則制定者,原則上實行的是「先報者得」。這意味著,已經被開發的頻段,就不被允許後來者挪作他用。
要知道,無線電波的頻率範圍雖然很廣,但是,能被用作通信的頻段占比卻很小。即便抱著樂觀的態度,假設將來能夠開發更高頻率的無線電波,當中的成本也會水漲船高。相比佔領了優質頻段的「前輩」,一步慢,步步慢。
「圈地運動」再現
歷史上,太空被看作是純潔之地。遺憾的是,這將徹底地成為歷史。
截至2022年2月,星鏈計畫已經累計發射近2000顆衛星,據馬斯克在推特宣稱,其中1469顆衛星處於活動狀態,272顆衛星即將進入運行軌道。
可是另一方面,星鏈計畫在當下的觀感不佳,被各界人士廣為批評。尤其是天文科學界表示,馬斯克的衛星污染了夜空,這使得天文觀測遭受重創。
離我們更近的一則新聞是,據媒體報導,2021年的7月和10月,星鏈衛星兩次接近中國空間站的運行軌道,險些造成碰撞事故。為保證安全,中國空間站兩次採取緊急規避措施。
要知道,在目前來說,星鏈計畫才起步不久,未來還將有約4萬顆星鏈衛星「上天」。由此可見,衛星互聯網作為新的藍海,其實依舊充滿變數。
然而,這不會改變「太空圈地」的未來趨勢。除了星鏈計畫,OneWeb和「柯伯伊計畫」還將發射數萬顆衛星。畢竟,軌道資源和頻譜資源作為戰略資源,令各方勢力都無法放棄。
在此前提下,我們能夠進一步理解,文章開頭提到的「我國首次批量研製低軌寬頻通信衛星」的成功背後的意義。
(向治霖/文)
