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陈蓝:蓝箭VTVL试验成功,天地融合再进一步
最后更新: 2024-09-11 22:34:35下面列举一下国内外有代表性的窄带星座。
Swarm成立于2017年,星座由约160颗只有0.4公斤的微纳卫星组成。它的底层通信机制采用Lora,上层协议则自主开发,使用的是低频的VHF波段。你可能想不到的是,一个发射功率不到半瓦的小终端,能和低仰角时最远距离2700公里的卫星进行双向通信,而每个终端的资费只有5美元/月(平均每天24条),号称世界上最低的卫星资费。
图5 只有0.4公斤的Swarm卫星(图源:Swarm)
Swarm主要面向环境监测、森林防火、农业、能源和地面物流市场等,据称已经有150多个国家数百个客户。然而,2021年8月,正式运营不到半年的Swarm被SpaceX以5.24亿美元收购,不久便停止发展新用户,但仍继续服务老用户。Swarm的技术团队转而为星链开发L波段手机直连载荷。也许,手机直连的巨大市场是SpaceX放弃物联网小众细分市场的原因。也有传言说收购是为了消灭潜在竞争对手。
Lacuna是一家英国公司,同样成立于2017年。Lacuna得到了Lora专利技术公司Semtech的全力支持,它的卫星上采用了Semtech开发的长距离大容量通信技术。自2019年起,它陆续发射了6颗试验星。Lacuna也和Onmispace和Viasat(卫讯)签署协议,将合作推出使用其技术的全球物联网服务。2023年底,它签约卫星制造公司Spire为其生产6颗业务星,但发射看样子最早也得到明年。真是一家慢工出细活的公司。
Kineis是一家法国公司,成立于2018年。但它的历史其实很悠久。它的前身是长期负责法国航天局Argos(高级研究和全球观察卫星)项目的团队,在卫星环境监测领域有丰富的经验和大量的客户资源。所以它定位在环境监测市场就不足为奇了。Kineis的通信协议比较底层和“原始”(开发者原话),使用了400MHz这个植被穿透率最佳的频率。今年6月20日,一枚电子火箭将Kineis星座25颗卫星中的首5颗打入了650公里左右的极轨轨道,拉开了星座建设的序幕。
图6 森林直连Kineis卫星的火灾传感器网关(图源:Dryad)
FOSSA是一家西班牙公司,其前身是一位16岁少年创立的旨在普及太空物联网的非盈利项目。2019年,它发射了一颗仅250克、软硬件开源的Lora演示卫星。2020年,FOSSA公司正式成立,计划发射80颗卫星组成全球星座。到目前为止,FOSSA已经发射了十多颗不到一公斤的皮卫星,但其中只有少数还在工作。可以认为它目前仍在技术验证阶段。它也采用Lora,但采用了软件定义卫星的架构,未来可升级到更强的协议。这样一家发烧友起家、低成本运作的草根公司能走多远?让我们拭目以待吧。
图7 FOSSA卫星渲染图(图源:FOSSA)
Totum实验室是一家美国公司。它自主发展了一套扩频调制机制DMSS(多普勒多通道扩频),号称是性价比最好的长距离窄带通讯技术。它使用2.4G无需申请的工业频率,单颗卫星能连接百万终端。终端不用外接天线,板载天线即可连接卫星。更厉害的是它宣称可以从室内通过绕射直连卫星。它研制了自己的低功耗终端SoC芯片,号称一个电池供电终端可以连续使用10年。Totum规划了一个28颗6U立方星组成的星座。但自2018年创立至今,Totum只发射过一颗试验星。它的DMSS技术真有这么牛吗?我们需要继续观察。
国电高科是中国第一家正式运营卫星物联网系统的公司,也是第一家提供低轨卫星通信服务的民商航天公司。它的天启物联网星座由38颗卫星组成,目前已经有28颗入轨。天启星座采用植被穿透能力最佳的400MHz频率,终端发射功率低至1瓦以内,目前已经有不少大客户在使用。国电高科还和中国电信签约,由后者为手机用户提供类似北斗短信的手机直连短信功能。
图8 待发射的天启物联网卫星(图源:国电高科)
时空道宇是吉利集团旗下卫星公司。它的“吉利未来出行星座”将主要服务吉利网联汽车,同时也能兼顾其他行业用户。这个星座将由72颗卫星构成,目前已发射31颗,计划明年建成。不过,它的技术细节对外透露得不多。值得一提的是,未来出行星座已经在马来西亚和阿曼和当地合作伙伴签约,计划在两国开展卫星物联网服务。这应该是中国低轨卫星通信服务出海第一家。
其实,目前有些物联网星座已经很接近天地同价,例如澳大利亚的Myriota星座的资费是每终端每月0.99美元起 - 低得令人无法想象!原因在于,物联网小数据量和低频度通信的需求特点,使得几十颗微纳卫星支持的用户容量可以轻易超过巨型宽带星座,极大地摊薄了通信费用。而长距离通信新技术的出现,使得Lora、NB-IoT甚至蓝牙等地面系统可以直接平移到卫星,从而实现芯片模组等白菜价零部件的共享,甚至可以直接使用大批量生产的低成本地面系统终端直连卫星。
天地同价,或者说成本障碍的突破,能带来大量新的应用场景和市场的指数级扩大。举些创新应用的例子,比如在森林中高密度布置直连卫星的火灾传感器,在大范围地质勘探现场布置大量微型直连卫星地震仪,等等。它们虽然数量众多,但单价很低,且无需架设并解决供电,几乎是免安装免配置,大大降低部署开销,总成本并不会很高。
原先基于地面网络的设备,如前面举例的共享单车或通用定位跟踪器,也可能被同价基于卫星的方案或产品替代。这是一个规模巨大的替代市场。也许,还会出现各种创新的消费级产品。这就是为什么窄带星座层出不穷的原因。资本比我们看得更清,也更远。
一个有意思的事情是,巨型宽带星座的主要玩家是中美两国,其他国家实力有限,基本沦为看客。而物联网星座因为资金门槛低,市场潜力巨大,呈现了百花齐放,同时也是大浪淘沙的局面。它也成为了各种创新技术的试验场。这其中,欧洲公司很意外地扮演了重要角色,风头直超美国公司。当然,中国商业航天公司也没有缺席。
卫星物联网这几年的蓬勃发展被星链等巨型星座盖住了风头,没有引起太多关注。但率先实现万物直连、天地同价,无论象征意义还是实际意义都十分重大。在这场竞赛中,中国商业航天公司也有很大的机会。即将成为全球唯二的低成本可回收火箭,全球最高效供应链支持下低成本的微纳卫星和商用器件,以及可以低一大截的运营成本,都是我们对欧美公司的重要优势。欧洲Astrocast星座濒临倒闭,原因之一就是人力资源居然占了公司成本的六成。
今后数年内,大概率将出现世界上第一个天地同价的低轨卫星通信星座。花落谁家,仍是悬念。当然,希望金牌榜上有种花家的名字。
蓝箭和友商们可回收火箭的竞赛还将继续。太空中,巨型宽带星座的中美竞赛和窄带物联网星座的多方混战更加波澜壮阔。但最终,这些竞赛将深刻改变人类的走向和我们每一个普通人的生活方式。很幸运,我们生活在一个科技革命的伟大时代,都有机会亲历历史!
最后跑一下题,向各家低轨星座公司转达一个来自天文界的呼吁:在低轨星座大干快上的同时,希望能给天文学家和天文爱好者多留一点暗空,请尽量把卫星朝向地球的一面涂黑,谢谢!
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