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本文作者——迟惑|《太空探索》杂志专业撰稿人
上周,蓝箭航天的朱雀二号遥六运载火箭,在东风商业航天创新试验区点火升空。网上不少人都在议论这枚火箭本身,说它是在给朱雀三号“打前站”。
这话说得没错,但很多人都忽略了这次任务里真正有意思的东西——火箭送上去的那两颗卫星。
(中国移动02星具备一块巨大的相控阵天线,展开后可能有十几平米)
这两颗卫星可不简单,一颗叫千帆DTC 01星,另一颗叫中国移动02星。它们要干的事情,往小了说是做技术试验,往大了说,可能会让整个通信行业重新洗牌。
先说中国移动02星。这颗卫星是中国移动牵头、银河航天研制的,核心任务就是验证一件事:普通智能手机不经过任何改装,能不能直接连上卫星上网。
官方给出的技术指标挺唬人的——理论峰值下行速率100Mbps,时延控制在50毫秒以内。啥概念?就是用手机直接连卫星,网速可能比你家Wi-Fi还快。
千帆DTC 01星也不差。它隶属于上海垣信卫星的“千帆星座”,未来要部署超过1.2万颗低轨卫星。这次它同样要做手机直连卫星和天地网络融合的试验。
说白了,这两颗卫星上天,就是为了验证一个很多人想都不敢想的场景:你拿着现在用的这部5G手机,不管是在沙漠还是渔船上,都能直接连上卫星刷视频、发图片。
有人可能会说,卫星电话不是早就有了吗?确实,上世纪八十年代就有了卫星电话,铱星系统、国际海事卫星都是老面孔了。最近几年,华为等手机厂商也推出了能发卫星短信、打卫星电话的机型。星链卫星上网,更是已经有1000万用户了。
(3GPP Release17标准引入了对卫星通信的5G NR支持)
但这些都算不上真正的“手机直连卫星”,关键区别有两个。
第一个区别,也是最核心的区别:以前那些方案都需要专用设备。
铱星等系统用专有协议,得买专门的卫星电话,一部几千上万块,功能单一。
近几年国内手机厂商推出的卫星通信功能,比如北斗短报文、天通一号卫星短信和语音通话,虽然集成在了普通手机里,但本质上还是专有协议。手机里头额外装了专用的硬件芯片,成本不低,所以只有高端机型才配这个功能。
星链也一样,必须在地面放一块相控阵平板天线来接收信号,再让手机连接WiFi热点。速度确实快,但是依然做不到手机直连。
这次试验走的完全是另一条路,比星链更超前的路——它要把5G基站搬到天上去,让普通的手机也能真正地直接连上卫星。
(未来具有大型相控阵天线的低轨互联网卫星,将给普通手机提供宽带直连服务)
具体点说,就是把地面5G基站的协议栈和接入能力集成到卫星里。
卫星在距离地面四五百公里的低地球轨道上飞行,相当于一个飞在天上的5G基站。 你手里拿的普通5G手机,不需要加装任何硬件,不需要下载任何App,就能直接和这个“天基基站”建立连接。
这背后的技术基础,是2022年6月发布的3GPP Release 17标准。3GPP是制定全球移动通信标准的国际组织,它在这个版本里首次加入了“非地面网络”功能,英文缩写叫NTN。
有了这个功能,5G协议本身就支持手机和卫星直接通信。而且这还不是终点。未来的6G标准会把“泛在连接”当作最基本的要求,卫星网络在6G里头是不可或缺的基础设施。
(过去的卫星直连带宽很小)
我国做试验既验证技术,也在3GPP争取话语权。
第二个区别,是速率。
之前的卫星通信,不管是卫星电话还是手机上的卫星短信功能,都是窄带速率。窄带是啥意思?就是管道很细,只能过一点点数据。发段文字没问题,传张图片都费劲,更别说看视频了。
这次试验追求的是宽带速率。100Mbps的下行带宽,足够你流畅地看高清视频、视频通话、传大文件。这才是真正的“卫星互联网”,而不是“卫星电话”。但这里有个问题很难解决。手机和卫星的距离太远了。
(星链上网,也是需要一块接收天线做WiFi热点,做不到手机直连)
地面上的5G基站离你也就几百米远,最多数公里。卫星呢?在低地球轨道上运行的卫星,离你三四百公里。距离远了,信号衰减得厉害。而且手机的发射功率是受严格限制的,通常只有几百毫瓦。就这么点功率,要跟四百公里外的卫星实现宽带通信,听着有点像天方夜谭。
但是,这次发射的千帆DTC 01星和中国移动02星,都装了一块巨大的相控阵天线。
从官方发布的视频里可以看到,这个天线是可折叠的,发射时收起来,入轨后展开,展开后的面积可能接近十平米,甚至更大。
(国内积极研制相控阵天线通信卫星)
相控阵天线是什么?你可以把它理解成一个由成千上万个小型天线单元组成的阵列。这些单元协同工作,把信号能量集中到一个很窄的波束里,就像用聚光手电筒代替普通灯泡。
下行方向(卫星到手机),它能提供巨大的发射功率和天线增益,让手机能收到足够强的信号。
上行方向(手机到卫星),它也能提供强大的接收增益,即便手机发射功率很小,卫星也能“听”得清。
说白了,手机功率小没关系,卫星上装一个足够大的“耳朵”和一个足够强的“喇叭”,问题解决了。
(美国AST SpaceMobie公司在2022年发射成功的BlueWalker 3试验卫星)
当然,咱们不是第一个搞这个技术的国家。美国的AST SpaceMobile公司早在2022年9月就发射了BlueWalker 3试验卫星,相控阵天线面积达到了64平方米,相当于一套小两居。
2024年9月,他们又成功部署了5颗第一代商业卫星BlueBird 1到5。2025年12月,第二代商业卫星BlueBird 6也顺利入轨。
(美国AST SpaceMobie公司已经部署了5颗BlueBird 卫星)
今年4月19日,BlueBird 7搭乘蓝色起源的“新格伦”火箭发射时,因为火箭二级发动机故障,卫星没能部署到预定轨道,直接报废了。SpaceX那边也没闲着。“星链”的某些新版本卫星也将配备大型相控阵天线,提供类似的手机直连服务。马斯克对这个市场虎视眈眈。
所以时间其实很紧迫。手机直连卫星这个赛道,未来几年会打得头破血流。谁的技术先成熟,谁的星座先部署到位,谁就能在万亿级别的全球通信市场里切走最大一块蛋糕。
对我国来说,这不只是商业竞争那么简单。 大家都知道,我们在地面通信基站的建设上,遥遥领先西方。但是在天上,目前还处于落后位置。低轨通信卫星技术的话语权,很大程度上掌握在西方国家手里。
如果我们能在手机直连卫星这个领域率先突破,率先实现大规模商用,就有可能在6G时代扳回一局。到时候,你在沙漠里刷短视频、在远洋货轮上打视频电话、在深山老林里开直播,都可以用上中国自己的低轨卫星网络了。