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中国为何造不出星链

   日期:2020-10-15     来源:VCPE见闻    作者:小白总    浏览:352    评论:0    


核心提示:2015年1月,SpaceX CEO马斯克宣布了卫星互联网服务计划,这一项目被命名为Starlink,即星链,SpaceX计划将约1.2万颗通信卫星发射到轨道,为地球上的用户提供宽带互联网服务,除了这已经获得批准的近1.2万颗卫星,该公司还申请发射3万颗卫星。当年马斯克的事业版图还比较模糊,特斯拉还未超越丰田市值,Neuralink(脑机接口
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2015年1月,SpaceX CEO马斯克宣布了卫星互联网服务计划,这一项目被命名为“Starlink”,即“星链”,SpaceX计划将约1.2万颗通信卫星发射到轨道,为地球上的用户提供宽带互联网服务,除了这已经获得批准的近1.2万颗卫星,该公司还申请发射3万颗卫星。当年马斯克的事业版图还比较模糊,特斯拉还未超越丰田市值,Neuralink(脑机接口业务)、SolarCity(超级光伏业务)尚未进入试验阶段,因此,马斯克关于星链的豪言壮语被认为是博眼球的狂人诳语。

截止目前为止,SpaceX悄无声息地成功发射了12批星链互联网卫星,总数达到713颗,尽管发射计划数量不及预期,anyway,星链仍然是整个航天界当家的空天互联网的使命担当。

中国航天早在九十年代就曾进行过低轨星座计划的预研,严谨地论证了星座的可行性,可谓起了个大早,为何在SpaceX引爆全球商业航天之际,中国航天才开始举几大央企之力开启自己的星座计划?

国际电信联盟LOGO及位于瑞士日内瓦的总部大楼

先讲一个故事:有这么一个组织,叫国际电信联盟(ITU,简称国际电联),是联合国负责信息通信技术事务的专门机构,主要进行全世界无线电频率资源和卫星轨道资源的协调和管理,因为太空资源(无线电频率、通信卫星的轨道等)也是有限的,需要有秩序地开发。过去,运营商想要发射卫星,先跟国际电联打申请,明确卫星的轨道和频率;在提交申请后的7年内,运行商只要想办法打一颗卫星上去,并且在轨工作90天,就能保住所申请的频率、轨道等;所以,如果说有些频率和资源比较紧缺或者正在被加速开发,那么运行商就可以赶紧打申请、再打一些“短寿”的小卫星上去撑个一季度,按照规则就可以占住频率和轨道。这导致了当前一些公司靠一纸申请和若干颗“占频保轨”的卫星,就能占用很多太空资源,航天版的买车占号。

当然,规则如此,就得允许人这么干,任何规则都有一定程度的漏洞。

然而近年来,国际电联收到一个又一个低轨巨型星座的申请,他们慌了,这动不动成百、上千、过万的卫星星座,会占用大量的轨道和频率资源,但显而易见的是,当前世界上,卫星的制造和火箭的发射能力,根本实现不了他们PPT中吹下的牛X,牛X是无限的,而空间资源是有限的,运营商们要真打一两个破烂上去“占频保轨”,那低轨资源很快就被分光了,资源可能会被严重浪费,这么玩可不行。

很快的国际电联达成的一个新的共识,要求卫星运营方在递交星座申请的2年内完成所申请星座规模的10%的卫星发射,5年内完成50%,7年内完成部署,未能按时达到这些要求的,就被实视为逐步放弃相应的资源所有权。

世间任何承诺都是有期限的,当然,权利也是。

笔者在坊间听到的一个业内人士说的这么一个段子:在国际电联宣布上述共识的时候,SpaceX的友商们很开心(SpaceX当时申请了1.2W颗卫星的星座"星链"),友商们觉得“让你吹牛X,这下完犊子了吧,2年打10%,就是1200颗,看你怎么收拾。能造出来不?造出来的火箭够用吗?打上去的卫星能用吗?慌了没?!(一脸坏笑状)”。结果在2019年5月,SpaceX一箭60星打了满满一整流罩正经的通信卫星上天,所有人都慌了,今年的疫情也没有阻挡其部署的脚步,前后一年多的时间内完成了12批共713颗卫星的发射,用其卫星的生产能力和火箭的发射能力,有力的回应了国际电联的担心,以至于SpaceX后来将星座规模增加至4.2W颗后,再没人敢质疑,友商们在SpaceX面前,纯纯的看热闹反被打脸。

Starlink卫星(图片来源:Starlink官网及互联网)

故事到此结束。

/1/

在筹备这篇短文期间,笔者列了一个大纲,其中一点就是关于国际电联这个规定的,提纲要点是,“根据国际电联这个新要求,搞星座要量力而行,要立足自身卫星制造和火箭发射能力,如果星座规模搞太大,并不是好事”。

结果在9月28日(虽然这则消息在发布当日很快被删除了),中国向国际电联申请了一个接近1.3W颗卫星的巨型星座的消息在坊间传开。这么大一个规模,想了想,可能只能用“申请不申请,频率和轨道就在那里,不增不减,先申请再说”来解释,毕竟现如今的低轨星座的建设规模和低轨资源相比,理论上是不存在跟跑者的“后发优势”的。

/2/

所以回到标题,当我们在说搞不出“星链”时,我们在说什么?可以是搞不出星链那么大规模的星座,可以是搞不出星链“扑克牌”那样的卫星,可以是搞不出SpaceX那么高产的卫星装配线(产能达120颗/月,对比OneWeb的30颗/月,铱星的6颗/月,来自互联网公开资料),也可以是SpaceX那么迅猛的部署速度(一年多发射700多颗卫星)导致中国没有机会搞等等。

SpaceX的“扑克牌”卫星(图片来源:Starlink官网)

上述问题可以看出一定的逻辑嵌套:大概是搞不出“扑克牌”一样的卫星,再牛的卫星生产能力也到不了SpaceX那么高的产能(当前小卫星研制周期以月为单位,通常6~12个月不等),短时间内就形成不了大的星座规模,再考虑一下火箭和发射场能力,星座短时间内无法快速部署形成规模,那就搞不过SpaceX的“星链”。

但这些问题的起点是,我们到底需要一个多大规模的卫星?它决定了我们应该采取怎样的策略。

当前放眼望去,全国上下,体制内外,航天国家队和航天民企,貌似都在搞“扑克牌”卫星,仿佛不搞,你就已经输在起跑线上了一样,你的理念就不行、就跟不上时代,说自己在搞星座但又不搞SpaceX那样的卫星就很丢脸,然后星座规模说起来也都成千上万颗卫星。

铱星二代星座规模:75颗

OneWeb星座规模:684颗

Starlink星座规模:1.2万颗+3万颗

所以,从几十颗到几百颗再到上万颗,都可以形成全球覆盖,提供服务。如果是几百颗的规模,直接干就行,快快往天上打(这个后文会再继续说)。现在的当务之急,好像并不是星座规模有多大、有多大的容量和带宽、有多短的时延,那是讲故事用的,提出来的那些指标,其实都远超已有能力和使用需求,有点“放卫星”蹭热点的感觉。

But,这个事情真的是在蹭热点吗?让我们冷静一下,是不是应该这么考虑:因为我们很需要一个巨型星座,且要在短时间内完成建设,所以首先要求火箭每次发射都装尽可能多的卫星,其次卫星的生产能够像汽车流水线一样快,要两者需要同时具备,“扑克牌”那样的卫星可能会是一个不错的解决方案,像生产手机一样生产卫星,装扑克牌一样层叠装进火箭。

OneWeb一箭34星和Starlink一箭60星对比

而现在,我们直接从结果进入,不管对星座的需求是怎样的,只因为Starlink那样,很新颖、很神奇,所以就要搞Starlink那样的,要不然不够高大上,要不然无法立项,要不然无法融资。

这结果可能作茧自缚,把自己弄死。

1)在设计方面,“扑克牌”卫星需要攻克许多工程上的关键技术,卫星结构、太阳能翻版等的机电热一体化的设计,卫星的姿轨控技术,卫星的星间、星地通信的软硬件技术、星座通信体制设计等,这些技术都需要强有力的设计和集成能力,放眼望去,可能国家队有这样的实力,但是国家队这样体制内单位,研制体系太庞大,总体部门、分系统部门、配套厂商等的层级太多,利益不一致,要是搞一体化设计、集成设计,会涉及很多说不清的默认的部门分工,会破坏既得利益集团的收益,其设计变革、技术创新的心有余、但力不足;而民营的航天企业,目前搞出像样通信卫星的不多,银河航天算是一家(已有在轨运行的低轨通信卫星),但要搞“扑克牌”卫星,一样面临技术基础薄弱的问题。

2)如果说国内设计水平尚可跟上国际水平(毕竟全世界设计用的大型软件工具就国外就那么几款,大家都在用,设计理念,我们也能与时俱进,抄到最先进的思想),但在制造方面,我们的差距可不是一点半点。当前一颗卫星一年半载慢条斯理的手工打造,质量其实尚可,打上去也挺好用,但同样的平台干几颗,出现的问题都不一样,品质不稳定,先不说要如何提高研制效率,稍微上量就要出问题,成规模的生产汽车一样的生产卫星,国内并不具备经验,像手机那么成熟的产业链,在设计定型开始量产后,还要有产能爬坡和良率提升这么一个过程,别说高端的卫星了,打上去就不能修,更需要高质量保证,短时间内制造成千上万颗卫星,国内航天器制造业暂时没有这个制造能力和质量管理能力,而网上流传的一条条卫星生产线,从目前的公开的资料来看,也是雷声大雨点小。

3)在供应链方面,当前国内围绕航天器研制的元器件、单机、模块的配套供应能力,并不具备支持大规模的卫星部署需求,因为此前也就是配合一年半载手工打造的节奏即可。拿元器件来说,宇航级别的元器件,需要经过各种环境的筛选,量少不说,还贼贵;采用非宇航级的元器件,会直接导致单机可靠性的下降,直接影响卫星寿命。单机、模块的生产能力,跟卫星装装配一样,同样面临生产质量稳定性的问题,最后不是卫星生产不出来,是卫星的单机、元器件供应不上。马斯克就曾说过,大规模生产星链卫星,比这颗卫星本身要难100倍,1000倍。最近他在特斯拉股东大会上提到正在研发的4680新型电池时,再度表示,“大规模制造,特别是新技术的大规模制造,比原型设计要难1000倍、10000倍。”

/3/

可能的解决思路是:小步快跑,赶紧干、赶紧往天上打,有什么本事造什么卫星,把现有条件利用好,集中力量搞研发,别弄那么多概念和噱头分散一线战斗力,闷头先把研制流程中的利益相关方的目标对齐,把管理做好,包括研发管理、生产管理和质量管理,不是天天喊着互联网思维嘛,依靠现有战斗力,短时间内先搞个几十颗往上打,占住频率和轨道,同时验证技术、快速迭代方案,边干边完善,想追着热点跑,也要因地制宜,实事求是。

说实话,真的一年干个几百颗卫星出来,国内这些发射场和运载的能力,可能也无法保证卫星都送上去,跟风搞噱头,长此以往,那只会进一步拉大国内外在高端制造业上的差距。

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