俄乌战争以来的第二个恐慌席卷全球,星链限速让美国的西方盟友如鲠在喉!连被美国盟友撺掇正在打俄乌战争的乌克兰都被限速,这个世界还有谁值得信赖的吗?最近一周来多国表示要建设自己的近地轨道互联网系统国家一只手都数不过来!

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俄罗斯早就开始建设自己的星链“黎明”卫星系统,号称技术领先“星链”,然而才发射32颗就有3颗出现了故障!到目前为止,近地轨道卫星系统建成的也不止美国一家,但从整个制造、发射、组网以及生态与产业闭环五个维度来分析,未来最终能玩转的只会是中美两家!

俄罗斯“星链”升空:“黎明”卫星系统是另一个OneWeb?

最近闹得沸沸扬扬的“星链限速”事件似乎与俄罗斯无关,原因很简单,因为星链授权的是乌克兰使用,而俄罗斯却不能,最多也就是俄罗斯捡几套还没有被注销的星链用用,没法成为常态!星链的战场价值全世界都看到了,乌军利用星链操控无人机侦察、目标校射、高速替代数据链、FPV无人机猎杀步兵与防空导弹等,重创了俄军,星链已经成了乌军对抗俄军的战场重要通信手段!

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星链的通信原理不复杂,就是通过大量低轨卫星,与地面客户端建立联系,同时再通过星间高速激光通信路由到附近的地面站落地接入地面互联网!原理简单不代表建设也容易,因为要保持不间断通信的话同一条轨道上就得十几颗卫星甚至更多,根据轨道高度的不同,从数百颗卫星到数万颗不等,星链如果完全建成就是一个总数达3~3万颗的超级近地轨道互联网星座!

“黎明”卫星系统:300颗卫星就比星链优秀?

俄罗斯一直都想建立一套自己的近地轨道互联网通信星座,俄乌战争的刺激是加快这一建设的标志性事件。从2023年开始,俄罗斯私营航天企业 “1440局”获得了“黎明”(Rassvet) 通信星座的建设主导权。

其设计思想是建设一个俄版“星链”,但与星链不一样的是其轨道高度在800公里左右,目前轨道倾角都为82.3°,12个轨道面(升交点赤经大致相隔30°),远期会增加88° 极轨层,但目前没有这个计划。初始建设是292颗卫星,中远期规划在800~900颗左右。

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这个规模下每个轨道面大约24颗卫星,星下点间隔大约3000公里,当然高纬度地区这个间距会大幅缩短,俄罗斯选用近极轨原因也在于此,因为他们并不打算在赤道地区大规模铺开应用,主要服务还是在高纬地区。

据《俄罗斯报》在10月20日的报道称,黎明(Rassvet)” 通信星座的优势在于星间高速激光链路通信,对地面站数量的需求正在下降;另外这个系统在设计之初就考虑了抗干扰能力以及加密,拥有类似星盾级别的安全防护。同时轨道高度高,卫星数量需求也少,兼顾军用与民用。

这个设计有点类似英国主导的OneWeb系统,优点是卫星需求数量少,从设计到部署再到商业化应用,时间可以压缩到3~5年左右,当然缺点也是显而易见的,要不然马斯克的“星链”搞几万颗卫星又是为啥呢?从目前俄罗斯的“黎明”(Rassvet) 通信星座的数据来看,其实问题还不小。

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每个道面大约24颗卫星,赤道星下点间隔大约3300公里,以莫斯科为例,卫星过顶时间大约4.2分钟一颗,两个轨道面星下点间隔1870公里,也就是每次只能与一颗卫星通信,这就会出现几个问题:

首先第一个问题是单星通信:尽管使用了相控阵通信阵面,但波束数量依然是非常有限的,并且通信带宽也受到限制,目前俄罗斯公开数据是单终端下行1Gbps,实测是48Mbps、上行12Mbps,延迟38–42ms。

1440局没有对外公布黎明星座的单星波束数量,也没有公开单星吞吐量与并发用户端数量,不过根据开源情报分析单星波束应该在8~16个左右,客户端数量如果跑满下行带宽大概在10~20台,如果要求不高比如按2~5Mbps 估算,理论并发在线终端几百台级别,但实际估计很难超过100。

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第二个问题是间断通信,第一阶段292颗卫星的状态下,理论过顶时间是4.2分钟,按最低5°通信角度开始计算,单个轨道面可以连续保持通信大约40分钟。此时会有一个问题,下一个轨道面还没转到该地可视角度内,至少需要在50分钟后。

也就是说能连续保持40分钟通信时间,然后中断50分钟,然后又继续40分钟,再中断50分钟!周而复始,在卫星数量增加到900颗,并且增加88°极轨层后,做到全球基本覆盖问题不大,但是带宽与并发连接数依然后比较大的限制。

从应用层面来看,星链是面向普通用户的,卫星数量以及轨道高度的差异,可以接入比“黎明”卫星多1-2个数量级的客户端。不过两者定位情况也不一样,“黎明”面对专业用户或者军用系统的话,其实并发链接不会像星链那么多。但如果要实施超大规模的前线无人体系作战的话,“黎明”体系应该还是有点问题的。

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当然这还是比较理想化的设定,实际建设过程中问题还更大一些。“黎明”的原计划是在2026年底建成156颗卫星在轨,到目前只完成32颗,并且已经有一颗因为推进器完全失效,已经再入坠毁;另外2颗抬轨异常,估计10~11月初再入。

还有一个最关键的因素是第一批和第二批次卫星没有一颗进入800公里的预定轨道高度,“黎明”卫星的发射过程是联盟2.1b将其送到300公里过渡轨道,然后通过自带的离子推进火箭慢慢抬升至800公里的工作轨道,但到目前为止,所有卫星都卡在了510公里的轨道上不去了。

所以外界怀疑,“黎明”卫星系统的实际工作高度可能会下调到500公里左右,但倾角保持不变,此时的292颗卫星组成的第一期工程,单次通信时间会从原来的40分钟缩短到30分钟左右,而中断通信的时间则会增加到60分钟左右。

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在同样的条件下,比如增加88°极轨层后,如果要做到全球覆盖的话,卫星数量会增加到1100颗以上。而这个变化就是因为“黎明”卫星系统的离子推进发动机问题导致的,据公开报道的说法,该卫星搭载SPT‑50M霍尔电推设计上应该没问题,而是制造过程出现的问题,推力大幅下降,推进器依然能工作但轨道无法抬升。

无论是从哪个角度分析,“黎明”卫星系统与星链都有非常大的差异,不过就俄罗斯军事用途与专业化用途方向考虑,再加上轻量级民用其实问题也不大,延时会略长,就像访问远距离站点一样,但是也能接受,但要像星链那样规模以及体验应该还达不到。

全球都想造自家星链: 真正能玩转的只会是中美

据《华尔街日报》在10月24日报道称,在星链对乌克兰限速后,欧洲与加拿大加紧推出由自己控制的卫星系统。此前美国因为不满乌克兰不顾警告袭击俄罗斯境内的炼油厂,特朗普在警告中断军援甚至换掉乌克兰总统无效后,乌军在10月14日凌晨报告使用星链的设备被限速在160公里以内,在超过120公里后就会中断链接10~20秒!

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乌军前线的侦察、FPV无人机攻击以及巡飞弹等都依赖星链通信,这些设备无一例外都会超过160公里,速度被限制后乌军前线除了低速无人机与静态星链通信外,其他作战几乎没法展开。这下让泽连斯基相当不满,同时为乌克兰提供星链使用费的波兰也向马斯克质疑为何要限速!

民主党也在众议院发起调查到底是谁下令,然而特朗普与万斯以及马斯克等没有一个人承认。据最新的消息是乌克兰的星链客户端“越狱”了,原本就限速160公里,乌克兰改造后突破了这个限制,现在星链推送了一波固件,把这个漏洞给堵上了。不过据路透社等外媒报道,星链的限速正在逐步取消,目前正在恢复使用。

但是这个限速还是让西方各国相当恐慌,俄乌战争刚开时美国与欧洲冻结俄罗斯的美元与欧元存款,并且还将俄罗斯踢出了SWIFT报文体系。这个操作让全世界都开始担心自己的外汇到底还安不安全,纷纷开始本币交易以绕开美国的控制。这次星链的操作再次提醒西方国家,美国的东西是靠不住的,除非建设自家的“星链”。

乌克兰另起炉灶!各国纷纷加入

10月22日,乌克兰与芬兰宣布,作为3亿欧元援助计划的一部分,乌克兰将加入芬兰卫星运营商ICEYE与诺基亚筹备的卫星通信网络。ICEYE原本就运营了一套SAR星座,此前俄罗斯卫星就靠近过一颗ICEYE-X36卫星,因为这颗卫星为乌克兰提供俄境内的合成孔径雷达成像。

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ICEYE的卫星通信网络与俄罗斯与马斯克的星链都有点不一样,后者是以运营商的方式租用带宽,而前者则是为客户打造一套量身定做的主权星座,其意思就是可以根据客户的要求定做一套轨道高度倾角以及轨道面的通信星座,完成后在轨移交,所有权控制权等都归主权国所有。

从整个角度来看,ICEYE的模式似乎挺适合,不过ICEYE只是一个掌握卫星核心研发的厂商,也有运营的星座,但并没有发射能力,需要欧空局或者SpaceX以及印度或者日本等火箭将其卫星送入轨道。另外这个筹备的卫星通信星座也至少要等到2028年才能发射,建成至少也要3-5年后。

欧洲搞的是IRIS²,这是欧盟统一出资、统一规划一套公共大星座,主导方是欧盟委员会+欧空局,这个与ICEYE的卫星通信网络没有任何关系。规划合计348颗(330低轨+18中轨),整个星座属于欧盟公共资产。成员国、欧盟机构、国防、应急用户向这套公共星座申请带宽、使用切片,共享同一个星座资源池。

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看这个轨道高度也基本可以确定,低轨卫星轨道高度应该在1200公里左右,中轨高度应该会超过8000公里,容量应该比俄罗斯“黎明”系统还小一些,当然轨道高度越高,可见概率也越高,但是带宽会降低,容量也会下降,对于体量不大的欧洲国家来说,应该说也差不多够用了!

加拿大准备搞的是Telesat Lightspeed,规划了198颗低轨卫星,带星间激光链路,全球覆盖,面向政府国防、企业、偏远地区宽带;星座产权归Telesat,加拿大政府拥有优先安全使用权、主权管控权。这个卫星数量下,轨道高度也就更高了,容量比欧洲的IRIS²还要小,当然加拿大地广人稀,这个问题应该是可以接受的。

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除了这几家外,英国的OneWeb已经建成,轨道高度1200公里,卫星数量648颗;另外还有日本、印度、韩国、以色列、土耳其等国都在建自己的近地轨道通信星座,当然还有正在建设不亚于星链规模互联网星座的中国,马斯克的星链开建后,近地轨道上真是好不热闹。但是我们要给各国泼一瓢冷水,除了中美外,其他国家要挤进这个领域难度是极大!

除了中美的近地轨道互联网星座外:其他都是半残废

中国在建的通信星座有两个,分别是中国星网“GW星座”和上海地方国资商业星座的“千帆星座”,前者是总规模12992颗卫星,分500公里下层和1145千米上层,多倾角组合,2029年底计划部署约1300颗,2035年完成全部万颗级组网。

GW星座的定位是国家战略骨干,兼顾国防、应急、航空海事、偏远地区宽带。10月25日,长征八号甲运载火箭在海南商业航天发射场,成功将卫星互联网低轨28组卫星(9颗)送入轨道。这是GW星座的28批卫星组网发射,目前在轨数量已经231颗。

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千帆星座一期648颗,二期扩充至1296颗实现全球覆盖;远期将会达到1.5万颗组网。2024年8月首批18颗组网星发射,目前在轨数量256颗。其定位是面向民用宽带、出海商业市场。两者应用场景不一样,GW星座是主权优先,而千帆星座这是商业与出海为主。

各国都在建,但能完整建成商业卫星星座的只有中美两国!互联网星座卫星的门槛并不高,但这个领域并非制造卫星,而是有五道门槛,缺一不可:

  • 卫星制造: 能否稳定批量生产,而不是只能完成少数样机。
  • 火箭发射: 能否高频、低成本补网及时替换故障卫星。
  • 网络组网: 能否实现连续覆盖、可靠切换与足够的通信容量。
  • 终端生态: 能否制造小型、低功耗、价格可承受的用户设备。
  • 产业闭环: 能否把芯片、相控阵天线、地面基础设施、运营维护整合成完整体

欧洲、美国能利用西方工业体系,制造卫星上问题不大,大不了向SpaceX订购;日本、韩国、以及印度和土耳其有点问题,特别是想要低成本这个问题很大。不过可以参考OneWeb这种轨道1200公里的模式问题不大。

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卫星发射能力,加拿大、土耳其、以色列等都不行,必须依赖SpaceX或者其他国家的商业发射;网络组网方面,如果考虑足够的通信容量,那就只有美国与中国两家了,因为只有这两家通信容量足够大。

终端生态上这个中国肯定是第一,SpaceX已经商业化应用也没问题,其他国家都有点问题,产业闭环上美国第一,欧洲与其他西方过国家应该也没问题,中国的短板比较大,因为西方国家一般不会允许中国建地面站,不过这个可以构建高速激光星间链路缓解。

在这些指标中最关键的卫星制造、卫星发射与生态应用,其中正在大规模搞商业卫星发射的只有中美两国,SpaceX已经走通了,中国也即将走通,这个发射生态是全球唯二了。未来快速组网,低成本补网及时替换故障卫星,这才是竞争力。再有就是应用生态,中国依托庞大的自身需求可以解决商业化冷启动。

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当然从规模上也只有中美两国在建庞大的互联网星座,这也是实力与未来应用场景的设定决定的。除开中美外,其他星座规模都不大,或者更准确多一点说,就是解决星链容易被美国卡脖子的问题,只有中国在建的才能在规模上与SpaceX的星链对比!