争夺6G话语权之前，中美先在太空比试，卫星互联网背后的先进制造_风闻

卫星互联网“竞赛”背后，是对6G话语权的争夺，以及先进制造能力的检验。

文 | 赵笑达、孙鹏飞

编辑 | 小材

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全球每三人中，还有一人尚未被互联网覆盖。

生活在中国，你对这个数字估计没啥感觉——毕竟在2020年中国4G网络覆盖率就已经达到98%，如今就连珠穆朗玛峰峰顶都能接收到5G信号。

中国这个基建狂魔，在2021年底承包了全球60%的基建总量，国内所有地级市、98%县城城区和80%乡镇都能被5G信号覆盖。

那么问题来了，地面基站已经铺排开，为什么中国还要送“基站”上天，发改委还把卫星互联网划定为“新基建”信息基础设施之一？

卫星互联网指的是将近地轨道的多颗通信卫星组成网络，向地面接收、传输通信信号，完成数据的传输。

图源：pixabay

在了解卫星互联网实际用途之前，先来看一场闹剧。

今年3月，马斯克马老师在社交媒体上又一次“真性情”，他声称要单挑普京，押上乌克兰作为赌注，顺便艾特了一下克里姆林宫。不知道作为赌注的泽连斯基和乌克兰人是否同意。

不过，马老师的确有不讲武德的资本，他旗下的卫星互联网产品星链（Starlink）参与到俄乌冲突中——乌克兰地面通信基建被炸毁后，士兵们靠用星链与外界联络，在炮火停歇的间隙刷视频、打游戏。

就连泽连斯基也要借助星链忙着与社交网络上的百万粉丝互动，与其它国家首脑连线视频会议。

这便是卫星互联网的一大作用——作为地面通信基础设施之外的补充。一旦地面网络用不上，天空网络是必要的。

比如去年河南遭遇特大暴雨，河南小镇米河与外界断联了。一架无人机搭载基站飞过上空，为小镇居民提供了5个小时的信号覆盖。

更传统的通信应急保障手段用到的是通信卫星——报平安、求助的声音经过卫星电话、应急通信车上传至卫星，等待信号传回。

因此在人迹罕至的地区报道及地震、洪水等天灾现场，驮着卫星锅的通信应急车会闯入新闻镜头的画面。

参与中国首次载人航天任务返回舱着陆场报道的卫星车 图源：央视网

那么，将多颗通信卫星组成一个整体，比地面基站集群更大的优势出现了——覆盖沙漠、海洋、森林等还没有地面信号的地区。

中国人口分布相对稠密，单台基站投入能覆盖到更多人群。运营商是国企，由国资主导，能快速推动通信基建。

美国人口密度只有中国的1/4左右，大多数人群集中在东西海岸和南部少数州，其他地区地广人稀。美国运营商都是私企，往往更计算成本和回报，“只要人口集中的地域信号覆盖就好。”

这就尴尬了，美国大城市还能上上网，到了郊区、高速路信号就差多了。所以你经常看到美国惊悚片的桥段，主人公要拿起手机求救，可手机就是没有信号。

了解了美国的通信现状，你会发现卫星互联网作为网络基建的补充，马斯克和贝索斯都闯进了这片市场大干快上。

2014年至今，马老师已经发射了近2400颗卫星。

而“星链”的计划发射总量是4.2万颗，近地轨道一共才有6万个卫星坑位，仅马老师一家就想拿走70%的资源。

6月30日，美国联邦通讯委员会（FCC）授权SpaceX在移动的交通工具上使用其“星链”卫星互联网，为其向商用飞机、船舶和卡车上扩展该项目打开了绿灯。

在立方知造局看来，实用主义并不感性，真正需要警惕的是卡位抢资源背后的深层逻辑——美国希望通过卫星互联网占据天空地一体化的6G话语权。

民用市场似乎被玩成了一场“太空军备竞赛”。

为什么近几年卫星互联网再度兴起？中国没有像马斯克那样大规模快速投放近地卫星，有哪些原因？在未来通讯的“太空大战”中，我们该做好哪些准备？

了解了卫星互联网的前世今生以及在更大图景之下的战略意义，希望你有自己的答案。

**01.**2020年北斗卫星系统组网，它和星链有什么区别？

卫星可以分为导航、遥感和通信三类。

我们熟悉的北斗三号主要用于导航，就像美国的GPS和欧洲的伽利略系统。

卫星互联网的主要组成部分是通信卫星。北斗与星链，就好比是高德地图与中国移动，虽然两者同属于互联网相关行业。

厘清了这层逻辑后，我们聚焦在通信卫星领域——

人类最早的商用通信卫星，是1965年4月发射到地球静止轨道的Intelsat-1。

发射Intelsat-1的休斯飞机公司后来被通用汽车收购，其名下的休斯网络公司(Hughes Net)如今成为了美国最大的卫星互联网提供商，依靠的主要是地球静止轨道卫星。

加拿大的Telesat则于1972年发射了地球静止轨道通信卫星，目前运行的GEO卫星达13颗。

中国的通信卫星起步较晚，直到2016年才发射第一颗移动通信领域的卫星——天通一号。

在过去，中国发生地震等自然灾害时，地面通信中断，震区与外界隔离，救援人员不得不依靠国外公司的海事卫星。受制于人的局面，造成了应急通信保障的阻碍，于是国家自主研发卫星移动通信系统。

如今天通一号已经发射了3颗卫星组网，信号覆盖除南北极外的全球。

**02.**马斯克为什么要选择做低轨卫星？

马斯克的星链要发射4.2万颗卫星覆盖全球，为什么天通一号只需要发射三颗？

这就涉及到卫星的轨道。

低轨道卫星（LEO），轨道高度为200～2000千米；

中高轨道卫星（MEO），轨道高度为2000～20000多千米；

地球静止轨道卫星（GEO），轨道高度为35786千米，位于赤道上空。

正如站得高看得远，高轨卫星信号能覆盖更广阔的地面，往往三颗就能覆盖全球。更接地气的低轨卫星本身视野有限，只能安插更多的眼睛，看得更全面——大规模卫星组网成为关键。

不过高轨卫星有个天然缺陷——从山顶走到地面要的更长——信号传输时的时间延迟，简称时延。

**高轨卫星（GEO）**优点是覆盖面更广，所以需要布局的数量少。缺点是网络延迟高，速率低。

**低轨卫星（LEO）**相反，覆盖面小一些，数量多，但延迟低，带宽高，建设5G、6G得靠它。

图中密布的光点表示低轨卫星，相比之下，高轨卫星与地球显得非常遥远

一般情况下，低轨卫星的时延在50毫秒之内，与地面光纤网络差不多，应用到地球静止轨道卫星传输，消息一来一回双程时延有540毫秒。相当于玩游戏时，好友的提醒还没到，你就被秒杀了。

从轨道选择上，我们可以看出这两款通信卫星的定位——

天通一号主要对海洋、山区、高原等地区的信号覆盖，以通话、数据传输为主。

星链就像是放在近地轨道的“路由器”，接近地面就能省去信号传输中的时间延迟，替代地面基站建设。

**03.**星链之前，卫星互联网有哪些“先烈”？

一个是摩托罗拉的铱星计划。

铱星系统的构想最早在1987年提出，理想很美好：用77颗近地卫星（实际发现66颗就够用）组成的卫星互联网，让用户从世界上任何地方都可以打电话。77这个序号在元素周期表中对应金属铱。

“一机在手，打遍全球” 的铱星手机 图源：《汽车维修》2000年02期 

铱星生不逢时。大招憋了将近十年，1996年才试射成功。结果到1998年系统投入运营时，时代已经变了，蜂窝网络和光纤技术迅速发展，传统手机已经完全占领市场，铱星与地面基建艰难对抗。

当时铱星电话最便宜也要25000元人民币，在中国话费高达9.8元/分钟，国际话费高达27.4元/分钟，此外是每月250元的基本通话费，客户数量最多时也只有5.5万。

与之相对，一代“价格屠夫”小灵通也是在1998年开通，凭借超高性价比，到2000年时，国内用户已超过600万。

制表：立方知造局

铱星还有一个缺陷：必须在室外才能用，建筑物内没信号。

价格劣势和使用缺陷，最终卫星互联网在第一次与地面通信PK中告败——投入过高，设计不成功，直接死在了沙滩上。

铱星的后浪们学聪明了，与地面通信运营商正面刚不过，清楚卫星互联网是做市场空白填补，于是在商业模式上要么直面有卫星通信需求的用户，要么抱紧地面运营商大腿，由运营商把信号分发给客户。

铱星之外，另一家玩到破产边缘的公司是OneWeb（一网），不是一网通办的那个一网。

OneWeb成立于2012年，曾是“星链”之前卫星互联网的代名词，先后获得高通、维珍、空客、软银等企业、卢旺达政府以及肥宅水巨头可口可乐的融资。

到2020年，OneWeb合计融资34亿美元，然而按照OneWeb计划，建成一套卫星互联网系统需要75亿美元。

无底洞连一半都还没填满。疫情影响下，OneWeb申请破产重组。

OneWeb输在重资产模式上。

卫星互联网重资产、高风险、高回报，也就是说在获得高收益前，要先烧钱、抢客户。用OneWeb创始人怀勒的话说：这个行业现在面临的最大的风险就是融资和太空碎片，隔断时间就得找人填补资金缺口。

这也是OneWeb发展的短板——业务单一，没有自造血能力，全看金主爸爸脸色。相比而言，SpaceX的星链和蓝色起源的柯伊伯卫星互联网，背后站着美国首富和前首富——马斯克和亚马逊的贝索斯。

当然，在组建卫星互联网之前，他们也不敢为所欲为，先要把火箭技术提升，再大批量送卫星上天。

04. 卫星互联网企业为什么都烧钱？各家企业是怎样降本的？

成本分四块：星体成本、发射成本、卫星载荷成本，以及后续的卫星运营成本。

最烧钱的是星体成本和发射成本。

例如星链，一颗260公斤左右的卫星造价大概100万美元——这还是相对于传统制造节约了数倍成本以后的花费，也是全世界成本最低的卫星之一了。

如果仅按照制造4.2万颗卫星组网算，单单制造成本端，星链就要花费420亿美元（超过2500亿元人民币）。

于是制造端的应对方案出现了——先降逼格再降本，把一颗永流传的卫星做成批量化产品。简言之，卫星生产标准化、模块化、工厂化。

传统的卫星制造都是定制化，一次一枚，至尊限量。

近地卫星制造，是用各种方法推动流水线生产，例如用3D打印技术制造航天元器件，模块化设计，采用航天工业中成本更低的COTS元件，以及智能装配等。

这么做的好处是，一方面降低了卫星的研制和生产成本，另一方面原材料也可以规模化降价采购，大大降低产业门槛。

制造之后，更大的烧钱黑洞是发射——

按照马斯克透露的数据，不考虑回收利用，猎鹰9号运载火箭总成本约为4340万美元。火箭一飞，两三个亿人民币没了。

为了减少发射成本，卫星互联网企业走上两条路——

1. 火箭回收 ；

2. 挤“火车”。

火箭回收：

从2015年猎鹰9号完成首次回收到现在，目前做到火箭回收技术的，一个是马斯克，一个是贝索斯。

信息来源：中国科学院力学研究所

重复使用回收火箭10次，能在发射成本上下降一半左右。

6月18日，SpaceX创下了同一枚猎鹰9号火箭13次发射和回收的新纪录（这枚火箭在两年内将160吨重卫星送上太空），也标志着SpaceX连续第50次成功回收火箭。

此外，SpaceX目前正在测试的星舰飞行器，除了未来用于登陆火星外，其功能之一，是以比猎鹰火箭更低的边际成本来发射卫星。

挤“火车”：

一箭多星，说白了就是提升火箭空间利用率，多个人多双筷子，主要体现在火箭的设计、空间利用和负重能力。

2017年2月，印度使用极轨卫星运载火箭发射了104颗卫星，创造了当时的世界纪录。

印度不愧是把运力发挥到极致的国家 图源：央视

但别被一箭104星的数字骗了——据中国航天报报道，这些卫星里，除了一颗714公斤的主星，剩下的都是我们单手就能拿起来的小卫星：

两颗印度本国的8.4公斤和9.7 公斤的纳卫星，和101颗来自美国、以色列、哈萨克斯坦、瑞士、阿联酋和荷兰等国家“搭便车”的卫星，重量均不超过4.7公斤，估计还没你家的猫重。

对比一下：今年2月22日，中国长征八号运载火箭创下了国产火箭一箭22星的记录，而它的运载能力是：700公里太阳同步轨道运载能力5吨，近地轨道运载能力8.1吨，地球同步转移轨道运载能力2.8吨。

目前一箭多星的记录保持者是Space X，同步发射143颗卫星。

降本的另一面是增效。

批量化制造和一箭多星，让卫星发射数量瞬间井喷。传统卫星发射，发完了这一颗，下一颗的发射要等新的火箭制造周期，而通过火箭回收，可以快速安排下一次发射任务。

这就是为什么SpaceX为什么可以每周发射一次，自信18个月可以送4200颗卫星上天——成本和生产、发射周期问题，得到系统性的解决。

05. 马斯克为什么要疯狂放卫星？

马斯克狂放卫星，为的是抢太空资源——轨道坑位和频谱。按照国际电联（ITU）规定，这些资源依照先到先得原则。

就像是登月时宇航员要跑到无主之地插上旗，显示一下这块土地的新主人。

比坑位更关键的是通信频段Ku和Ka。Ku频段频率高，天线尺寸小，方便个体接收；Ka频段可以作为高速卫星通信和高清电视转播，同样资源位紧缺。

不过，先到先得之后还有一个附加条件——逾期作废，各国首先要向国际电联提出频率使用申请，然后自申请之日起，七年之内，必须成功发射卫星，并使用该频率传回信号，以证明抢占频率成功。

如果超过七年未使用该频率，申请直接作废。

这要说说一段中国卫星抢频段的惊险往事。

2000年时，中国和欧盟前后脚向国际电联申请了一段高度重合的频率，中国只早了一个多月。中国申报的卫星是北斗。

也就是说，中国必须赶在2007年之前成功发射卫星使用该频率，要赶在欧盟之前。然而，卡脖子出现了——星载原子钟。

原子钟是一种具有高度精确性的计时仪器，每出现十亿分之一秒（也就是一纳秒）的误差，卫星定位就会出现0.3米的偏离。

换算一下，只要每一秒钟出现百分之一的误差，那么卫星导航系统，就足以直接把一个在海南度假的人，错误定位到呼伦贝尔大草原。

这项技术掌握在欧美手里，当中国卫星与欧盟卫星成为抢频段劲敌时，2005年欧洲人临时爽约，拒绝将原子钟卖给中国。没有原子钟，北斗卫星发射到太空没用处，更紧张的是，此时距离发射deadline不到2年时间。

中科院、航天科技、航天科工三支队伍合力，愣是把国产星载原子钟成功研制了出来。2007年4月14日，装着自研原子钟的北斗升空，距离逾期时间只剩四天。

稀缺的太空资源争夺背后，是一场国家间硬实力的较劲。

**06.**低轨卫星拥挤有什么危害？

某个晚上你和情人漫步在街头，抬头一看，天上全是人造的“星星”，是不是有些煞风景？

近地轨道只能容纳6万颗卫星——听起来确实不太符合直觉，而马斯克正是利用人的直觉错误，辩称：太空中每隔10米就有一层新的轨道“壳”：“意味着太空中有容纳数百亿颗卫星的空间，几千颗卫星根本不算什么，这就像地球上有几千辆汽车，这真没什么。”

事实却是，卫星环绕地球的速度是7.9公里/秒，间隔十米放卫星，就像高速路上的车全都首尾相连同步急速狂飙，比速度与激情还要激情。

图源：搜狐科技

按照国际通行规则，航天器安全距离一般为50公里。

除了影响夜观天象，放任越来越多的卫星挤占太空，会发生什么？

碰撞雪崩。

1978 年，NASA科学家唐纳德·凯斯勒提出了“凯斯勒效应”：一旦近地轨道上的物体数量达到了一个临界值，碰撞形成的碎片就会产生更多的碰撞连锁反应，最终造成大量碎片包围地球，相应区域变得不可利用、无法通行。

换句话说，碰撞概率雪崩式放大，恶性循环。

与一个10克重的空间碎片撞击，释放的能量相当于一辆100公里时速的汽车。2009年，“铱星33号”与俄罗斯报废军用卫星“宇宙2251号”相撞，一次事件就产生了数千块碎片。

一个令人担忧的情况出现了——2021年，“星链”已发生两次危险逼近中国空间站的情况。中国外交部发言人赵立坚表示：相关避碰事件中，中国在轨航天员面临着现实、紧迫的安全威胁。

虽然美方拒不承认，但NASA的声明迅速打脸。NASA警告：“国际空间站的安全以及其他所有的NASA资产可能受（星链）影响”。

人类已制造了上亿片太空垃圾 图片对比了采取干预措施与不采取干预措施的情况下，未来太空垃圾数量 图源：搜狐科技

除了碰撞危险，过度密集的近地卫星，也会给新的火箭发射增加危险和难度，升空时还要避让卫星。

**07.**中国将卫星互联网列入新基建之一，背后的逻辑是什么？

抢太空资源是当务之急，但不是为了抢而抢。

首先，从商业角度，发展卫星互联网，值得。

卫星互联网对应全球三分之一尚未被地面基建覆盖的人口。

据估计，中国卫星通信行业市场规模将以8.4%的年复合增长率上升，并在2024年达到3447亿元。

对于卫星互联网企业来说，熬过高投资，就是回报高光。

到2022年，星链已有超过25 万用户，按100美元服务月费计算，一年营收3亿美元。而有人曾计算，星链目前发射的所有卫星成本是6亿美元，也就是说，运营两年即可覆盖，开始进入“高回报”阶段。

马斯克在某次采访中表示，星链建成后，预计每年收入可达300亿美元，10倍于Space X。

随着卫星制造技术与降本生产的迭代，未来的卫星带宽容量更高，加上数量众多的卫星组网，真正成为5G乃至6G时代的太空基建。

在未来的6G应用中，空天地一体无缝覆盖是必然趋势。无人驾驶等技术的落地，离不开卫星互联网与地面网络的合力推动。

其次，从国家安全角度，发展卫星互联网，必须。

规模化和批量化做得越深，卫星互联网价格就越便宜。与民用市场潜力相比，军事用途所占的份额未必有多高，却是国家安全的重要保障。

1990年的海湾战争中诞生了一个新名词：“外科手术式打击”。

这场战争中，美国首次运用GPS导航卫星，在不掌握任何地形特征的情况下，成功横穿伊拉克西部沙漠，并将原本需要数百吨炸药才能完成的轰炸任务，2枚导弹在数百公里外突袭发射，第二枚直接通过第一枚炸开的大坝缺口精准钻入。

这解释了为什么有美国的GPS、欧洲的伽利略之后，中国要发展自己的北斗导航系统——防止技术受制于人，被甩出代际差距。

说回到卫星互联网，不论戴不戴“民用”的帽子，先进制造天然就是一个国家实力的底气。

2020年，OneWeb申请破产重组时，传言称有中国互联网公司试图收购，遭到了英国政府的反对。

虽系传言，接盘OneWeb后，英国商务部长阿洛克·夏尔马在一份声明中表示：“这笔交易将为我们提供一个机会，进一步发展我们先进的制造技术。”

第三，从产业链角度，发展卫星互联网，至关重要。

SpaceX真正可怕的，不是它计划中的4.2万颗卫星，而是它可以像造汽车、手机一样批量造卫星。

模块化设计——像电脑、手机等电子产品一样，从过去的单CPU向多CPU、多GPU的芯片堆叠、模块堆叠发展。

标准化生产——流程重塑，架构高度开放和标准化。

智能化生产——例如卫星仿真模拟，数字孪生技术的应用。

所以，中国卫星互联网的发展动因是高度集成化半导体设计制造能力、智能制造能力的提升。

中国卫星互联网的一个当务之急，就是加速发射组网，用更大的市场需求，来牵引整个产业链的持续升级。

尾声

3G追赶、4G追平、5G领先，是中国通讯发展的浓缩。

眼下的未来发展，是天空地一体化的6G。卫星互联网行业，涉及到通信技术、卫星制造、商业火箭等，集齐了中国制造转型升级的绝大多数要素。

时代正翻开新篇。

如同50多年前，中国第一颗东方红一号升空，卫星短暂工作28天，却标志着中国成为继苏、美、法、日之后世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。

如今，中国5G全球领先，有了更雄厚的底气。6G竞争不能输，卫星互联网同样不会落后。

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