陈蓝：蓝箭VTVL试验成功，天地融合再进一步

【文/观察者网专栏作者 陈蓝】

2024年9月11日12时，蓝箭航天自主研发的朱雀三号VTVL-1可重复使用垂直起降回收试验箭，在我国酒泉卫星发射中心圆满完成十公里级垂直起降返回飞行试验。这是国内首次实现可回收火箭空中二次点火、跨音速大动压环境下联合制导控制，以及高空风实时风修等技术验证。

在研制可回收火箭的道路上，中国商业航天又向前迈进了重要一步，和马斯克的差距正在迅速减小。

打上“中国制造”标记的可回收火箭已经呼之欲出！

图1 蓝箭VTVL-1十公里高度回收试验（图源：蓝箭）

这是继八院6月试验后，三个月内的第二次十公里回收箭试验。与此同时，深蓝航天的星云一号轨道级火箭全尺寸一子级回收试验也在紧锣密鼓哦地准备中。中国的火箭回收竞赛正在迅速升温。回收俱乐部成员目前已达5家，不久将增加到两位数。我们终于看到了中国航天国企民企在同等条件下的平等竞争，更卷，淘汰率更高，但更接近完全竞争市场。这样的市场定会产生竞争力最强的产品。

随着完全竞争市场的形成和火箭复用的普及，未来中国火箭性价比超过SpaceX是大概率的事情。这将极大地促进太空经济的发展，从而改变中国和世界的未来。

笔者前不久的文章《千帆星座迈出历史一步，中国商业航天有机会超越SpaceX吗？》谈的是大规模卫星发射需求倒逼可回收火箭的进步。这篇文章换一个方向，从火箭回收切入，谈谈发射成本降低后，低轨通信卫星星座将会走向何方并将如何改变世界。其实两篇文章背后是同一个逻辑，即低成本运载工具和低成本卫星服务之间良性循环、互相促进的关系。

关于星链、星网和千帆星座，媒体已经有大量报道和分析。这里仅就低轨通信星座未来最重要的一个发展走向做个分析和判断。

这个重要走向就是直连卫星、天地融合。

相信没有人会怀疑这是一个重大技术进步。但对它的意义，长期以来争议很多。很多人至今仍认为，像华为Mate 60那样直连卫星只是一种应急补充，天地融合进而替代地面网络几乎不可能。卫星无法满足人口密集地区的巨大容量需求，偏远地区卫星的能力则完全是浪费的。用超低轨道来降低地面终端发射功率，和单星覆盖缩小同时轨道衰减加速是一对无解的矛盾。星座巨大的规模、有限的单星寿命、频繁的补星将使成本高居不下。所以，它无法成为主流通信方式。星链曾经的涨价也证明了这一点。

图2 华为Mate 60手机和天通一号卫星（图源：华为/互联网）

更多人坚信手机直连卫星一定能成为人类未来的首要通信方式，比如火箭公司东方空间时任CFO史圣卿。在笔者不久前与史总的一次交谈中，他对手机直连表达了坚定的信心，因为火箭回收复用和规模化卫星制造驱动成本大幅下降是不可阻挡的大趋势，星座建设成本一定会降到海量地面基站的建设成本以下。这也是东方空间对未来发射市场的信心所在。

笔者认同这个观点。对直连存在的问题，有句老话，叫做要用发展的眼光看问题。例如超低轨道，吸气式电推等创新技术可能会使轨道衰减问题迎刃而解。事实上，直连成为主流并不意味着地面通信系统被完全取代，后者将作为补充继续发挥价值。室内和地下必须保留基站。对城市人口高密度地区，地面基站可有效解决卫星容量不足的问题。

手机直连替代地面网络成为主流通信方式的重大意义毋庸置疑。它意味着，从此以后，世界上每一个人，到地球上任何一个角落，都将始终和世界保持连接。这可能是自移动互联网普及以来最重要的一次通信革命，意义远超5G、6G。

不过，这个理想还要很多年才能实现。虽然目前多家公司都实现了手机直连，比如华为使用高轨天通卫星实现了商用卫星通话，SpaceX和AST SpaceMobile使用低轨卫星实现了存量4G手机的直连和天地系统的融合。但是，它们都不太可能承载未来的主流通信。

图3 AST SpaceMobile蓝行者三号卫星巨大的相控阵天线（图源：AST SpaceMobile）

原因在于，高轨卫星容量有限、延迟严重、普通手机必须增加成本加装卫星通信硬件，资费下降空间也不大。而SpaceX和AST SpaceMobile为了支持4G存量手机，采用了卫星降轨和巨大的相控阵天线，大大提高了成本。只要资费比地面高，普及就有难度。更糟糕的是，4G手机面临淘汰，这些系统注定是过渡性的。

要实现替代地面网络的理想，不仅需要天地融合，还必须实现“天地同价”，即手机售价和资费都和地面网络持平甚至更低。3GPP国际标准化组织制定的NTN（非地面网络标准）最有可能实现这个目标，因为这是史上第一次在制定移动通信标准时就考虑了天地系统的深度融合，也为天地同价奠定了基础。未来，你换的5G-A（即5.5G）或6G手机估计都会支持卫星通信，而且最终将做到天地同价。

今年6月18日，在上海举行的3GPP会议上，NTN R18作为5G-A的第一个版本正式冻结，其中也包含了NTN。业界估计，NTN会在 2028年进入规模化商用。而6G标准计划在2030年冻结，规模商用应该在2032年左右。所以，最先支持NTN的应该是5G-A手机。

我们不妨大胆想象一下。

2028年，星链、星网、千帆发射都已经进入最后高潮。新发射的卫星都采用了NTN制式，和地面基站一起构成了天地融合系统。市场上所有5G-A手机都能直连卫星。用户无需切换到专门的卫星通信模式，手机将自动选择连接卫星或地面网络。但使用卫星仍需要开通并缴纳额外费用。在国外，除了无卫星信号的室内等场所或拨打当地电话会用国际漫游连接本地地面网络，其余一律自动连接卫星。

若干年后，三大运营商宣布，取消卫星额外资费也无需开通，同时开始逐步拆除偏远地区和农村地区的基站，但保留高速公路和高铁沿线的基站。其中一家运营商还宣布进入32个一带一路国家的本地市场，当地用户也可以直连中国卫星。

又过了若干年，在人类庸人自扰地宣布地球成功地躲过了某小行星袭击的第二天，三大运营商宣布将永久保留中国五大城市群主要区域、32个大城市城区及所有城镇的室内和地下6G基站，其余都将被拆除。此时，三大运营商已经在全球超过一半国家落地……

这似乎像是遥远的未来。但估计很多人想不到的是，在另一条赛道上完全不用等这么久。直连卫星、天地融合、天地同价有可能几年内就能实现。不过，这不是手机，而是万物。

万物互联就是物联网。事实上，最近这些年在星链等巨型宽带星座高调发展的同时，窄带的卫星物联网也在低调地快速生长，并呈现了蓬勃发展的态势。

物联网属于窄带通信。通俗一点，可以把它理解为短信通信。但各行各业对通信距离、传输数据量、实时性或通信频次、穿透能力、抗干扰能力、单双向模式、终端功耗体积等等的要求千差万别。市场相当碎片化，因此所用通信技术也五花八门，包括蓝牙、WiFi、Zigbee、Lora、NB-IoT、LTE等，其中后两者属于4G移动蜂窝系统，由运营商提供。

举个耳熟能详的例子，共享单车就是一个典型的物联网应用。车载终端通过物联网接受来自用户手机的开锁命令，并定时上传车辆的位置和状态。通过后台服务器软件系统，就能实现完整的借还车和支付流程。

在没有移动信号覆盖，也没有办法建设专用网的地区，如海洋、沙漠、极地、森林、高山等地方，卫星就有了用武之地。早在上世纪90年代，Orbcomm、铱星、全球星就成为了卫星物联网先驱。其中后两者主业语音，辅业物联网，而Orbcomm则是专注卫星物联网。我国2000年发射的两颗北斗导航一代卫星也配备了短报文功能。所以中国也是卫星物联网的早期开拓者。

图4 老照片：1998年长征2号SD火箭发射铱星（图源：航空知识）

最近七八年，随着发射成本的迅速降低和通信技术的长足进步，新一代的卫星物联网星座开始浮现。由于需求和所用技术和宽带星座有较大错位，技术和资金门槛也很低，物联网星座发展迅猛，甚至有野蛮生长之嫌。但星座虽多，规模却都不大。这个结果可能和需求碎片化有关。据不完全统计，仅运营中及已经发射卫星（包括试验星）的星座就有40多个。

这些星座的功能、性能、价格都比早期物联网星座有了长足的进步，市场也因此迅速扩大且变得更加多样化。应用场景从传统的海事、物流、能源、农业等延伸到了森林防火、环境监测、资产管理等细粒度”万物”的连接。

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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