梟梟

摘 要：我國首個天基互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)—“虹云工程”將于明年投入示范應用。今年10月，美國SpaceX馬斯克通過星鏈（Starlink）網(wǎng)絡成功發(fā)送一條推特消息，表明星鏈已經(jīng)可以提供天基互聯(lián)網(wǎng)服務。今年2月，OneWeb成功發(fā)射首批6顆衛(wèi)星，預計在2021年實現(xiàn)天基互聯(lián)網(wǎng)。種種進展告訴我們，天基互聯(lián)網(wǎng)正從理想照進現(xiàn)實，同時，全球科技巨頭們的“逐鹿之戰(zhàn)”已經(jīng)拉響。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);天基互聯(lián)網(wǎng)

萬物互聯(lián)時代：不止“地基”，更是“天基”

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的電子設備接入網(wǎng)絡，形成巨大的萬物互聯(lián)網(wǎng)。而萬物互聯(lián)的實現(xiàn)，離不開通信基礎設施—“地基”和“天基”，即地面互聯(lián)網(wǎng)與天基互聯(lián)網(wǎng)。

天基互聯(lián)網(wǎng)，也被稱為全球移動寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，指發(fā)射衛(wèi)星上天組網(wǎng)，以衛(wèi)星為基站，形成覆蓋全球的通信系統(tǒng)，為地面用戶提供互聯(lián)網(wǎng)服務。簡單來說就是衛(wèi)星網(wǎng)絡、全球WiFi。

天基互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由衛(wèi)星端、地面端、用戶端組成。它是一種微波通信，利用衛(wèi)星上的轉發(fā)器作為中繼站，轉發(fā)無線電波，實現(xiàn)地球上兩個或多個衛(wèi)星通信站之間的通信。

目前，衛(wèi)星星座主要以C頻段（4～8 GHz）和Ku頻段（12～18 GHz）為主，少部分衛(wèi)星采用Ka頻段（27～40 GHz）。頻率的高低決定了通信傳輸帶寬的大小，頻率越高，單位時間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量上限也就越高，所以高通量衛(wèi)星大多采用Ka頻段。但在發(fā)射功率給定的情況下，頻率越高，傳輸距離越小，因此高通量衛(wèi)星運行軌道主要以低軌道為主。目前全球計劃衛(wèi)星規(guī)模最大的星鏈，按計劃其12 000顆衛(wèi)星都將部署在低軌道，即部署在340 km，550 km和1 150 km的低軌道。

目前真正組網(wǎng)并進行運營的中低軌道通信衛(wèi)星系統(tǒng)只有3個，分別為銥（Iridium）、全球星（Globalstar）和軌道通信（Orbcomm）系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可實現(xiàn)遠距離的話音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻傳輸?shù)葮I(yè)務功能，是遠程通信的重要手段之一。

通過天基互聯(lián)網(wǎng)，處于地球上任何地點的人或者物體都可以在任何時間實現(xiàn)信息互聯(lián)，因此，天基互聯(lián)網(wǎng)對于推進全球網(wǎng)絡覆蓋具有非常重要的意義。

目前，全球僅有5%的海洋面積和20%的陸地面積覆蓋了地面通信基站。大部分網(wǎng)絡的連接來自陸地和海底光纖電纜，但這些基礎設施的鋪設受限頗多且成本極高，導致有些地區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)接入率極低。比如，2016年非洲東北部的厄立特里亞國的互聯(lián)網(wǎng)接入率僅為1.2%，作為對比，冰島為98.2%。

天基互聯(lián)網(wǎng)在空中布設衛(wèi)星，可覆蓋全球每一個角落，解決互聯(lián)網(wǎng)接入問題。一個衛(wèi)星基站覆蓋的半徑大約是4G基站的近五百倍，且可服務終端數(shù)量巨大。

日漸龐大的物聯(lián)網(wǎng)也對現(xiàn)代通信系統(tǒng)提出了更高的要求。近年來，全球無人機數(shù)量迎來井噴式增長，現(xiàn)已超10 000架;地面移動測量系統(tǒng)與智能駕駛汽車超過300萬輛;城市中的各類智能監(jiān)控傳感器無處不在，據(jù)統(tǒng)計，僅中國城市的視頻攝像頭就已超過2 000萬個;以智能手機、智能手表為代表的智能終端數(shù)量已達數(shù)十億。這些具有通信、導航、定位、攝影、攝像和傳輸功能的應用設備數(shù)量眾多，對空間信息的獲取-傳輸-處理的響應速度趨向實時化，需要覆蓋面廣泛、帶寬高、速率快的通信系統(tǒng)來支持。而低軌衛(wèi)星延時僅為十幾毫秒，可讓各類型應用產(chǎn)生更大的價值空間。

天基互聯(lián)網(wǎng)蘊含巨大商業(yè)價值，萬億級市場引爆物聯(lián)網(wǎng)浪潮

據(jù)Statista提供的數(shù)據(jù)，全球75億人口中，大約只有45%可以接入互聯(lián)網(wǎng)。世界各地仍有數(shù)十億人無法使用互聯(lián)網(wǎng)。而天基互聯(lián)網(wǎng)在空中布設衛(wèi)星，覆蓋全球，讓未接入互聯(lián)網(wǎng)的人也可以卷入互聯(lián)網(wǎng)浪潮，這背后是不可估量的商業(yè)價值，將引爆新一輪互聯(lián)網(wǎng)機遇。SpaceX的創(chuàng)始人馬斯克與Facebook的創(chuàng)始人扎克伯格早已瞄準了這一機遇，幾年前就開啟了天基互聯(lián)網(wǎng)項目。

具體到產(chǎn)業(yè)商業(yè)化方面，天基互聯(lián)網(wǎng)還能與物聯(lián)網(wǎng)、5G、自動駕駛等新興技術結合，開發(fā)極具競爭力的應用場景。

天基互聯(lián)網(wǎng)可接入各種物聯(lián)網(wǎng)終端，不僅能把手機等智能終端直接接入衛(wèi)星星座，提供高清晰語音服務等即時通信服務，還能服務于低能耗微型化物聯(lián)網(wǎng)終端，重點滿足環(huán)境監(jiān)測、遠洋物流、危化品監(jiān)控、交通管理、智慧海洋等新型產(chǎn)業(yè)需求。

隨著產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的迅猛上揚，天基物聯(lián)網(wǎng)的市場需求在持續(xù)高漲。權威咨詢機構高德納公司預測，到2020年全球聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量將達260億臺，物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達1.9萬億美元。而根據(jù)麥肯錫預測，預計在2025年前，天基物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值可達5 600億美元至8 500億美元，約等于6萬億的產(chǎn)值規(guī)模。因此，天基互聯(lián)網(wǎng)結合物聯(lián)網(wǎng)將是極為巨大的藍海市場。

天基互聯(lián)網(wǎng)在5G領域同樣潛力巨大。據(jù)相關機構測算，2035年，5G將擁有價值高達12萬億美元的市場規(guī)模。近日，高通分析師也預測5G手機數(shù)量將迅速增長，或將超1.75億臺?；?G標準的低軌移動通信星座可向全球提供天基5G服務，并與地面5G網(wǎng)絡透明連接，為地面5G基站提供數(shù)據(jù)回傳等服務，讓用戶無感切換天地5G網(wǎng)絡。

在自動駕駛領域，據(jù)全球市場調(diào)研機構IHSMarket預測，伴隨5G推動L4/5自動駕駛逐步落地，2030年國內(nèi)自動駕駛出行服務收入規(guī)模有望突破萬億。如果天基互聯(lián)網(wǎng)也逐步落地，那么自動駕駛將會迎來更廣闊的市場。天基互聯(lián)網(wǎng)能夠為自動駕駛汽車、無人機、無人船等提供低延遲衛(wèi)星網(wǎng)絡基礎連接服務，實現(xiàn)隨時隨地聯(lián)網(wǎng)，即使在山路、高速路、國道、鄉(xiāng)路等沒有普通信號的地方。同時還可以增強汽車導航能力，轉發(fā)北斗差分改正信息，為機載、車載定位終端提供更加精準可靠的位置服務。

此外，天基互聯(lián)網(wǎng)還將廣泛服務于電力、石油、金融等國家安全領域，以及農(nóng)業(yè)、林業(yè)、運輸業(yè)等國民經(jīng)濟領域。充分利用衛(wèi)星廣域覆蓋的特性，可快速推送熱點信息，實現(xiàn)災害預警、公共安全警告、天氣播報、頭條新聞播發(fā)、交通廣播等熱點焦點信息的實時播發(fā)推送;也可通過全周期跟蹤全球飛機和船舶，提供統(tǒng)計數(shù)據(jù)增值服務等。

科技巨頭斥資百億，逐鹿天基互聯(lián)網(wǎng)

面對天基互聯(lián)網(wǎng)萬億級市場，全球科技巨頭早已前瞻布局，搶先進入賽道。私人航天企業(yè)太空探索（SpaceX）創(chuàng)始人埃隆·馬斯克、電子商務巨頭亞馬遜創(chuàng)始人杰夫·貝索斯、全球社交網(wǎng)絡巨頭Facebook創(chuàng)始人扎克伯格等紛紛進軍衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領域，世界級科技巨頭谷歌、三星、OneWeb和軟銀等知名企業(yè)也參與其中，還有不少發(fā)達國家都計劃在未來數(shù)年，發(fā)射數(shù)百顆低軌道衛(wèi)星組建衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)星座，提早搶占市場資源。天基互聯(lián)網(wǎng)市場未興，硝煙已起。

相較于國內(nèi)，國外基于天基信息系統(tǒng)開展的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和控制，在某些領域已經(jīng)發(fā)展地非常成熟，譬如大名鼎鼎的Argos系統(tǒng)和Orbcomm系統(tǒng)，在本質(zhì)上都屬天基物聯(lián)網(wǎng)范疇。Argos是由法國、美國等國家的航天部門于1978年創(chuàng)建的衛(wèi)星系統(tǒng)，是世界上第一套采用多普勒定位技術的衛(wèi)星;而美國的Orbcomm系統(tǒng)誕生于1993年，如今也已將市場從科學研究拓展到農(nóng)業(yè)、電力、交通等領域。建設天基互聯(lián)網(wǎng)成本昂貴，動輒百億，故目前天基互聯(lián)網(wǎng)大多由國家和資本雄厚的科技巨頭出資組建。

SpaceX

SpaceX首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克認為，人們對低成本全球寬帶功能的需求未得到滿足，所以開啟了星鏈項目，以建立一個全球通信系統(tǒng)。從長遠來看，SpaceX真正要做的是在太空中重建互聯(lián)網(wǎng)。SpaceX旨在為地球上服務欠缺的地區(qū)提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)連接，并為城市地區(qū)提供價格具有競爭力的服務，讓大部分遠程互聯(lián)網(wǎng)流量和大約10%的本地消費者和商業(yè)流量通過星鏈網(wǎng)絡傳輸，而90%用戶的本地訪問仍然可通過光纖進行。

SpaceX星鏈（Starlink）不僅是目前民營互聯(lián)網(wǎng)星座計劃中規(guī)模最大，同時也是進度最快的計劃。SpaceX星鏈從2015年開始研發(fā)，2018年2月發(fā)射首批兩架原型飛行衛(wèi)星，2019年5月24日發(fā)射了首批60顆運行衛(wèi)星，截至2019年11月，SpaceX已部署了122顆衛(wèi)星。SpaceX后續(xù)計劃每兩周發(fā)射一次，每次發(fā)射60顆衛(wèi)星。到2020年，將總共部署近12 000顆衛(wèi)星，以后可能擴展到42 000顆。

同時，SpaceX正在開發(fā)火箭Starship，據(jù)悉，Starship一次可發(fā)射400顆衛(wèi)星。如果Starship研發(fā)成功，那么星鏈的進度將會大大加快。但據(jù)媒體報道，Starship的測試版本在進行地面測試時發(fā)生部分爆裂，噴發(fā)出大量氣體，使一些硬件四處飛射。該原型機旨在測試Starship的設計，該公司正致力于利用這艘飛船把貨物和人員運送到月球和火星等深空目的地。爆炸發(fā)生后，馬斯克在Twitter上表示，SpaceX可能不再使用該特定原型，而將使用更新的型號進行飛行測試。

據(jù)悉，星鏈的商業(yè)運作可能于2020年開始。

OneWeb

當馬斯克在2015年宣布開啟Starlink項目時，英國商業(yè)大亨Richard Branson宣布對同樣研發(fā)衛(wèi)星星座的OneWeb進行投資。

OneWeb成立于2012年，其衛(wèi)星星座研究始于2014年6月，比星鏈更早。OneWeb的前身是全球通信公司W(wǎng)orldVu，2014年，WorldVu獲得了衛(wèi)星頻譜，這是通過衛(wèi)星提供寬帶Internet服務的更早嘗試。值得一提的是，當時WorldVu與馬斯克密切合作，共同探索衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務。

OneWeb主要致力于構建覆蓋全球的高速寬帶網(wǎng)絡，提出了“衛(wèi)星群+近地軌道”解決方案，摒棄了36 000 km高的地球同步靜止軌道，運行高度大約為1 200 km，由此可以大大減少衛(wèi)星與地表的距離，加速數(shù)據(jù)傳輸。

OneWeb技術實力強大，是SpaceX最大的競爭對手。2019年2月27日，OneWeb成功發(fā)射首批6顆5G衛(wèi)星，計劃共將發(fā)射900顆衛(wèi)星。同時，OneWeb已經(jīng)開始推進商業(yè)化進程，簽署相關協(xié)議，將向非洲和中東提供Quika低延遲寬帶服務，并向歐洲提供IntermaticaSpA服務。

三星

三星與Spacex同時期入場衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，2015年，三星提出“空中互聯(lián)網(wǎng)”計劃，欲發(fā)射4 600顆微型衛(wèi)星，分布在1 400 km的低地軌道中，打造全球性廉價空中網(wǎng)絡，實現(xiàn)全球互聯(lián)網(wǎng)覆蓋，為用戶提供低成本的互聯(lián)網(wǎng)接入。

三星稱，該網(wǎng)絡每月可以處理最高1 ZB流量，相當于每月為50億用戶每人提供200 GB流量，而且可以大大提高地面局域網(wǎng)、廣域無線網(wǎng)絡、無線回傳網(wǎng)絡以及通過無人機或衛(wèi)星接入網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸速率。

相比于其他企業(yè)的逐步推進，三星并未宣布任何具體的實際行動計劃。

谷歌

為了能為發(fā)展中國家提供廉價及穩(wěn)定的網(wǎng)絡連線，谷歌2012年開啟了ProjectLoon（熱氣球網(wǎng)絡項目）的研究。ProjectLoon希望將架設在離地20 km的熱氣球作為網(wǎng)絡節(jié)點。多個熱氣球組成一個空中網(wǎng)絡，然后與地面網(wǎng)絡連接，為世界各地網(wǎng)絡服務不足的人們提供連接。

GoogleX用了18個月的時間進行研究，最終于2013年6月在新西蘭進行ProjectLoon實驗。2019年7月，GOOGLEHAS宣布ProjectLoon將進行首次商業(yè)試用。谷歌表示其后會與全球移動網(wǎng)絡運營商合作，以擴大其LTE服務的覆蓋范圍，并計劃在澳洲、智利、烏拉圭、巴拉圭及阿根廷等地建設熱氣球網(wǎng)絡。

亞馬遜

亞馬遜于2019年4月宣布將建設一個大型寬帶互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座，計劃在未來十年內(nèi)發(fā)射3 236顆衛(wèi)星，全球覆蓋率達95%，該計劃被稱為亞馬遜"Project Kuiper"（庫伊珀計劃）。該衛(wèi)星星座將與亞馬遜先前宣布的12個大型衛(wèi)星地面站設施（AWS Ground Station）協(xié)同工作。

2019年5月23日，亞馬遜宣布AWS Ground Station正式運營，AWS Ground Station基于云系統(tǒng)，用于控制衛(wèi)星和下載衛(wèi)星數(shù)據(jù)。通過位于全球AWS區(qū)域附近的衛(wèi)星地面站網(wǎng)絡，客戶可以更快地下載、處理、存儲、分析衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并節(jié)省了大量成本。

如今，AWS Ground Station可通過Amazon Web Services美國東部（俄亥俄州）和美國西部（俄勒岡州）的天線安裝使用。在10年內(nèi)，霍桑設想在美洲、歐盟、中東、亞洲、非洲和澳大利亞建立數(shù)百個天線。

亞馬遜雖然入場較晚，但卻極速實現(xiàn)了商業(yè)落地。目前，AWS Ground Station已擁有太空公司Thales、衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)連接提供商Myriota和信息服務公司CapellaSpace等多家客戶。

Facebook

據(jù)外媒報道，F(xiàn)acebook計劃在2019年發(fā)射自己的互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星Athena，由Facebook旗下公司Point View Tech負責開發(fā)。但目前Facebook仍無發(fā)射消息。

Athena不是Facebook第一次公布的互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星計劃，F(xiàn)acebook過去多年一直在發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)研究。

2014年時，F(xiàn)acebook曾聘請OneWeb的創(chuàng)始人GregWyle一起開展互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星計劃，但因為擔心這項預計耗資10億美元的計劃無法收回成本，在項目公布未滿1年之季便終止了該計劃。

2016年，F(xiàn)acebook準備發(fā)射一顆以色列Spacecom公司的衛(wèi)星，待其進入軌道后可以向一些甚少乃至無互聯(lián)網(wǎng)接入的地區(qū)提供網(wǎng)絡，但這個計劃因馬斯克的SpaceX火箭而擱淺。2016年，SpaceX公司的獵鷹九號火箭按原計劃發(fā)射，但它裝載的這顆以色列Spacecom公司衛(wèi)星卻在發(fā)射時發(fā)生了爆炸。

之后Facebook啟動了激光互聯(lián)網(wǎng)計劃，即利用激光通訊器把空中信號傳遞到地面，其主體是續(xù)航時間長、價格相對較低的“天鷹座”無人機（Aquila）。但2018年6月底，F(xiàn)acebook宣布放棄該無人機互聯(lián)網(wǎng)項目。

盡管經(jīng)歷了多次失敗，但Facebook的天基互聯(lián)網(wǎng)建設之路卻從未終止，過去多年，F(xiàn)acebook一直在推進亞非拉地區(qū)的上網(wǎng)覆蓋。Facebook和谷歌是全球互聯(lián)網(wǎng)巨頭和網(wǎng)絡廣告霸主，隨著Facebook產(chǎn)品業(yè)態(tài)逐步老化，該公司增加廣告收入的主要手段將是擴大Facebook，Messenger，Instagram，WhatsApp等明星產(chǎn)品的用戶規(guī)模，而隨著歐美地區(qū)網(wǎng)絡接入走向普及，亞非拉將成為網(wǎng)絡用戶的增長來源。

軟銀

2019年4月，日本軟銀宣布與谷歌Alphabet合作，啟動實現(xiàn)空中手機基站的項目，共同開發(fā)平流層通信網(wǎng)絡。計劃在離地20 km的平流層上部署時速110 km、翼長78 m的太陽能無人機，每架無人機可覆蓋直徑200 km的通信范圍，僅40架便可覆蓋整個日本列島。該項目人員聲稱無人機可連續(xù)飛行6個月，并將于2023年實現(xiàn)上網(wǎng)服務。

我國也在積極推進天基互聯(lián)網(wǎng)建設國內(nèi)最早啟動的天基物聯(lián)網(wǎng)項目是“行云工程”，計劃發(fā)射80顆行云小衛(wèi)星，建設中國首個低軌窄帶通信衛(wèi)星星座，打造覆蓋全球的天基物聯(lián)網(wǎng)。目前行云工程正按照既有軌道運行：2017年1月，首顆技術實驗星“行云一號”衛(wèi)星已經(jīng)成功發(fā)射;兩顆開展應用試驗的衛(wèi)星“行云二號”01星與02星的發(fā)射準備工作正在緊張有序地進行著;之后，計劃在2021年發(fā)射12顆衛(wèi)星，完成小規(guī)模組網(wǎng)并拓展行業(yè)應用;最終在2023年發(fā)射80顆衛(wèi)星，完成星座組網(wǎng)并大規(guī)模推廣應用。

具體到商業(yè)模式上，行云公司賦予自身的角色定位是運營商，主要業(yè)務在于售賣終端和收取服務費。未來將不斷向服務環(huán)節(jié)滲透，并延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，從各領域用戶的增值服務中受益。

除了“行云工程”，我國還開展了規(guī)模更大的“虹云工程”?！昂缭乒こ獭币?guī)劃建設由一百多顆互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星組成的星座，它們在距離地面1 000 km的軌道上組網(wǎng)運行，構建一個天基寬帶全球移動互聯(lián)網(wǎng)絡，建成后將實現(xiàn)全球無死角的互聯(lián)網(wǎng)接入服務?！昂缭乒こ獭睂⒂?020年初投入使用。

結 語

在天基互聯(lián)網(wǎng)這場長久爭奪戰(zhàn)中，技術實力強和資本雄厚是核心競爭力。

盡管天基互聯(lián)網(wǎng)市場潛力巨大，但考慮到衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務至少需要5～10年才可能普及，因此衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)實現(xiàn)盈利還需要等待較長一段時間。有業(yè)內(nèi)人士預測，大多數(shù)進入這個行業(yè)的企業(yè)都會被淘汰，最終只能約2家企業(yè)留在市場上。但未來如何發(fā)展，讓我們拭目以待！