【小哈划重点：放眼2030，第一梯队我看好两张网：一张是Starlink，另一张是奋起直追的中国背景的卫星互联网星座，第二梯队看好kuiper和欧盟投资60亿欧元的卫星互联网计划，第三梯队才是OneWeb、Telesat、波音的相关计划等要么是过渡角色要么是补充地位的网络。】
9项关键技术问题比较分析，4个新特点，8个可能性，3个趋向……
最近有一个里程碑，我国首批自主研制批量制造的低轨宽带通信卫星一箭六星发射成功，首个国产自主低轨宽带星座由此组成。全覆盖、高带宽、低时延、低成本的卫星互联网，2022年在全球开始提速大发展。银河航天02批次量产卫星的这次星座验证组网，起到了关键时刻实力顶上、为规模化组网打下坚实可靠基础的作用。从02批产卫星的组网验证星座与Starlink的分析对比，以及该领域下一步各种动向与趋向的分析，可以观察清楚中国进展到了哪一步。结合相关技术走势，也可以对该领域未来多种可能性有所预见。在此将日前观察者网对我的采访整理、修改成文，供大家参考。本文大部分数据都出自个人估算或搜集，所有分析都是个人观点，并非相关企业/机构官方信息，难免有偏差甚至错误。
一、9项关键技术问题比较分析：
1.通信容量孰高孰低？
银河航天称02单星设计通信容量超过40Gbps，个人理解这里的容量指的是对地面用户终端也就是对多用户上传加下载的总体能力，Starlink的这个指标是单星平均20Gbps，当然也有可能银河的40Gbps指的是双向“卫星对地面用户终端+卫星对信关站”的通信容量总和，考虑到之前银河01首发星对信关站的最大通信能力达到48 Gbps的后续公开信息，02批次单星通信容量即使这种算法，也是达到了与Starlink总体相当或实际高于Starlink的水平（后面第4条继续详解）。Starlink今年可能会发布单星通信容量80Gbps的Gen2也就是第二期卫星（此前有申请披露），不过其实际发射可能要等到Gen1也就是第一期一万多颗星组网完成，最快两三年以后由星舰来发射到比目前高不少的上层近地轨道了。
2.多用户服务能力在哪个量级？
比较意外的是，银河航天称此次验证组网的星座具备同时给几千个用户提供通信服务的能力，个人认为这可能是02批卫星取得的最主要的进展之一。Starlink单星可同时接入的用户数量在100-200之间，银河即使按照几千的最低值2000计算，单星服务多用户的能力也比Starlink高不少。当然“几千个用户”也有可能指的是天地一体、卫星通信与5G融合的情况下，透明转发、5G回传，星座直接间接服务到几千个地面用户。不过个人认为大概率可能是卫星对地面用户终端的直接服务。
3.天线技术有了变化？
如果直接接入用户的确可以达到数千，就有理由猜测02批卫星上是不是采用了与01试验星不同的星载天线技术，或者采用了低轨宽带卫星侧相控阵天线技术，这一点目前还难以确证。
相控阵天线以“平板天线”的体积和净重，以波束赋形、波束定向的多点波束技术，结合频率复用，可以在快速移动中支持单星同时接入较高数量级的地面用户，且平均功耗低、信号增益高。LEO低轨道宽带卫星在总质量只有200公斤左右的迷你体积下，所需相控阵天线技术难度，与GEO同步轨道、HEO高椭圆轨道、MEO中轨道等大型卫星天线的集成度/通信密度不可同日而语。
Starlink已经全面相控阵化，银河航天卫星与信关站之间可能还是抛物面天线。
银河02批产卫星天线相比01星有了变化
Starlink卫星相控阵天线
4.波段与效率，哪种选择更适宜？
个人猜测，02批产星对地面用户终端和01首发星一样，工作在Ka频段，卫星对信关站的通信也和01星一样在Q/V波段，这样做的好处就是与地面用户终端之间的电磁波对云雨雾的穿透性比较强，技术更为成熟稳定可靠的同时也具有较高的带宽。Starlink有所不同，总体来说Starlink卫星对地面用户终端主要工作在ku波段，对信关站主要工作在Ka波段，但是也有早期和中后期的区别，早期ku，后来ka，ka波段比ku波段能够实现更高的带宽，后来Starlink开始实验V波段，结合Gen2也向FCC申请E波段。从轨道比早期规划大为降低、波段频率不断升高的变化过程来看，Starlink也是经历了相当长的摸索、调整过程。
相比之下，银河航天有一步到位的意思。从01试验星实测结果来看，银河在V波段对信关站的单天线最大通信能力为双向共48Gbps，Starlink卫星对地面关口站的下行通信容量尚未可知，如果推算一下，地面关口站8副天线对卫星的数据发送能力最高21.46Gbps，简单加减乘除的话，银河01信关站的单天线通信能力是Starlink的接近9倍。而从卫星与地面用户终端的通信测试来看，Starlink 的单终端/波束的速率仿真结果最高为674.3Mbps（波束边缘处），Speedtest和用户实感数据主要在60-100Mbps，银河01星优化的5G 信号体制单终端峰值通信速率为900Mbps，5G回传测试中，回传链路数据达到500Mbps以上，02星的数据测试也许过一段时间有披露，不知道会与01星相当还是会更高。
这种地面天线看得出来可以全向随动，进行卫星跟踪通讯
5.太阳能系统基本相当？
与01星相比，银河航天02批星的太阳翼也就是太阳能面板数量有增加，01星两侧两组每组2片，太阳翼总共4片，02星两侧两组每组2～3片不等，供电量增加了，主要意义可能在于支持更多用户同时进行宽带通信所需功耗。据说银河航天的太阳翼技术、光电转换效率比较领先，但具体输出功率没有看到过公开数据。Starlink太阳翼的折叠更为巧妙，太阳翼总面积大致10米长3.2米宽，峰值输出6kW左右，净重大约占卫星总净重的四分之一。
6.电推系统孰强孰弱？
银河航天01星首次在国内发射的商业卫星上应用了霍尔电推进系统，额定功率215瓦，推力10毫牛。电推系统可以让卫星实现轨道升降、变轨、姿态调控等功能，是卫星入网、动态组网、调整优化网络结构的关键。02批产卫星也有这样的电推系统。功率、推力是否有提升尚未可知。Starlink每颗卫星上有4台氪离子推进器，本质上也是霍尔电推进系统，也就是俗称的离子发动机。区别在于银河电推更为主流、传统，Starlink的电推系统采用成本更低的氪离子推进系统，有另辟蹊径的意思。
相当科幻的离子发动机——霍尔电推进系统，是非常重要的发展方向，已经有飞行器将其用于星际旅行，也正在成为卫星互联网的轨道动力基准。中美在这个领域都有深耕和进展，最新成果参数相当，我个人研究着重点只是网络，不是航空航天方面专家，在此不赘述。
7.轨道思路殊途同归？
这次发射提到六颗银河航天02批卫星成功入轨后将与首发01星共同组成验证星座，这就涉及到轨道面以及能够覆盖到哪些地区的问题。单就01星而言，根据星座轨道原理，可以由其测试信息，推测出01星的轨道倾角、信号覆盖情况。01星在北京信关站210公里外的河北唐山曹妃甸、四川成都信关站200公里开外的桃龙乡分别做过测试，那么如果在前者的中心点、后者的中心点之间划一条线，可以大致推测出，银河航天这个星座的轨道倾角基本和Starlink的2568、2368等星所在的一个倾角较大的轨道比较相似，西北-东南走向经过中国上空，只是01星的轨道高度比Starlink高不到一百公里。
02批产卫星的轨道高度大致在500公里左右，比01星低，轨道面、轨道倾角和01星可能有所不同。从验证组网的角度来分析，02批产卫星大概率会针对对卫星通信需求量最大的纬度区间（第9条继续详解），采用对这个范围覆盖能力更强的轨道面、轨道倾角。总体来说，最终规模化组网阶段的轨道规划思路，其原理会与Starlink比较类似，当然轨道面、轨道倾角的具体参数肯定会有所不同。
银河01星与Starlink 2568、2368星轨道角度可能相似
8.轨道所需卫星数量、通信仰角，背后何种考虑？
从公开消息看，银河航天这个星座具备单次30分钟左右的不间断、低时延通信服务能力，而02星绕地球飞行一圈需要90分钟左右；由此可以推测在这个轨道倾角（扇面）如果要形成环形星座，形成连续覆盖，单点24小时不间断通信，需要的最低卫星数量保守估计大致在22-26颗左右；单一轨道组网卫星数量多寡，当然也与卫星天线波束与地面的夹角（仰角）大小限制有关，越“斜”也就是仰角的度数越小越容易受地面障碍物、树梢影响。对于低轨宽带卫星的信号质量来说，越贴近90度的最大仰角越好。仰角变小的情况下，如果能够控制在40度以内信号被遮挡的概率会减小。所以理论上每个轨道的卫星数量越多越好，彼此错开的轨道总数也越多越好，越多的重叠覆盖越可以保证每个地面终端能够有机会同时连接多个卫星。
卫星通信仰角度数越大覆盖范围越小
更大的覆盖面积与更高的通信仰角，二者不可兼得。Starlink轨道高度550公里的卫星，地面与其通信仰角为40度至90度之间，单星信号最大地表覆盖面积64万平方公里，单波束覆盖半径8平方公里；银河01星在轨道高度为630km的情况下据称单星覆盖12万平方公里以上，说实话较为保守，但个人认为这种保守是有益的，地形遮挡、障碍物对通信影响因此更小。银河航天02星轨道高度500公里的情况下，星座单次不间断通讯时长30分钟左右的话，估计地面通信仰角范围比01星有扩展（仰角数值更小），也就是信号扇面扩大，不过形成的仰角可能还是没有Starlink那么“斜”，所以地面楼宇、树梢对通信质量的不利影响会比Starlink更小；粗略估算，银河02单星覆盖面积大概在40-50万平方公里。当然这些只是个人估算，最终还是要看银河会不会今后发布相关数据。至于轨道高度，两者基本没有优劣之分，只有轨道资源掌握程度、是否时延优先等方面的区别。500公里轨道高度的时延比550公里略好，但要做到同样的信号覆盖水平，反过来需要更多卫星。当然与通信仰角、覆盖面积同等重要的还有发射功率、信号强度，据说02批卫星载荷功率放大器的输出功率增加了50%。
9.如果规模化组网，需要多少轨道、多少卫星？
个人认为前期北极、南极可以先放在一边，而且全球卫星通讯业务需求分布其实很不均匀，北纬30度左右需求量最大，其中北纬15～45度之间需求占全球总需求的六成多。如果考虑的是卫星重点对中国国土完全覆盖的同时顺带有一些海外陆地、海洋覆盖的话，以银河02批产卫星的参数粗略估计，在采用低轨道倾角，覆盖南北纬30余度范围时，大约需要1200到1500颗卫星。
以上粗略估算只是从基本覆盖考虑，并且因为没有银河02星的准确通信仰角数据，所以如果推算结果不准确在所难免。在将银河02星验证星座与Starlink对比时，只是针对500公里左右高度的星座组网这个“基础层面”来做预估，轨道更高的“上层”组网因素并没有考虑进来。
Starlink在2021年底之前的组网主要是以第二次向FCC提交的申请为基础，原规划是22个轨道，每个轨道66颗卫星，调整后的计划是72个轨道，每个轨道22颗卫星，总数都是1584。已经在29个国家和地区开通、10多万付费用户、正在走向百万注册预订用户的Starlink，目前就是以这张网络为基础在提供服务。可以说1584颗卫星的第一阶段组网计划已基本完成，正在进入第三次提交修改申请以后的卫星总数4408、高达190个轨道的第二阶段组网计划。三次修改，一个明显的特征是极力扩大、充分抢占540-570公里这个黄金高度、北纬南纬54度之间的轨道资源。不过同为1584颗卫星的情况下，72x22的确比22x64能够实现更有效的覆盖，可谓一举多得的优选方案。
一箭多星发射，银河进行卫星互联网组网验证
9项具体技术问题分析之外，这次发射和组网验证还可以看到：
二、4个新特点：
1.批量研制批量生产：据称从02批产卫星开始银河建立了柔性、精益、智能的脉动生产线，引入3D打印等智造技术，形成开放、可靠、与民用结合的供应链，形成了具备一定规模的量产能力。而量产对大幅降低单星成本、压缩生产周期、提高集成度、稳定供应链、带动产业链上下游，无疑具有正向效应。
2.发射成本全面降低：02批产星单星190公斤，比首发试验星轻了10公斤，研发制造成本比首发试验星低一半；采用一箭多星发射之后，单星发射成本估计也比01星有显著降低；中国近地轨道发射能力已达25吨以上，理论上一箭百星只是时间问题，降低发射成本的关键在于实现重复利用的火箭回收技术，这方面多型火箭已在进行相关试验，这方面未来没有攻克不了的难关。
3.天地一体，与5G/6G网络融合：在01星各类5G实验基础上，02批产星比较强调构建天地一体的5G融合试验网络；与地面5G/6G网络融合，是卫星互联网未来发展的必然趋势，3GPP面向5G的标准当中涉及卫星与地面网络融合的部分，目前所有国家里中国的落地速度最快。未来卫星互联网与地面网络之间必然是合作、融合、互补关系，而不是竞争替代关系。这是银河02批产卫星验证星座与Starlink基本取向的显著不同。Starlink从根本上只是利用电信运营商帮助其完成网络覆盖。银河所提供给的建构是星座未来也将服务于各类通信业者，相关星座不仅可用于5G回传，也可为5G覆盖提供网络支持，未来可以有多种多样充满想象力的应用场景。比如运营商要对某个偏远地区进行5G覆盖，只需用卫星在骨干网和接入网之间进行远距离“中继”，卫星信号落地后提供给5G基站，以5G基站实现当地用户的覆盖，形成架构创新的移动通信网络。
4.通信遥感一体化：02批6颗卫星中，其中2颗卫星还搭载了遥感相机，可以实现对地成像观测，拍照/视频（在某处看到这么描述）均可，这是Starlink目前没有的功能。联想到长光辰芯日前宣布两款国产8K图像传感器（CMOS）国家重大专项开发取得成功的消息，02星未必装载了这款8K CMOS，但是以银河航天验证星座500公里的轨道高度，对地遥感应该会比将近3.6万公里轨道高度的地球同步卫星来得清晰。可以预期，通信-遥感-导航一体化的近地轨道星座，不久的将来会成为现实，这方面无非是哪个星座先迈出实质性的第一步的问题。Starlink已经联合有关合作方展开了这方面的探索实验。
三、下一步的7个可能性：
1.星间激光链路何时实验？Starlink已经先行一步，已经发射的2000多颗（1500多颗工作状态正常）当中270颗左右具备星间激光链路功能，这个数字随着新的发射还在持续增加。德国公司Maxar大概率是其激光模块供应商，而德国政府限制相关技术产品提供到中国。中国2020年首次实现卫星间激光通讯，低轨宽带卫星何时应用尚未可知，不过也不排除星间链路前期以Q/V或Ku/Ka波段进行通信连接的可能；星间激光链路未来势在必然，这是卫星互联网减少组网障碍和成本、降低对地面关口站依赖、通信容量倍增、降低时延的关键，甚至是卫星互联网能否成为天基骨干网的关键。
2.从透明转发到星上处理？星上处理技术必将迅速发展，这是未来低轨宽带卫星通信实现大容景、高性能的关键系统，智能化、开放平台、软件定义、虚拟化等相关趋势自不待言，Soc也就是系统级芯片浮出水面且快速迭代，相关智造标准化，产业供应链也渐次清晰，趋于成型。
3.高光电转换效率的薄膜、柔性太阳翼？除了能够增加能源供给、降低净重占比，还可以将更多净重份额、物理空间让渡给天线？
4.固态电池？能量密度倍增，除了能够减轻热管理难度，降低净重、缩小体积占比，还有助于卫星相对于太阳处于地球背面的时候数字处理、天线通信和电推系统火力全开？
5.折叠相控阵天线？一直到现在为止，即使四块相控阵的Starlink的平板卫星都还局限在天线只是平板的，而不是折叠/可伸展的；相控阵天线的发展有希望缩小单元面积和总体面积，但是受波段、功率等限制，不可能做到特别小，提高单星对地多用户服务能力的瓶颈未来主要在于天线而不是数字处理载荷；随着卫星能源供给水平的提高，像太阳翼一样能够折叠/可伸展的相控阵天线，有希望将单星同时接入用户数提高到新的数量级，1000-10000是可以预期的？（常见4G/5G基站可容纳1200/3600用户）。单星覆盖几十万平方公里地表的情况下，相比发射更多卫星，以高密度的可折叠/可伸展天线、信道智能管理速率与频谱、频率复用等提高每颗卫星的用户接入数量级，显然更为经济也更为实际。
6.电推一举多得？如果霍尔电推进系统功率、推力未来不断提高，成本显著降低的话，银河航天等中国卫星互联网力量是不是也有可能像Starlink那样，先由火箭将卫星发射到300多公里高度，再由电推系统来完成从300多公里到500多公里的轨道高度提升。这对降低发射成本、降低火箭回收难度，是不是一个一举多得的好办法？
7.太赫兹波段？有希望从实验走向应用吗？个人认为这方面目前还不能过于乐观，还需要继续探索很长时间，但卫星互联网3.0阶段也许太赫兹可期。
8.体系性代际突破？由点及面，卫星互联网的发展会出现显著的技术拉动、产业带动作用，技术集聚、产业集聚效应必然出现在有些国家和地区。在此基础上，有可能出现网络体系、通信技术体系的代际整体突破。未来网络形态、未来通信格局，可以重新想象，6G、7G等可以创新构想。
四、3个重要趋向：
1.卫星互联网的摩尔定律开始出现？智能化的数字处理载荷，将上演卫星互联网的摩尔定律吗？有强悍的算力、智力、传感力、连接力，才能实现超高容量的通信，才有通信遥感导航等一体化发展的未来潜力。
2.首先是各自为网，其次才是互联互通？各个国家和地区已经看到卫星互联网的战略价值、科技力量、产业意义和安全份量，纷纷行动起来加速布局，全球各类星座项目已经有200多个。各自为网将会是不同国家、区域未来必然发展趋势，在此基础上进行各取所需的互联互通。
3.频谱资源、轨道资源已经非常紧张？先到先得、谁占谁用的原则，使得相关资源争夺的紧迫性空前凸显。近地轨道可容纳的卫星数量大约6万颗，而预计到2029 年的时候地球近地轨道就将部署大约57000 颗卫星。全球处于组网、试验、立项等不同状态的星座计划，正在展开一场前所未有、势在必得、不容有失的竞赛。频谱资源的紧迫性高于轨道资源，目前已经到了刻不容缓的程度。只有快速组网、形成规模，才可能有一席之地。
迄今为止，对卫星互联网的质疑只要集中在三点：一是时延，二是多用户服务能力，三是安全。前面第三条的第1、5点已经回答了第二个问题，海量用户覆盖直接间接均可实现，通信容量、用户指数级增长并非遥不可及。不发展是最大的不安全，是第三个问题的终极答案，也是我一直以来的观点。卫星互联网15ms～40ms的时延，足以满足绝大部分场景的应用需要，光信号在光纤中传输，速度比光在真空中的传输速度低40%，这意味着通信距离越长，卫星互联网反倒越比地面固网、移动通信的时延要少。
地球上尚有80%的地方没有互联网覆盖，40%以上的人口未曾接入过互联网服务。解决数字鸿沟、数字普惠问题，将主要取决于卫星互联网的发展。金融、航空、航海、地质、林业、能源、制造等行业，物联网、车联网、云计算等领域，卫星互联网都将发挥重要作用。对于想要形成海外覆盖、构建国际网络的力量来说，只有卫星互联网这条路最为可行。电信运营商走向6G的过程中，拥抱天地一体是必然选择。
高弹性、高可用、高抗风险能力的卫星互联网，作为科技、产业战略高地，必将广泛普及、深入发展。卫星互联网必将是全航天产业科技、全通讯产业科技、全智能产业科技的综合竞争，是新通讯、新IT、新能源、新材料的结晶，是综合实力的博弈，也是科技观、发展观、世界观的体现。建设一张覆盖全球的卫星互联网，投资不及当初中国建设一张TD移动网络，更远不及5G组网投入，而浮现中的卫星互联网，必将是下一代互联网、下一代数字基础设施不可或缺的组成部分，甚至是未来旨为关键的新型数字基础设施。
好消息是，我国首个数字经济国家级发展规划——《数字经济十四五发展规划》明确提出，加速发展卫星互联网。2035远景目标明确提出要打造全球覆盖、高效运行的通信/导航/遥感空间基础设施体系。而去年卫星网络集团有限公司的正式成立，意味着中国正式开始出发。
放眼2030，第一梯队我看好两张网：一张是Starlink，另一张是奋起直追的中国背景的卫星互联网星座，第二梯队看好kuiper和欧盟投资60亿欧元的卫星互联网计划，第三梯队才是OneWeb、Telesat、波音的相关计划等要么是过渡角色要么是补充地位的网络。其它星座要么尚不明朗，要么体量过小，要么技术路线不彻底，存在但不重要。低轨道宽带卫星互联网的技术路线、发展路径、市场前景甚至未来格局已经足够清晰明确，此时此刻最需要的是坚决行动。科技产业战略制高点的争夺，下一代数字基础设施的创新构建与战略布局，中国至少不能缺席，更不能被时间甩在身后。
