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一道马鞍形弧线,勾画中国“智慧天网”
发布日期:2021-03-18 来源:解放日报

  许多人还记得去年6月的那个晚上。夜空中,一颗又一颗闪烁的星依次划过。随后,新闻在社交网络上铺天盖地地涌现:马斯克的SpaceX公司完成“星链”计划第9次发射,一枚“猎鹰9”火箭将61颗卫星送入太空。

  

  同一时刻,在上海郊区的航天八院总装集成测试厂房,一颗通信卫星已基本完成组装,即将进入总调总测阶段。上海清申科技发展有限公司总经理陈茂良终于得空拿出手机,第一眼就看到了正在刷屏的“星链”。清申科技由清华大学与上海临港集团合资设立,诞生之初的战略目标,就是自主建设中国自己的卫星通信网络,解决“0到1”的问题。

  

  清申科技的“智慧天网”和“星链”一样,同为卫星通信项目。不一样的是,双方选择了不同的技术方案。“星链”名气更大,进展更早,一度给清申的科研团队带来巨大的压力。“但经过反复推算、验证、试错,我们坚信自己的方案同样可行,且更符合公司的实际情况与国家的需求。”给“对手”点了个赞,陈茂良收起手机,“做好自己的就行了”。

  

  验证星和配试星即将发射

  

  几个月过去,卫星初样通过测试,如今“智慧天网”项目已进入二期阶段。不久后,一颗技术验证星与一颗配试星将从太原发射,升入地球中轨道。顺利的话,另外7颗卫星也将陆续升空,组成一个马鞍形的美丽弧线,7天24小时全覆盖这颗蓝色星球的每个角落。

  

  陈茂良说,技术验证星的初样与正样其实是“孪生兄弟”。初样在极端温度、重力等环境下表现正常,意味着正样在发射后也能从容应对相同考验。“初样完成测试后,我们也算有底气了。”

  

  此时,清申科技这家年轻的公司刚刚成立不到3年。公司的“智慧天网创新工程”也在设立之初就被列入市级科技重大专项。

  

  “我国的海外机构,大多数只能依赖外国运营商进行卫星通信。因基础设施缺失,国内无法实时监控‘一带一路’项目在非洲等地的海外资产状态。极地科考、远洋渔业、应急处置……这些也都要用到卫星通信。”陈茂良说,没有自主可控的卫通网络,会带来额外的高成本,以及不可控导致的不安全性。

  

  去年4月20日,国家发改委召开新闻发布会,明确了我国新型基础设施建设的三大领域,主要包括:信息基础设施建设、融合基础设施建设、创新基础设施建设。其中卫星互联网首次作为通信网络基础设施的一部分纳入信息基础设施,预计2021年投资规模约170亿元。

  

  “智慧天网”项目也因此得到了国家相关部委、投资方、潜在用户更多的关注。不过,几乎每个人都会问同一个问题:为什么选择中轨道,而不像“星链”一样使用低轨道?

  

  陈茂良苦笑:“这是航天行业的普遍现象。美国人技术先进,所以大家都会对标他们。‘星链’之外,美国的其他卫星通信也大多采用低轨道方案。和他们的方案不同,自然会引发质疑。” 下转◆3版

  

  低轨道与中轨道方案各有利弊。低轨道卫星离地面近,因此时延低。但要做到全周天覆盖全球,至少发射成千上万颗卫星。且这些卫星寿命更短,维护成本极高;对系统稳定性、网络技术要求很高。低轨道卫星还极度依赖全球布局的地面信关站——即便是美国,在全球建设信关站时也遇到了诸多阻力。

  

  事实上,清申科技的前身清华宇航中心曾在2014年尝试过低轨道方案,并发射了一颗验证星,通过实践证明了这种方案的技术难度和潜在风险。

  

  “仍有人质疑,同国际合作,在海外建设信关站有何不可?”陈茂良说。但随着近年来单边主义、保护主义抬头,国际形势走向不稳定不确定,这些质疑声逐渐沉寂了。现实证明,清申科技选择的中轨道方案颇有预见性。

  

  “你赶紧上,上了我们就要用”

  

  中轨道方案的优势是什么?通过简单的物理推算可以得出,离地面越远,单颗卫星能覆盖的地表面积就越大。具体到“智慧天网”项目,只要8颗卫星即可实现全球连续通信覆盖,实现低轨道上万颗通信卫星组网才有的功能。

  

  而它几乎所有的优势,都能归因于卫星数量少。譬如成本低——虽然单颗卫星成本较低轨道卫星高,但8颗与上万颗一比,仍是小巫见大巫。又譬如不依赖全球地面信关站——只要8颗卫星之间形成星间链路,只要其中一颗卫星能与国内的信关站通信,就能带动接入整个网络所有卫星。而在这套系统中,总会有至少一颗卫星能连接国内的信关站。

  

  “理论上,低轨道卫星也能通过星间链路解决信关站依赖问题。”陈茂良说,“但要在数量高达五位数的卫星之间,打造稳定可靠的星间链路,复杂程度与成本极高,实际可行性很低。”

  

  确定方案后,团队经过复杂演算,最终在中轨道上找到合适位置。在那里,8颗卫星可以组成一个稳定的结构,互相之间保持静止,这也让星间链路的打造变得简单不少。相比传统静止轨道卫星通信系统,“智慧天网”还可以有效解决两极、高纬度区域的高仰角覆盖难题。

  

  陈茂良现在很期待第一颗验证星上天。他告诉记者,现阶段,我国极地科考数据回传只能选择国外运营商,带宽严重受限,昆仑站和泰山站甚至只能使用带宽128kbps的铱星系统,作为与外界联系的唯一方式。首颗星上天后,每天11时左右,科考站将能与国内进行47分钟的通信,带宽支持高清视频通话。这样“0到1”的突破,将给团队与投资方注入充分的信心。

  

  清申公司提供了一份市场调研结果:远洋渔业方面,我国目前拥有远洋捕捞渔船数量超过2700艘、年产量超过200万吨、总产值超过200亿元。但作业效率不到国际先进船队的80%,原因在于信息化手段缺失,只能采用昂贵的国外系统。卫星遥感数据快速分发进行鱼情综合分析、卫星通信电子浮标探鱼、船位监管和航行安全等,均可大幅提高远洋渔业行业效率和盈利水平。

  

  在国内,卫星通信也有用武之地。严重自然灾害发生时,基础设施被破坏,卫通成为唯一选择。“譬如山火发生后,消防队员应如何布置、转移到上风处?防火隔离带应如何挖?卫星能将决策信息及时送到一线指挥部,避免大量生命、财产损失。”陈茂良说。

  

  安全需求、应急时效、产业赋能等领域,都急需国内自主的卫星通信服务商,清申科技无疑是走在最靠前的几家之一。第一组8颗卫星总容量可达200Gbps以上,可满足50万以上地面通信用户的需求。第二、第三组卫星上天后,容量将达到Tbps量级。

  

  目前,已有28家企业、单位与清申科技签订了服务采购意向书。即,只要“智慧天网”达到目标功能,他们就会采购该服务。一些企业已经有些等不及了,他们不停地问陈茂良:“卫星什么时候上天?”“你赶紧上,上了我们就要用。”

  

  拎起电话就能请教“清华智慧”

  

  清申科技的创新技术优势来自清华大学。更准确地说,来自清华大学信息学院和宇航技术研究中心,来自中国科学院院士陆建华与其团队二十余年在空间通信网络领域的研究积累。

  

  公司的架构很特别。除了61名正式员工外,还有20名“编外人员”。他们虽不在清申科技交社保,却有至少一半的工作时间待在公司。剩下另一半时间,他们会回到清华校园,用那里的设备、资源继续研究“智慧天网”相关课题。

  

  “这批清华的老师与研究人员,是我们公司最宝贵的财富。其中包含1位院士、3位长江学者、3位杰出青年学者。”陈茂良说,“作为公司的技术顾问,他们不仅从事天网专项攻关,更肩负起培养本地团队的重任。”

  

  公司创办之初,清华大学将12项核心专利投入清申科技,其多为原理性、构架型发明专利。清华的老师们带领本地团队的航天“新兵”们快速研发转化成为应用型发明专利,不到3年时间转化、注册成功41项发明专利。卫星轨道资料已在国际电联公布、协调,核心关键技术已在我国首颗低轨移动通信卫星、探月工程、载人航天工程、中继卫星系统、宽带卫星系统等重大项目中成功验证。

  

  清华的教师学者们还会带来自己的研究成果的产业化项目,如此一来,清申科技可谓名副其实地承接了“清华智慧”。

  

  在研发过程中,“新兵”们也在“清华智慧”的熏陶下,成长迅速。陈茂良开玩笑道:工作到一半遇到困难,拎起电话就找清华的老师帮忙解答——这“待遇”哪里还找得到?这也成为清申科技招揽人才时的一大优势。不少年轻人才都冲着清华的名号加入公司,希望能在这些技术顾问的手下提升自我。

  

  “依托智慧天网专项和清华技术实力背景,以及临港新片区的政策优势,清申科技已初现人才聚集和虹吸效应。”陈茂良展望未来,希望能进一步吸引一批沪上和全国高校及科研院所人才专家加入工作,最终形成一批高层次人才队伍,“希望能早日建成我国首个技术领先、自主可控、商业可行的中轨互联网卫星星座,保障国家信息安全战略和国民经济信息化建设。”(记者 胡幸阳)