自去年9月華為和蘋果手機(jī)相繼推出衛(wèi)星通訊功能以來，錦緞研究院便一直密切跟蹤衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢。

一年過去了，我們發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)這一熟悉又陌生的通信技術(shù)正邁入商業(yè)化階段，標(biāo)志性事件是：

1)SpaceX在2023年首次實(shí)現(xiàn)季度盈利;

2)馬斯克獲得2023年度世界航天獎;

3)華為發(fā)布支持衛(wèi)星通話的智能手機(jī)。

置身于科技日新月異的時代，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)與我們息息相關(guān)。站在更高維度上，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)成為6G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要一環(huán)的全球共識正在形成，其儼然成為全球科技競爭的下一個橋頭堡。

01

漸行漸近的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)

1.衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是什么？

在介紹衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)之前，仍有必要先解釋一下衛(wèi)星這個大家都熟悉的概念。

衛(wèi)星是指在地球軌道上運(yùn)行的人造天體，它是由人類發(fā)射到太空中，用來執(zhí)行各種任務(wù)。按照用途主要分為通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星等。

通信衛(wèi)星是用于傳輸數(shù)據(jù)信號和語音信號的衛(wèi)星，其主要功能是提供長距離的無線通信服務(wù);導(dǎo)航衛(wèi)星主要用于地球點(diǎn)位的方向判讀以及全球定位和引導(dǎo)等，比如GPS和北斗導(dǎo)航系統(tǒng);遙感衛(wèi)星是用于觀測地球物理狀況和地理環(huán)境的衛(wèi)星，主要用于地物識別、對地觀測、測繪成圖等。

接著講到衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的概念，其是通過一定數(shù)量的通訊衛(wèi)星形成規(guī)模組網(wǎng)，是一種能夠完成向地面和空中終端提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入等通信服務(wù)的新型網(wǎng)絡(luò)。

與傳統(tǒng)的移動通信相比，衛(wèi)星通信最大的區(qū)別在于中繼媒介是衛(wèi)星而不是地面基站。每顆通信衛(wèi)星相當(dāng)于運(yùn)行在地球上方的移動基站。

眾所周知，我國地面通信基礎(chǔ)設(shè)施極為完善，“人口覆蓋率”達(dá)到99%，但“國土覆蓋率”卻僅有三成左右。換句話說，大量的深山、沙漠、戈壁無人區(qū)等沒有地面網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋，無法與外界進(jìn)行有效通信。

相較之下，衛(wèi)星通信具有更廣闊的覆蓋范圍，打破了距離限制，而且突破了地理環(huán)境的限制。在傳統(tǒng)移動通信無法建設(shè)基站或者基站遭到破壞的場景下，建立衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，可用于航空、航海、軍事、科考、應(yīng)急通信等特殊場景。而這些場景，靠傳統(tǒng)的基站顯然是入不敷出的，而衛(wèi)星這個“移動基站”則是更可能的選擇。

以個人應(yīng)急求救場景為例，通過手機(jī)終端直連衛(wèi)星的通信方式，即便身處無地面網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的環(huán)境下，也可實(shí)現(xiàn)信息互通，發(fā)出求救信號。

再比如，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可以用于海上船只之間、船只與陸地之間的短消息收發(fā)、話音調(diào)度等基礎(chǔ)服務(wù)和船舶預(yù)警、視頻監(jiān)控等高級服務(wù);在軍事領(lǐng)域，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可以更好地維持網(wǎng)絡(luò)連接，感知戰(zhàn)場態(tài)勢，獲取情報。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的深度普及，空中機(jī)載、海洋船載、空間中繼等傳統(tǒng)地面場景之外通信需求日益增加，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的重要度和優(yōu)先級正不斷提升。

2.衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)邁入商業(yè)化時代

由于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)具有無可比擬的優(yōu)勢，堪稱科幻版的通信技術(shù)，各國科學(xué)家們數(shù)十年前便開始探索，并嘗試將衛(wèi)星通信應(yīng)用于普遍服務(wù)場景。然而，真實(shí)進(jìn)展可謂一波三折。

通信衛(wèi)星根據(jù)軌道高度不同，主要分為低軌、中軌、高軌三大類。在過去，由于發(fā)射衛(wèi)星的成本極高，科學(xué)家們選擇將衛(wèi)星放置得更高，也就是高軌道。因?yàn)橥瑯右活w衛(wèi)星，進(jìn)入高軌道能覆蓋更大的范圍。

不過隨之而來的是更加復(fù)雜的技術(shù)問題。盡管高軌道衛(wèi)星的覆蓋面積大，但它們距離地球?qū)嵲谔h(yuǎn)，導(dǎo)致通信帶寬和通信速率都比較低。因?yàn)椋酶叨葋頁Q取更廣的覆蓋率的道路暫時被堵住了。

于是，科學(xué)家們目光轉(zhuǎn)向軌道高度小于2000km的低軌通信衛(wèi)星。相比高軌衛(wèi)星，低軌衛(wèi)星具有傳輸時延低、鏈路損耗小、發(fā)射靈活、可靠性高等優(yōu)勢，更適合終端小型化和高速數(shù)據(jù)傳輸。盡管單顆衛(wèi)星覆蓋能力較弱，但可以靠量彌補(bǔ)劣勢，通過幾十到上百顆衛(wèi)星組成的星座網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全球范圍的無縫覆蓋。

與此同時，地面移動通信通訊也在不斷發(fā)展壯大。雖然放低高度的衛(wèi)星通信解決了高軌衛(wèi)星的諸多問題，但仍然存在使用成本高、通信速度慢、應(yīng)用規(guī)模小等問題，導(dǎo)致商業(yè)化進(jìn)展緩慢。長期以來，衛(wèi)星通信主要應(yīng)用在海上、機(jī)上高空通信等少數(shù)特定場景，作為地面通信網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充。

20世紀(jì)90年代，聲勢浩大的“銥星計劃”就是一個典型例子。由于在通信質(zhì)量和資費(fèi)價格方面處于劣勢，摩托羅拉總共獲得不到十萬用戶，這對于耗資超過50億美元的初始投資和成本高昂的維護(hù)費(fèi)來說不過是杯水車薪。最終，“銥星計劃”運(yùn)營不足一年，便以失敗告終。自那以后，衛(wèi)星通信陷入了漫長的停滯期。

直到最近，我們看到衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)邁入商業(yè)化時代的趨勢。在2014年之前，全球每年發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量僅有約百顆，隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的興起，全球衛(wèi)星年發(fā)射數(shù)量在過去十年中迅速增長了十倍之多。

打破僵局的是馬斯克的SpaceX，其靠一己之力使得衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)化看到勝利的曙光。大幅虧損數(shù)年的SpaceX到2023年第一季度已經(jīng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)兩個季度盈利。

而馬斯克，靠的就是極致的成本壓縮。比如Space X在商用運(yùn)載火箭領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)可回收與重復(fù)使用，大幅降低了單次發(fā)射成本。同時，Space X采用“一箭60星”的發(fā)射技術(shù)，進(jìn)一步降低單顆衛(wèi)星的發(fā)射成本。2022年，Space X成功發(fā)射火箭61次，平均每隔6天就成功發(fā)射一次。

成本下降后，隨之而來的就是商用。星鏈的用戶數(shù)量正在快速增長，截至今年5月份，用戶數(shù)已超過150萬。未來隨著用戶規(guī)模的提升，星鏈得以進(jìn)一步攤薄成本，提供更低成本的衛(wèi)星通信服務(wù)，從而形成更大范圍商業(yè)閉環(huán)。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)還在創(chuàng)造越來越多的商業(yè)化應(yīng)用場景。2023年，在我們跟蹤看來，將成為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)化元年。在2023年1月的國際消費(fèi)電子展上，高通宣布推出衛(wèi)星通信技術(shù)Snapdragon Satellite，支持在移動設(shè)備上實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星雙向通信功能；到了9月，極氪發(fā)布全球首款衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)乘用車，新車型極氪001 FR將提供雙向衛(wèi)星消息與衛(wèi)星通話服務(wù)。

另一方面，通信衛(wèi)星低軌化、小型化發(fā)展趨勢奠定了衛(wèi)星制造成本下降方向。今年1-7月，全球共發(fā)射衛(wèi)星1883顆，其中低軌衛(wèi)星1435顆，約占總發(fā)射數(shù)量的76%。相比大型衛(wèi)星，小衛(wèi)星不僅體積較小、功能也更加專一。通過模塊化設(shè)計、柔性生產(chǎn)線、3D打印、供應(yīng)鏈優(yōu)化，衛(wèi)星生產(chǎn)模式正從價格高昂的定制化時代走向平價的工業(yè)化時代。

近幾年來，因?yàn)樾l(wèi)星低軌小型化和規(guī)模制造技術(shù)大幅降低了行業(yè)進(jìn)入門檻，除了聲名大噪的Space X，越來越多的民間資本涌入衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)。以Space X公司作為參考模板，就像當(dāng)年的特斯拉一樣，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)有望迎來2.0時代。

02

6G建設(shè)的軸心

1.下一代通訊技術(shù)將如何實(shí)現(xiàn)技術(shù)躍遷？

回過頭看，通信的形態(tài)一直是緊跟著技術(shù)的發(fā)展不斷演進(jìn)的，自20世紀(jì)80年代以來，幾乎每十年就會出現(xiàn)一次技術(shù)變革。

從1G時代的語音，2G時代的語音和短信，到3G時代的移動互聯(lián)網(wǎng)，再到4G、5G時代的視頻、直播，通信技術(shù)的發(fā)展改變了我們的生活日常。如今移動通信就像水和電一樣，已成為人類社會的基本需求。

圖片圖5：移動通信技術(shù)從1G向5G演進(jìn)歷程;資料來源：GSMA，錦緞研究院整理

未來6G通信的最大特征是將目光投向天空，由地面網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向天地一體化。區(qū)別于此前1G-5G的技術(shù)升級體系，6G通信將脫離單純依賴地面基站接入的桎梏，實(shí)現(xiàn)“空天地?！钡母呔S度通信需求。

6G衛(wèi)星通信架構(gòu)由天基平臺、空基平臺和地面平臺組成，由此實(shí)現(xiàn)對5G無法觸及的陸地與海洋、天空實(shí)現(xiàn)全域覆蓋，構(gòu)成一個地面無線與衛(wèi)星通信融合集成的全連接世界。

想象這樣一個場景，以后不管是在夏威夷沖浪，還是在空客上出差，還是在撒哈拉探險，你都能無縫接入高速的無線網(wǎng)絡(luò)，而這就是6G通信下的全連接。

對比現(xiàn)在的5G，6G有望達(dá)成更誘人的技術(shù)指標(biāo)：滿足Gbps體驗(yàn)速率、千萬級連接、亞毫秒級時延、厘米級感知精度、超90%智能精度等關(guān)鍵性能需求等。

更令人期待的是，6G將在5G基礎(chǔ)上拓展全新的能力邊界和應(yīng)用范圍，有望實(shí)現(xiàn)在5G主要場景基礎(chǔ)上增強(qiáng)和擴(kuò)展，包含沉浸式通信、超大規(guī)模連接、極高可靠低時延、人工智能與通信的融合、感知與通信的融合和泛在連接等高維場景。

2.中國3G掉隊(duì)、4G追趕、5G領(lǐng)跑，未來6G如何？

毋庸置疑的是國內(nèi)在3G時代起步晚且技術(shù)落后，從始至終沒有達(dá)到國外的水平。

直到4G時代，中國的通信技術(shù)水平可以說發(fā)生了天翻地覆的變化，通過快速補(bǔ)課，國內(nèi)4G實(shí)現(xiàn)與國際水平齊頭并進(jìn)局面。得益于通信網(wǎng)絡(luò)速度的提升，魅族、小米、OPPO等智能手機(jī)廠商快速崛起，形成了產(chǎn)業(yè)生態(tài)正向循環(huán)。

而在最新的5G通信技術(shù)，中國隊(duì)終于領(lǐng)先了一次。我國已經(jīng)建成規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)的5G網(wǎng)絡(luò)。截至2023年4月底，我國建成5G基站超273萬個，實(shí)現(xiàn)“縣縣通5G”。

但冷靜下來想想，中國5G雖然全球領(lǐng)先，但也沒有許多人描述的那么遙遙領(lǐng)先。畢竟4G速率已經(jīng)能提供100Mbps以上，可以支撐絕大多數(shù)應(yīng)用使用，一般場景4G都能滿足。5G并沒有出現(xiàn)顛覆性的應(yīng)用場景，更多是停留在4G時代，甚至很多人不再關(guān)注手機(jī)右上角顯示的是4G還是5G信號。

如果說4G相比3G是令人驚艷是質(zhì)變，那4G到5G只有量變。中國雖然在5G領(lǐng)域局部領(lǐng)先，在商業(yè)場景應(yīng)用開拓等領(lǐng)域，并沒有與其他發(fā)達(dá)國家拉開一個身位。更大的決勝局可能在下一代通信技術(shù)。未來通信技術(shù)已來，6G已成商業(yè)航天技術(shù)、軍事戰(zhàn)略和大國博弈的必爭之地。

今年1月11日，全國工業(yè)和信息化工作會議在北京召開，會議提出加快信息通信業(yè)發(fā)展，全面推進(jìn)6G技術(shù)研發(fā)。兩個月后，工信部部長金壯龍?jiān)俅螐?qiáng)調(diào)，將研究制定未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃，進(jìn)一步促進(jìn)6G技術(shù)研發(fā)。

面向未來的6G，雖然勝負(fù)還是個未知數(shù)，但在5G扳回一局的我們可能已經(jīng)輸在起跑線。畢竟6G的關(guān)鍵樞紐是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)前中國隊(duì)在這個領(lǐng)域并不占據(jù)任何比較優(yōu)勢。好在6G真正走進(jìn)千家萬戶、千行百業(yè)，是一項(xiàng)長期的系統(tǒng)性國家工程，不是一場閃電戰(zhàn)。接下來，每一次通信衛(wèi)星的發(fā)射、每一顆通信衛(wèi)星的入軌都可能影響中國6G的進(jìn)程。

03

新的軍備競賽拉開序幕：現(xiàn)狀與應(yīng)對

衛(wèi)星通信一直是各國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，沒有一個大國會缺席衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)。在5G通信領(lǐng)域處于劣勢的背景下，早在2018年，美國政府便推出《國家航天戰(zhàn)略》，通過部署多個衛(wèi)星星座計劃，推進(jìn)低軌通信衛(wèi)星組網(wǎng)工程建設(shè)，力爭主導(dǎo)全球低軌寬帶衛(wèi)星市場的話語權(quán)。

縱觀全球，英國OneWeb、加拿大Telesat Lightspeed、俄羅斯Sphere、德國Rivada Space Networks等低軌衛(wèi)星星座計劃紛紛加入衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)大軍。其中，美國的Space X在軌通訊衛(wèi)星數(shù)量全球領(lǐng)先;截至目前，Space X已經(jīng)累計發(fā)射了5178顆星鏈衛(wèi)星。

視線回到國內(nèi)，從時間上看，我們無疑是個后來者。在2020年9月，中國以“GW”公司名義向ITU提交星座頻譜申請，計劃發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)量達(dá)到12992顆，此時，距離Space X提出星鏈計劃已經(jīng)過去了5年。

還有一個問題是，低軌通信衛(wèi)星的理想高度是離地面550公里左右，太低或者太高都不適合。也就是說，在這個理想高度上能夠容納的通信衛(wèi)星數(shù)量是有限的，業(yè)內(nèi)專家推測大約可容納6萬多顆衛(wèi)星。

國際電信聯(lián)盟等機(jī)構(gòu)基本上實(shí)行的是“先到先得”原則——誰先把這個地方占上了，這兒就歸誰。另外除了空間軌道資源，我們還要搶頻段資源。和衛(wèi)星軌道資源一樣，國際上空間通信頻段的原則是“先申請先用”。然而，低軌衛(wèi)星的主要通信頻段，比如Ku和Ka逐漸趨于飽和。

總之，由于近地軌道資源稀缺，已然成為一種寶貴的戰(zhàn)略性資源，搶占低軌衛(wèi)星軌道和頻率的先機(jī)就顯得尤為關(guān)鍵。

未來，我國將用12992顆衛(wèi)星打造中國星網(wǎng)。按照計劃，第一顆星網(wǎng)衛(wèi)星將在2024年上半年發(fā)射。但其實(shí)難度不止于此，除了時間維度的布局落后，我國在衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)、商業(yè)模式等方面還有不小差距。

其中最為關(guān)鍵的我國火箭發(fā)射成本控制水平相較美國仍有較大差距，降本路徑主要受限于低成本推進(jìn)劑、回收復(fù)用和“一箭多星”等技術(shù)難點(diǎn)。此前馬斯克就曾透露，星鏈衛(wèi)星制造成本約在50萬美元/顆，而國內(nèi)低軌通信衛(wèi)星的平均造價約在3000萬元;再看衛(wèi)星發(fā)射成本，Space X使用獵鷹火箭的單星發(fā)射成本約為50萬美元，遠(yuǎn)低于國內(nèi)發(fā)射成本。

中長期維度，我們需要搭建屬于自己的星鏈，這需要涌現(xiàn)更多的中國版Space X，就像我們有諸多的造車新勢力一樣。

由于我國的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)處于早期建設(shè)階段，尚未形成規(guī)模化應(yīng)用服務(wù)，需要一定數(shù)量的衛(wèi)星首先完成組網(wǎng)，因此衛(wèi)星制造和發(fā)射環(huán)節(jié)成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鋮昌科技、臻鐳科技、航天電器、航天電子等頭部企業(yè)首先成為資本市場的關(guān)注焦點(diǎn)。

起個大晚，但要趕個早集，便是我們衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)處境。

事實(shí)上，美國早在1984年發(fā)布《商業(yè)航天發(fā)射方案》，允許私營企業(yè)有償提供發(fā)射服務(wù)，摩托羅拉的“銥星計劃”便誕生于那個時期。

而在我國，直到2015年，由國家發(fā)展改革委、財政部、國防科工局聯(lián)合印發(fā)了《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃(2015—2025年)》，提出支持民間資本投資衛(wèi)星研制和系統(tǒng)建設(shè)，增強(qiáng)發(fā)展活力。

借鑒海外的發(fā)展模式，國家層面正在加大支持民營火箭公司在低成本、可回收火箭領(lǐng)域的投入研發(fā)，持續(xù)提升商業(yè)航天火箭制造競爭力和市場活力。

2020年4月，國家首次將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入“新基建”政策支持的重點(diǎn)方向;2021年4月，國資委宣布成立中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司，專門負(fù)責(zé)統(tǒng)籌空間互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的規(guī)劃與運(yùn)營;今年7月9日，我國在酒泉成功發(fā)射衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星。

顯而易見，當(dāng)前我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程提速顯著。為了盡快補(bǔ)足短板，我國正在持續(xù)加強(qiáng)各領(lǐng)域能力和配套設(shè)施。比如開始建設(shè)首個商業(yè)航天發(fā)射場，有望于2024年實(shí)現(xiàn)首發(fā)。

隨著商用化元年確立，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的競爭不再是PPT之爭，而是實(shí)打?qū)嵉纳虡I(yè)決勝。新的科技競賽已拉開序幕，“空天地海”的6G時代，這次的比拼將是全方位的，我們每一個人都身在其中。