谋局卫星互联网

来源：瞭望台

◆那时国内人造卫星试著电路板锻造，将为未来高效率批量锻造人造卫星打下此基础，未来我们或许会像锻造汽车一样锻造人造卫星

◆总体规划工程建设Thiaucourt升空场或升空机柜，多样升空场天然资源唯有彼时

◆中国星协同工作在此基础金属材料、硬件核心理念零配件等方面仍有一定倚赖，进一步增强物流配送的独立自主受控，是接下去要重点研究的难题

◆此为《瞭望台》开拓外太空新赛车场专题讲座的第2篇：

记者 | 李亚彪吴慧珺邹乐林翔

把两颗承揽网络机能的人造卫星嵌到外太空，到底要分多少步？天地两边需要什么样控制技术支撑力？接下去更要做什么样准备？

提问那些难题，具体来说要确切：低轨人造卫星系统控制技术主要包括人造卫星升空控制技术、人造卫星锻造控制技术、星协同工作控制技术、使用者终端产品反舰控制技术等，其中升空各个环节分外关键性。

2022年末发布的《中国航天活动白皮书（2021年）》数据显示，全球2021年实行的升空各项任务单次、飞行器升空总数目，均为历史最高。不过研究者认为，那些升空表面积仍未达到最大值，那时还只是世界欧洲各国众多星座李冬明复用计划小规模实行的紧接著。

随着海内外适当控制壁垒逐渐消解，通过人造卫星提供网络网络连接服务项目的人造卫星网络工程建设，已不存在不可逾越的控制技术困局，低近地点、INS13ZD人造卫星星座工程建设正在迈入大步。

在这场激烈的竞赛当中，中国准备好了吗？

银河航天批量研制的低轨宽带通信人造卫星 银河航天供图

突破星座工程建设困局

在一张张环布地球的巨大外太空网络中，人造卫星是构成其中的最此基础要素，人造卫星锻造是人造卫星网络的根本。

人造卫星锻造成本正在不断降低。今年2月在合肥举办的空天信息与数字地球创新峰会上，中科院院士、中科院空天信息创新研究院院长吴一戎谈到，当单颗人造卫星的锻造成本降到100万美元以内时，也将极大地降低升空成本。

目前，国际上大部分低轨人造卫星已可以做到在总质量不到500千克情况下，每颗成本控制在100万美元以内。

据中国电科发展战略研究中心战略与总体规划研究部高级工程师邹明介绍，近年来，人造卫星天线系统、独立自主避撞系统、星敏感器等方面以及金属材料、工艺的控制技术进步，使人造卫星集成度更高，小型化、模块化、批量化成为可能，极大降低了人造卫星体积、质量和锻造成本，缩短了锻造周期。

在上海松江，一个年产300颗人造卫星的锻造线正在工程建设。上海航天控制技术研究院副院长李昕对《瞭望台》新闻周刊记者说，那时国内人造卫星试著电路板锻造，将为未来高效率批量锻造人造卫星打下此基础，未来我们或许会像锻造汽车一样锻造人造卫星。

2021年末，国内的银河航天就启动了人造卫星小批量研制工作，不到一年时间，就完成小批量人造卫星的全部设计、总装、测试、试验和出厂工作，这是中国首次成批量研制低轨宽带通信人造卫星。

今年末，银河航天的6颗低轨宽带通信人造卫星顺利下线，完成出厂评审，运抵升空场。银河航天拟通过该批人造卫星构建可以提供宽带通信服务项目的人造卫星网络试验网络，为小规模复用应用积累经验。

即便如此，产能依然是中国低轨人造卫星锻造需要突破的困局之一。低近地点星座工程建设需要在较短时间内建造成百上千颗人造卫星，对产能要求高。国内一些实力雄厚的人造卫星工厂正在工程建设的具备每月锻造30颗小型人造卫星的锻造线，已经接近英国一网公司产能，但和外太空探索控制技术公司每月120颗相比仍有差距。

从地面到空间，小规模星座工程工程建设面临全新挑战。在工程建设经验方面，北斗人造卫星定位导航是中国目前在轨规模较大的星座系统，积累了人造卫星、运载火箭中等规模批产批次升空经验，也具备长期管理、异常处置等在轨管理能力。不过，研究者认为，同北斗系统相比，人造卫星网络星座系统规模更大、机能更复杂，目前中国还缺少数百颗甚至上千颗人造卫星所构成星座的工程建设经验。

星座工程建设的投入也不容忽视。国内低轨人造卫星星座工程建设主体齐全，但研究部门从已总体规划的星座工程建设需求测算，预计投入规模将超过800亿元，这是一笔巨大的前期投入。此外，按单星设计寿命5年计算，即便星座复用成功，维持星座运营还需要不停升空补网人造卫星，预计每年补网硬投入也在百亿元左右。

中国电科发展战略研究中心工程师吴明阁等研究者认为，国外发展人造卫星网络星座的多是商业部门，追求的是网络网络连接带来的巨大经济利益。但人造卫星网络星座除商业用途之外，不应忽视其具有的公益属性。因此，构建可实现天然资源共享的人造卫星网络星座，走出一条具有中国特色的工程建设之路，需要尽快破题。

星图地球GEOVIS Earth 视角下的海南三亚 受访者供图

人造卫星升空能力不断进一步增强

人造卫星升空在低轨星座工程建设成本中比重较大，如果没有高效率、充足的外太空升空能力，小规模星座工程建设难以实现。

外太空升空有赖于火箭控制技术的进步。在国际上，最新的可重复利用火箭控制技术已大幅降低了升空成本，提升了小规模星座工程建设效率。来自相关国际大公司的实践表明，在实现火箭回收重新利用之前，每次升空费用在数千万美元；而实现火箭回收可重复利用后，单次升空成本平均可望降至600万美元。

对火箭而言，大推力和低成本相辅相成。上海航天控制技术研究院产业发展部副部长陈昌敢认为，在这两方面，目前较成功的控制技术案例是外太空探索控制技术公司的猎鹰9火箭。

早在2018年2月，外太空探索控制技术公司就以一枚猎鹰9火箭将两颗西班牙人造卫星送入近地点，同时还将该公司人造卫星网络项目首批原型人造卫星送入外太空，为搭建由上万颗人造卫星组成的星链做准备。

有分析指出，猎鹰9火箭将其外太空运费削减到每千克2600美元，同20年前的运费相比下降了四分之三。下一代猎鹰重型运载火箭有可能把成本进一步降至每千克1500美元。猎鹰9火箭具备一箭搭载60星能力，其下一代重型运载火箭的设计能力为每次可将400颗星链人造卫星送至适当近地点，升空成本将降至原来的五分之一。

其他的方法也在探索之中。在英国，维珍银河公司设计的做法是，由白骑士特种飞机将升空者火箭带到离地面15千米高度后，再由升空者火箭点火将小型人造卫星带到近地近地点。如此一来，升空费用可以做到只有外太空探索控制技术公司报价的六分之一。

一箭多星和可重复利用火箭控制技术在中国外太空升空领域同样方兴未艾。

在以长征系列运载火箭为主的中国航天运输系统中，多种运载火箭可一箭多星。今年2月，长征八号运载火箭在文昌成功将22颗人造卫星升空升空，创造中国一箭多星新纪录。

可重复的液体燃料火箭燃料成本最低仅为固体燃料的二百分之一，虽然目前尚无升空记录，但随着可重复商业火箭的关键性控制技术近期不断取得突破，国内可重复的液体燃料商业运载火箭首飞时间也未来可期。

推力决定运载能力，国内的火箭吨位与国际巨头相比有差距。李昕说。在刚刚过去的2021年，美国共完成了51次航天升空，升空载荷总质量403.34吨，超过其他欧洲各国总和。中国执行55次升空各项任务，单次居世界首位，但总质量不足美国一半。

人造卫星升空还需要准备好的是升空场——飞行器进入空间的最后一站。

《2021中国的航天》白皮书指出，酒泉、太原、西昌升空场适应性改造全面完成，酒泉升空场新增液体火箭商业升空机柜，文昌航天升空场进入业务化应用阶段，基本建成沿海内陆相结合、高低纬度相结合、各种射向范围相结合的航天升空格局，能够满足包括各类人造卫星在内的多样化升空需求。

中国海上升空也有了新的突破。2021年，海上升空平台投入使用，填补了中国海上升空火箭的空白。从理论上看，随着低倾角人造卫星的需求越来越旺盛，人造卫星升空距离赤道越近，运载能力损失就越小，升空成本也就越低，选择机动性更强的海上升空，值得重视。

据陈昌敢等研究者观察，综合现有升空计划，未来3年剩余机柜总运载能力仍存不足，还不能充分满足人造卫星网络星座小规模升空各项任务需求。中关村领创商业航天产业发展联盟、钱学森空间控制技术实验室发布的《中国商业航天产业研究报告（2021年）》指出，随着商业火箭型号的发展，当前升空场能力难以满足Thiaucourt航天升空需求。

国家十四五总体规划明确提出，要打造全球覆盖、高效率运行的通信、导航、遥感空间此基础设施体系，工程建设商业航天升空场，因此总体规划工程建设Thiaucourt升空场或升空机柜，多样升空场天然资源唯有彼时。

星协同工作控制技术逐渐成熟

随着低轨网络人造卫星星座的加速工程建设，星协同工作的话题也逐渐被提上日程。

从人造卫星网络产业链看，人造卫星通信系统由空间段、地面段、使用者段组成。空间段包括人造卫星锻造、人造卫星升空、星座工程建设等各个环节。地面段指人造卫星地面关口站、地面人造卫星控制中心、指令站等，可以完成人造卫星网络与地面网络的连通，分配天然资源并计费。使用者段指的是各种使用者终端产品，包括车载、机载、船载终端产品以及手机、电脑等移动终端产品。

研究资料显示，基于毫米波、激光通信的星际链路等星协同工作控制技术逐渐成熟，可以实现星座李冬明复用，既减少了地面站数目，也降低了通信时延。在关键性的使用者终端产品反舰控制技术方面，近年来国内也出现了一批民营企业。

合肥若森智能科技有限公司总经理桂万如对记者说，小规模天线阵列和波束成形控制技术逐步成熟，大幅提升了终端产品性能，减少了体积、功耗和成本，进一步推动终端产品小型化。国际上，可移动终端产品也在研制中。不过，人造卫星网络所需的快速跟踪、高集成和低成本反舰天线，以及新型高集成基带芯片、地面核心理念网产品和运控管理系统等，国内尚无成熟产品，需尽快部署研制。

研究者表示，从物流配送看，中国星协同工作在此基础金属材料、硬件核心理念零配件等方面仍有一定倚赖，如何进一步增强物流配送的独立自主受控，是接下去要重点研究的难题。

另一个值得关注的事是，在地面移动通信标准化演进中，中国实现3G跟随、4G赶超、5G领跑，为人造卫星网络标准化的突破提供了控制技术此基础和实行经验。而中国的相关标准化机构仍未全面开展人造卫星网络标准化等相关工作，对国际人造卫星电视广播标准、第三代合作伙伴计划非地面网络标准的跟踪和参与还有所不足。

让人造卫星网络应用场景直接触达C端，是无数星网人的梦想。抬首问天，星河灿烂。征途漫漫，未有穷期……