衛星互聯網織布“天網”，中國星鏈衛星怎樣“智造”
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導語：12月6日，上海微小衛星工程中心成功將一顆衛星互聯網技術試驗衛星發射升空，這是繼11月23日成功發射衛星互聯網技術試驗衛星後又一次新的探索，衛星互聯網和6G什麼關係？爲什麼再不搞就來不及了！“微小”衛星是怎樣實現流水線生產的？
一、全球低軌衛星打響“圈地戰”
2023年SpaceX公司加速編織太空衛星網。年初至今，SpaceX公司利用“獵鷹”-9號火箭完成58批“星鏈”發射任務，共計部署1870顆“星鏈”衛星。目前，“星鏈”星座在軌衛星規模達5144顆，佔全球在軌衛星總量超55%，是人類有史以來規模最大的衛星星座。
除SpaceX激進地圈城掠地之外，亞馬遜、蘋果、波音、英國的一網公司、加拿大的Telesat以及韓國三星都已發佈了進軍低軌衛星互聯網的計劃；國際電信聯盟(ITU)奉行的“先佔永得”基本原則，無論是軌道還是頻譜不可再生，低空領域的資源極具戰略價值，我國在2020年就已把衛星互聯網列入了“新基建”的範疇中，目前我國已經佔據了一部分Ka/Ku頻段。也有自己的“虹雲工程”、“行雲工程”、“鴻雁星座”等“星鏈項目”正在進行部署中。
“虹雲工程”是由中國航天科工集團有限公司牽頭研製的覆蓋全球的低軌寬帶通信衛星系統，計劃用156顆小衛星組成衛星互聯網系統，“鴻雁星座”是由中國航天科技集團自主建設的低軌衛星通信系統，計劃用60顆核心骨幹衛星和數百顆寬帶通信衛星組成系統，實現全球無死角的自由接入寬帶互聯網。
二、低軌通信衛星如何定義“衛星互聯網”
衛星互聯網是基於衛星通信的互聯網，它是利用人造地球衛星作爲中繼站向各類陸海空天用戶提供寬帶互聯網接入等通信服務的新型網絡。
根據所在軌道高度不同，衛星通常分爲地球同步軌道衛星、中地球軌道衛星和低地球軌道衛星（簡稱低軌衛星）。不同軌道衛星的在軌運動速度、繞地球週期和對地視場不同，用途也有所不同。
這次在甘肅積石山地震應急通信保障中起到關鍵作用的天通一號衛星，就是發射到距離地球36000公里的高軌衛星，這是我國獨立設計、自主研發第一套衛星移動通信系統，只需三顆覆蓋範圍就達到亞太將近20億人口。但是高軌衛星通信時延比較大，而且發射成本也比較高。
低軌衛星在1000公里以內距離地面近，基於物理性質，具有低時延、信號強的特徵，是搭建衛星互聯網的最佳載體。通過上千顆衛星在低軌道組成通信星座，儘管衛星始終在運動，但每時每刻都有若干衛星飛過頭頂，低軌道高度可將時延降低至幾十毫秒，已經比較接近地面網絡的傳輸效率。此外，低軌衛星的信號強度更強，相應的地面終端可以更加小型化、輕量化，能夠滿足自動駕駛、無人機遙控等需求。
隨着“星鏈”在俄烏戰爭的應用，馬斯克表示，自俄羅斯入侵戰爭以來已向烏克蘭運送了約2萬套星鏈接收天線和路由器。
低軌星座的潛在軍事用途也引起外界關注。儘管“星鏈”計劃的定位是商用衛星互聯網，但在搭載其他載荷的情況下，還可提供遙感、增強導航等服務。未來，這張全球天基互聯網絡可支持遠程導彈實時控制，其軌道推進系統可對其他空間目標實現動能攻擊。總之，“星羣”作戰一旦開展，很難有其他衛星與之抗衡。
衛星互聯網是極爲浩大的工程，火箭重複利用和“一箭多星”技術極大降低了衛星發射成本；集成電路技術的進步促成了衛星的模塊化、組件化和小型化，顯著降低了衛星的尺寸、質量、功耗和研製成本；批量化、模塊化衛星製造技術顯著降低了衛星的製造成本。
四、像造汽車一樣“智造”衛星
目前，星鏈發射的衛星版本以 V2.0 Mini 爲主，這種重量約 800kg“小衛星”，部件的模塊化接口設計形成了通用的製造標準，爲規模化製造提供可能，使不同供應商提供的衛星部件之間能夠相互操作。脈動裝配生產線 (Pulse Assembly Lines)實現了規模化生產，研製加工週期短、建造成本低，馬斯克曾公開透露單顆衛星的成本可以下降到50萬美元。而我國通信衛星過去基本以噸量級的大衛星爲主，衛星製造端成本偏高。
脈動生產線全稱是脈動裝配生產線 (Pulse Assembly Lines) ，顧名思義就是像脈搏一樣一定時間跳動一次。該生產模式是從福特公司（Ford）移動式汽車生產線衍生而來的，是連續移動裝配生產線的過渡階段。脈動裝配生產線可以設定緩衝時間，當某個環節出現問題時，整個生產線停止移動，當裝配工作完成時，生產線就脈動一次，轉入下一個環節或出廠。
脈動生產線在飛機制造領域最早實現應用，能提高生產效率和產品質量、降低生產成本。目前，國內新型飛機的生產工作大都已採用脈動生產線。
爲了實現中國低軌互聯網衛星的大型星座組網式服務，滿足衛星單顆小批量定製的研製生產需求，我國多個低成本商業衛星脈動式智能生產線正在建設中。
航天科工空間工程發展有限公司（以下簡稱“空間工程總體部”）在武漢建成國內首條衛星智能生產線，2021年5月，由空間工程總體部打造的衛星智能生產線完成首顆衛星下線。
投用兩年多來，實現了從原材料出庫到檢驗合格之間，艙板級部裝、衛星總裝、整星電性能測試、通信載荷測試、機械精度測試、太陽翼安裝與性能測試、質量特性測試、振動試驗、真空熱試驗、檢漏試驗等十餘道工序的梳理和自動化，生產效率提高40%。截至目前，該產線已完成數十顆衛星下線。
我國的這條衛星生產線通過運用智能化工具，比如機器人、智能裝配工具、大數據系統、自動化測試系統等提高生產效率。
在裝配上，面對多品種、不同批量衛星的生產任務，基於這些先進工具實現的脈動式流水線效率極高，通過人機協同製造，解決了衛星裝配重量大、難度高、質量不一致的痛點，提高總裝質量一致性。這一生產線可年產240顆衛星，平均一天半就有一顆衛星下線，單星場地面積需求減少70%以上，單星生產週期縮短80%以上，人員生產效率提升10倍以上。
三、衛星互聯網和6G什麼關係？
“星地一體融合網絡”“空天地一體化無縫覆蓋”，這是2021年中國信通院《6G總體願景與潛在關鍵技術白皮書》中描述的場景，未來6G技術的全域覆蓋使地球上再無任何移動互聯網盲點。因此衛星互聯網將成爲6G的關鍵基礎設施。
衛星互聯網一般由空間段、地面段和用戶段三部分組成，空間段是指提供信息中繼服務的衛星星座，少則一顆衛星，多則成千上萬顆衛星。
我國儲備了世界最多的6G技術，太赫茲技術是實現6G通信的主要技術。太赫茲波指頻率在0.1-10THz範圍內的電磁波，被認爲會與未來的衛星通信緊密結合，成爲6G技術的主要波段。太赫茲波的瞬時帶寬很寬，有利於高速通信。在外太空的真空條件下，太赫茲通信能夠獲得10GB/s的傳輸速度，比當前的超寬帶技術快幾百至一千多倍。
去年，我國的6G試驗衛星已成功發射至軌道。該衛星將建立星間收發鏈路，開展太赫茲通信在空間應用場景下的全球首次技術驗證，試驗太空條件下太赫茲技術的應用和星間鏈路構成。這展現了我國衛星互聯網在鋪設初始，就可能基於太赫茲通信建立超高帶寬，爲後續的6G“天地互聯”建立基礎，整個產業鏈已經逐漸面向大衆消費場景。
結語：未來衛星網絡不會替代地面網絡，而是在地面設施經濟性差或基建力所不能及的領域，提供戰略性補充，最終建成“天網地網融合”，現實生活中無需感知、無處不在的高速網絡。
參考文獻：
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