崔瀟瀟 趙煒渝 魏晨曦
(北京跟蹤與通信技術(shù)研究所)
隨著互聯(lián)網(wǎng)應用的快速發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)接入服務需求急劇增加。眾多低軌小衛(wèi)星星座的興起引發(fā)業(yè)界廣泛關注。其中,“一網(wǎng)”(OneWeb)星座計劃具有很強的代表性。該計劃旨在利用大規(guī)模低軌衛(wèi)星提供全球?qū)拵ㄐ欧眨湓谛l(wèi)星設計、業(yè)務布局、服務理念、批量研制等途徑上具有很多與傳統(tǒng)衛(wèi)星通信企業(yè)迥異的特質(zhì)。
2019年,一網(wǎng)公司(ONEWEB)提出的“一網(wǎng)”低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座進入快速發(fā)展階段。隨著2019年2月發(fā)射的首批6顆衛(wèi)星的發(fā)射升空,一網(wǎng)公司已經(jīng)穩(wěn)步開啟了超大規(guī)模低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座部署的序幕。2020年2月7日,一網(wǎng)公司在拜科努爾發(fā)射場發(fā)射了34顆組網(wǎng)衛(wèi)星,加上之前的6顆,在軌衛(wèi)星數(shù)量達到了40顆。
“一網(wǎng)”星座采用開放式架構(gòu),可在原有系統(tǒng)基礎上通過增加新衛(wèi)星提升星座整體容量。相比傳統(tǒng)通信星座,“一網(wǎng)”星座在通信性能、安全設計、生產(chǎn)制造等方面均有獨特之處。
一網(wǎng)公司一直致力于將單星研制成本壓至60萬美元,盡可能采用成熟技術(shù)和簡單的通信體制。單顆衛(wèi)星擁有16個Ku頻段波束,通過波束多重覆蓋,減少由LEO衛(wèi)星運行速度過快使用戶終端不斷切換衛(wèi)星連接造成的通信質(zhì)量下降。
在赤道上空運行時,為避免對地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星的干擾,“一網(wǎng)”衛(wèi)星采用“逐步傾斜”的專利技術(shù),對姿態(tài)和發(fā)射功率進行調(diào)整,避免對GEO衛(wèi)星產(chǎn)生干擾:當LEO衛(wèi)星接近赤道時,將對姿態(tài)和發(fā)射功率進行調(diào)整,從而保證該衛(wèi)星不會發(fā)出和接收干擾信號。此外,在赤道附近的一網(wǎng)公司客戶可以轉(zhuǎn)向使用國際通信衛(wèi)星公司(Intelsat)的“史詩”(Epic)系列衛(wèi)星,以保證信號不間斷。
為了應對太空碎片,一網(wǎng)公司采取了多種主、被動碎片清除措施。一是設計衛(wèi)星退役的離軌方案,每顆“一網(wǎng)”衛(wèi)星攜帶3~4個電推力器,可按照程序在達到設計壽命后5年內(nèi)主動脫軌,先降低軌道高度至200km,然后進行大氣再入;二是借助歐洲航天局(ESA)確定6家公司為“一網(wǎng)”星座衛(wèi)星離軌提供多種被動碎片清除服務方案。此外,為更好地滿足各國安全監(jiān)管要求,“一網(wǎng)”星座放棄了星間鏈路設計,改為通過全球布設關口站使衛(wèi)星連網(wǎng)。取消星間鏈路還可以進一步簡化衛(wèi)星設計,降低衛(wèi)星在軌故障的風險。
為滿足多達600余顆衛(wèi)星的快速部署需要,一網(wǎng)公司采取了眾多創(chuàng)新措施,可實現(xiàn)每月高達40顆衛(wèi)星的批量化生產(chǎn)。在生產(chǎn)線方面,通過與空客公司合作并借鑒現(xiàn)代汽車制造業(yè)經(jīng)驗,創(chuàng)新地采用了世界首條衛(wèi)星生產(chǎn)流水線,實現(xiàn)了一體化的設計、生產(chǎn)與測試流程;在設計方面,基于模塊化設計理念,將衛(wèi)星分為若干可獨立組裝測試的模塊,實現(xiàn)快速集成,并將功能相似的設備進行整合設計,以減少部件數(shù)量;在制造方面,大量采用協(xié)作機器人、自導引運輸車等自動化措施,實現(xiàn)整星批產(chǎn);在測試方面,將零部件測試流程提前到部件交付之前,并采用數(shù)字化測試、增強現(xiàn)實及大數(shù)據(jù)等先進技術(shù),大幅提升測試效率。
一網(wǎng)公司采取與美國高通公司、空客防務與航天公司、日本軟銀集團、可口可樂公司、印度巴蒂集團、墨西哥薩利納斯集團等各領域商業(yè)公司合作的模式,強力整合產(chǎn)業(yè)鏈要素,目前已經(jīng)融資數(shù)十億美元。
隨著“一網(wǎng)”星座的加速發(fā)展,將促進衛(wèi)星通信服務內(nèi)容、技術(shù)發(fā)展生產(chǎn)模式等全面轉(zhuǎn)型,推動天地一體化信息網(wǎng)絡建設,并為政府和軍方商業(yè)衛(wèi)星通信服務采購提供更多選擇。
“一網(wǎng)”星座從一開始即對空間段、地面段和應用段進行了全面考慮,實現(xiàn)了天地一體化設計,確保了各部分的同步論證、同步設計、同步研制。此外,一網(wǎng)公司采取了與地面通信網(wǎng)絡融合互補的發(fā)展思路,采用“天星地網(wǎng)”模式,通過全球部署的關口站接入地面通信網(wǎng)絡,提供用戶與地面核心網(wǎng)間的連接途徑、拓展地面通信網(wǎng)絡的覆蓋范圍;用戶可以使用已有的手持終端接入具有路由器功能的衛(wèi)星接收設備,進而訪問整個衛(wèi)星網(wǎng)絡?!耙痪W(wǎng)”星座將促進天地一體化信息網(wǎng)絡聯(lián)通,推動涵蓋國防領域在內(nèi)的信息基礎設施變革發(fā)展。
與傳統(tǒng)高軌衛(wèi)星通信相比,“一網(wǎng)”星座主要利用低軌衛(wèi)星傳輸時延低、信號衰減小、全球無縫覆蓋等特點,更適合為基層用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務。美國空軍2016年成立戰(zhàn)略開發(fā)規(guī)劃與試驗辦公室,旨在測試當前發(fā)展的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座的能力,確定是否滿足美國空軍的需求,為采購商業(yè)通信服務奠定基礎,其已經(jīng)開始與一網(wǎng)公司進行溝通,希望測試首批衛(wèi)星的通信能力?!耙痪W(wǎng)”星座與傳統(tǒng)衛(wèi)星通信一起,可為政府和軍方用戶提供更加多樣的衛(wèi)星通信服務,提升軍事衛(wèi)星通信能力彈性。
“一網(wǎng)”星座已經(jīng)進入部署階段,并計劃2021年啟動全球互聯(lián)網(wǎng)接入等通信服務,其代表的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座有望成為未來通信行業(yè)的重點發(fā)展方向。然而,互聯(lián)網(wǎng)接入等基礎電信服務關系到國防、經(jīng)濟和社會安全,不受管控的國外資本進入該行業(yè)必將引起信息安全風險,將受到各國的嚴苛監(jiān)管。因此,一網(wǎng)公司在全球推廣業(yè)務時必須通過各國的安全風險評估,并且獲得頻率使用許可,能否在各國落地將面臨巨大挑戰(zhàn)。
低軌小衛(wèi)星技術(shù)的不斷成熟,大大降低了利用衛(wèi)星提供商業(yè)服務的門檻,也將有助于商業(yè)航天的發(fā)展。從技術(shù)上來說,小衛(wèi)星巨大的應用潛力有待挖掘,目前,衛(wèi)星應用越來越多地從戰(zhàn)略級轉(zhuǎn)向戰(zhàn)術(shù)級,而小衛(wèi)星無疑是這種轉(zhuǎn)型的最大助推者?!耙痪W(wǎng)”星座將帶來衛(wèi)星技術(shù)、衛(wèi)星生產(chǎn)、衛(wèi)星應用和商業(yè)模式的全面創(chuàng)新,其運行模式能否最終取得成功,還有待時間的檢驗。