摘要:太赫兹通信技术:6G可能采用太赫兹频段进行通信,而这一频段具有传输速率高、容量大等优点,非常适合商业航天中的高速数据传输需求。
本文将以清晰的逻辑对商业航天与6G作出全面系统的科普,让投资者有个清晰完整的了解。
一、6G与商业航天之间有何关联
1、技术融合
通信与航天一体化:6G网络将实现地面无线与卫星通信的集成,形成全连接世界。
太赫兹通信技术:6G可能采用太赫兹频段进行通信,而这一频段具有传输速率高、容量大等优点,非常适合商业航天中的高速数据传输需求。
2、应用场景
卫星互联网:随着6G技术的发展,卫星互联网将成为现实,为全球提供无缝覆盖的通信服务,特别是在偏远地区或海上平台上的应用。
空间信息网络:6G将推动空间信息网络的建设,实现地球同步轨道、中圆地球轨道和低地球轨道等不同轨道卫星之间的互联互通。
二、商业航天的整体规划和进展
1、计划目标
构建天地一体化通信网络:打造一个融合卫星通信、地面通信等多种通信手段的天地一体化信息网络,实现全球范围内的高速、低时延、高可靠的通信服务。
实现高精度定位导航:为用户提供更加精准的定位导航服务,满足不同行业对位置信息的高精度、高可靠性需求。
推动航天技术创新:通过星网计划的实施,突破一系列关键核心技术,如高性能卫星平台设计、先进通信载荷研发、高精度轨道控制技术等,推动我国航天技术的跨越发展,提升我国在国际航天领域的话语权。
2、系统组成
卫星星座:由众多卫星组成的星座是星网计划的核心部分。这些卫星分布在不同的轨道上,包括地球同步轨道、中圆地球轨道、低地球轨道等,以实现对全球的全面覆盖。不同类型的卫星具有不同的功能和特点,共同协作完成通信、导航、遥感等任务。
地面测控站:负责对卫星进行跟踪、测量和控制,确保卫星的正常运行和轨道精度。
数据处理中心:对卫星收集到的各种数据进行处理、分析和存储,包括通信数据、导航数据、遥感数据等。数据处理中心采用先进的大数据处理技术和算法,提取有价值的信息,为用户提供各种服务和应用支持。
用户终端:包括各种类型的接收设备,如手机、平板电脑、车载终端、机载终端等。用户通过用户终端接入星网系统,获取通信、导航、信息服务等。
3、北斗、GW星座、千帆星座、中国卫通、中国移动、蓝箭鸿擎星座的具体规划和功能定位
a、北斗导航系统
北斗导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统,也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的全球卫星导航系统。北斗导航卫星系统的投资运营主体是中国卫星导航系统管理办公室及其下属机构。
发展历程
北斗一号:中国自主研发的第一代卫星导航系统,利用地球同步卫星为用户提供全天候、区域性的卫星定位系统,使中国成为继美、俄之后,第三个拥有自主卫星导航系统的国家。
北斗二号:由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成,提供开放服务和授权服务两种服务方式,在2012年年底实现了对亚太地区的覆盖。
北斗三号:是北斗卫星导航系统的三号星,由24颗组网卫星和备用卫星组成,于2020年7月31日正式开通全球服务,标志着中国北斗“三步走”发展战略圆满完成。
系统功能
定位服务:用户可以确定自己的位置信息,包括经度、纬度和高度等,定位精度为10米。
导航服务:为车辆、船舶、飞机等交通工具提供导航服务,帮助它们按照预定的路线行驶。
授时服务:向用户提供高精度的时间同步服务,这对于需要精确时间控制的领域来说非常重要。
短报文通信:用户可以通过北斗终端发送和接收短报文信息,这对于在偏远地区或没有通信网络的情况下进行通信非常有用。
b、中国星网(GW星座)
GW星座的投资运营主体是中国卫星网络集团有限公司。
市场功能定位:作为中国首个空天一体6G互联网计划,旨在构建一个庞大的卫星网络,提供全球范围内的高速互联网服务,推动相关技术的发展和应用。
规模:计划打造一个由1.3万颗卫星组成的卫星互联网星座,该星座由两个子星座构成,分别是GW-A59和GW-A2,分别计划发射6080颗和6912颗卫星。
时间规划:2024年下半年在海南商业航天发射场进行首次发射,未来5年内发射约10%的卫星,预计到2035年完成全部卫星的发射。
c、千帆星座
千帆星座的投资运营主体是上海垣信卫星科技有限公司。
市场功能定位:旨在构建一个覆盖全球的低轨卫星互联网系统,专注于宽带通信和互联网接入服务,特别是在偏远地区、海洋等地面基站难以到达的地方。
目标规划:分三个阶段建造,一期计划在2025年底完成648颗卫星部署,提供区域网络覆盖;二期在2027年前完成1296颗卫星组网建设,实现全球网络覆盖;三期到2030年底,将拥有超过1.5万颗卫星,为地球村的每一个角落提供多业务融合服务。
d、中国卫通
卫星规模:
截至2023年11月9日,中国卫通运营管理着18颗商用通信广播卫星,其中包括4颗高通量卫星。这些卫星资源覆盖中国全境、澳大利亚、东南亚、南亚、中东以及欧洲、非洲等地区。
功能定位:
广播电视传输:为广大民众提供安全稳定的广播电视信号传输。
应急通信保障:为国家政府部门和重要行业客户提供专属服务,为重大活动和抢险救灾等突发事件提供及时可靠的通信保障。
综合信息服务:包括通信广播卫星系统的开发、管理;卫星地面应用系统及相关设备的设计、开发;与上述卫星业务相关的应用技术开发、技术咨询、工程设计、工程承包;进出口业务等。
未来发射组网计划
中国卫通在“十四五”期间计划实施“G60”星链计划,该计划一期将完成1296颗卫星的发射,未来将打造1.4万多颗低轨宽频多媒体卫星的组网。此外,公司还计划在未来几年内继续发射多颗高通量卫星,以提升其服务能力和市场竞争力。
e、中国移动卫星系统
市场功能定位:通过卫星发射组网,扩大通信网络的覆盖范围,尤其是在偏远地区和海洋等地面基站难以到达的地方,同时结合地面通信网络,构建天地一体的通信体系。
完成初期验证:2024年,中国移动成功发射了两颗试验卫星,即“中国移动01星”和“‘星核’验证星”,用于验证低轨卫星互联网和6G星地融合通信技术。
启动组网工作:同一年,中国移动启动了低轨宽带卫星互联网的组网工作,标志着其正式进入大规模卫星部署阶段。
扩大网络规模(2025-2027年):在这一阶段,中国移动计划逐步扩大卫星网络规模,提升卫星通信服务的覆盖范围和质量。通过增加卫星数量和优化网络布局,中国移动将满足更多用户对卫星通信服务的需求,特别是在偏远地区和海洋等地面基站难以到达的地方。
构建完善网络:到2030年底,中国移动旨在构建完善的天地一体通信网络,实现全球范围内的无缝通信覆盖。
f、蓝箭鸿擎科技有限公司Honghu-3星座计划
市场功能定位:致力于构建一个由1万颗卫星组成的巨型太空网络,这些卫星将均匀分布于160个轨道平面上,形成密集的通信覆盖层,旨在提供广泛的通信服务。
目标规划:预计将在未来几年内完成发射计划,但具体时间节点尚未明确。
g、蓝箭航天:蓝箭航天空间科技股份有限公司成立于2015年6月,是国内最早成立的民营火箭企业之一。蓝箭航天拥有国内唯一的液体火箭发动机全流程能力,并具备深度变推能力。其自研的“天鹊”系列液氧甲烷火箭发动机在国内处于领先地位。“朱雀二号”是蓝箭航天的主力运载火箭,也是全球首款发射入轨的液氧甲烷运载火箭。此外,公司还成功发射了多颗卫星,并完成了多次火箭回收试验。
h、星际荣耀:北京星际荣耀空间科技股份有限公司成立于2016年10月,专注于智能运载火箭研发,为全球卫星及星座客户提供一体化的商业发射服。星际荣耀在运载火箭技术和智能制造工艺方面具有丰富的经验,已掌握液氧甲烷动力等关键技术。星际荣耀的双曲线系列运载火箭已多次成功发射,包括固体探空火箭和液体运载火箭。其中,“双曲线二号”验证火箭的成功发射标志着公司在可重复使用液体运载火箭技术上取得了重要突破。
三、6G的产业规划与进展
1、政策推动与组织建立:2019年6月,在工信部、发改委、科技部指导下,我国成立了IMT-2030(6G)推进组,全面布局6G愿景需求、关键技术、频谱规划、标准研制、试验验证等研究,积极推进国际交流合作。这标志着我国6G技术研发的正式起步。
2、关键技术方向明确:该阶段明确了太赫兹通信、智能超表面等6G关键技术方向,为后续技术研发奠定了基础。
关键技术突破:紫金山实验室实现了全球首个太赫兹100Gbps实时传输,这是6G通信领域的重大突破,展示了太赫兹通信技术的巨大潜力。此外,其他关键技术如超大规模MIMO、轨道角动量复用等也在这一时期取得了重要进展。
3、标准化工作加速:2025年政府工作报告首次明确6G培育目标,工信部牵头组建IMT-2030(6G)工作组,成员包括运营商、制造商、高校和研究机构。
4、技术试验与应用示范:北京、上海等城市启动超前布局,开展6G技术试验和应用示范。例如,北京邮电大学张平院士团队搭建了全球首个通信与智能融合的6G外场试验网,其性能较5G提升10倍,可支持每秒TB级数据传输。南京通过紫金山实验室实现了6G技术从理论到应用的快速转化,其研发的6G无蜂窝广域覆盖技术已在渔政管理、城市治理等场景验证。
5、超表面
定义与结构:超表面是指厚度小于波长的人工层状材料,通常由周期性或准周期性的亚波长单元结构组成。这些微小结构通过精确设计,可以实现对电磁波的偏振、振幅、相位、极化方式和传播模式等特性的灵活调控。
超表面工作原理:超表面通过改变其构成单元的尺寸、形状、排列方式以及材料属性等,来影响电磁波的传播行为。例如,通过特定的单元结构设计,可以实现光波的异常折射、反射、聚焦等现象,从而打破传统光学元件的限制。
超表面应用领域:在成像领域,可用于制作高像素成像设备、可视化生物传感器等;在通信方面,能替代传统的天线等通信组件,提高信号传输效率;在隐身技术上,通过调控电磁波散射实现目标隐身;还可应用于光电子器件、能源(如高效太阳能电池)、生物医疗(如光学成像和传感)等领域。
6、太赫兹
定义与性质:太赫兹(THz)是波动频率单位之一,又称为太拉赫兹。等于1,000,000,000,000Hz,通常用于表示电磁波频率。其波段在长波段与毫米波相重合,在短波段与红外光相重合,是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区,也是电子学向光子学的过渡区,被称为电磁波谱的“太赫兹空隙(THz gap)”。
优势特点:具有量子能量和黑体温度很低、许多生物大分子的振动和旋转频率处于该频段、对物体穿透损耗小、瞬时带宽很宽等特点,基于这些特点,太赫兹技术在多个领域有重要应用价值。
应用领域:在雷达探测方面,可用于穿墙雷达、探雷雷达等;在通信领域,能够获得较高的无线传输速度,适用于卫星通信等高速通信场景;在光谱技术方面,太赫兹时域光谱技术可作为药品质量监管的手段;在安全检查领域,太赫兹安检设备可检测隐藏的刀具、枪械、炸药或毒品等。
7、空天地一体化
定义与概念:空天地一体化是一种综合的通信网络体系架构,它整合了空中、天基(如卫星通信)、地面的网络资源,形成一个立体的、多层次的通信网络,以实现全球范围内的无缝覆盖和高效通信。
组成部分:包括低轨遥感卫星系统、无人机、地面感知设备等。低轨遥感卫星可提供全球覆盖的遥感数据;无人机能在复杂环境下进行局部区域的高精度、高效率监测;地面感知设备则负责收集地面的详细信息,三者协同工作。
关键技术:涉及强化学习与智能接入选择技术,以解决网络结构复杂、动态性强、资源高度约束等问题;非正交多址接入技术,允许多个用户在同一时频资源上进行通信,增加系统容量;波束成形与多输入多输出技术,提升信号强度和传输速率等。
应用场景:在应急通信中,当地面网络受损时,空天地一体化网络可快速恢复通信;在智能交通领域,为车辆提供高精度定位和路况信息;在农业、环境监测等方面,可实现大面积的数据采集和实时监测。
四、延伸阅读,这么多的星座发射组网计划是否存在业务重合和资源浪费,为什么不是共建合用一张网??
首先各星座投资运营主体不同,北斗导航是中国卫星导航系统管理办公室及下属机构,GW星座是中国卫星网络集团有限公司,千帆星座是上海垣信卫星科技有限公司,以及中国卫通、中国移动形成各自独立、竞争或融合的关系。
其次功能定位有别,北斗导航定位于导航、定位和授时;中国卫通定位于广播电视传播和应急通信保障;GW星座定位于空天一体6G互联网计划,侧重于国家安全与自主可控;千帆星座的宽带服务侧重于一带一路落后国家和偏远山区海洋;中国移动星座基于自身企业市场定位,旨在通过与现有地面移动通信网络深度融合,实现天地一体化的通信服务。
最后是出于安全考虑,不依赖于单一的星座系统。
来源:战斗艺术展