卫星互联网织布“天网”，中国星链卫星怎样“智造”
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导语：12月6日，上海微小卫星工程中心成功将一颗卫星互联网技术试验卫星发射升空，这是继11月23日成功发射卫星互联网技术试验卫星后又一次新的探索，卫星互联网和6G什么关系？为什么再不搞就来不及了！“微小”卫星是怎样实现流水线生产的？
一、全球低轨卫星打响“圈地战”
2023年SpaceX公司加速编织太空卫星网。年初至今，SpaceX公司利用“猎鹰”-9号火箭完成58批“星链”发射任务，共计部署1870颗“星链”卫星。目前，“星链”星座在轨卫星规模达5144颗，占全球在轨卫星总量超55%，是人类有史以来规模最大的卫星星座。
除SpaceX激进地圈城掠地之外，亚马逊、苹果、波音、英国的一网公司、加拿大的Telesat以及韩国三星都已发布了进军低轨卫星互联网的计划；国际电信联盟(ITU)奉行的“先占永得”基本原则，无论是轨道还是频谱不可再生，低空领域的资源极具战略价值，我国在2020年就已把卫星互联网列入了“新基建”的范畴中，目前我国已经占据了一部分Ka/Ku频段。也有自己的“虹云工程”、“行云工程”、“鸿雁星座”等“星链项目”正在进行部署中。
“虹云工程”是由中国航天科工集团有限公司牵头研制的覆盖全球的低轨宽带通信卫星系统，计划用156颗小卫星组成卫星互联网系统，“鸿雁星座”是由中国航天科技集团自主建设的低轨卫星通信系统，计划用60颗核心骨干卫星和数百颗宽带通信卫星组成系统，实现全球无死角的自由接入宽带互联网。
二、低轨通信卫星如何定义“卫星互联网”
卫星互联网是基于卫星通信的互联网，它是利用人造地球卫星作为中继站向各类陆海空天用户提供宽带互联网接入等通信服务的新型网络。
根据所在轨道高度不同，卫星通常分为地球同步轨道卫星、中地球轨道卫星和低地球轨道卫星（简称低轨卫星）。不同轨道卫星的在轨运动速度、绕地球周期和对地视场不同，用途也有所不同。
这次在甘肃积石山地震应急通信保障中起到关键作用的天通一号卫星，就是发射到距离地球36000公里的高轨卫星，这是我国独立设计、自主研发第一套卫星移动通信系统，只需三颗覆盖范围就达到亚太将近20亿人口。但是高轨卫星通信时延比较大，而且发射成本也比较高。
低轨卫星在1000公里以内距离地面近，基于物理性质，具有低时延、信号强的特征，是搭建卫星互联网的最佳载体。通过上千颗卫星在低轨道组成通信星座，尽管卫星始终在运动，但每时每刻都有若干卫星飞过头顶，低轨道高度可将时延降低至几十毫秒，已经比较接近地面网络的传输效率。此外，低轨卫星的信号强度更强，相应的地面终端可以更加小型化、轻量化，能够满足自动驾驶、无人机遥控等需求。
随着“星链”在俄乌战争的应用，马斯克表示，自俄罗斯入侵战争以来已向乌克兰运送了约2万套星链接收天线和路由器。
低轨星座的潜在军事用途也引起外界关注。尽管“星链”计划的定位是商用卫星互联网，但在搭载其他载荷的情况下，还可提供遥感、增强导航等服务。未来，这张全球天基互联网络可支持远程导弹实时控制，其轨道推进系统可对其他空间目标实现动能攻击。总之，“星群”作战一旦开展，很难有其他卫星与之抗衡。
卫星互联网是极为浩大的工程，火箭重复利用和“一箭多星”技术极大降低了卫星发射成本；集成电路技术的进步促成了卫星的模块化、组件化和小型化，显著降低了卫星的尺寸、质量、功耗和研制成本；批量化、模块化卫星制造技术显著降低了卫星的制造成本。
四、像造汽车一样“智造”卫星
目前，星链发射的卫星版本以 V2.0 Mini 为主，这种重量约 800kg“小卫星”，部件的模块化接口设计形成了通用的制造标准，为规模化制造提供可能，使不同供应商提供的卫星部件之间能够相互操作。脉动装配生产线 (Pulse Assembly Lines)实现了规模化生产，研制加工周期短、建造成本低，马斯克曾公开透露单颗卫星的成本可以下降到50万美元。而我国通信卫星过去基本以吨量级的大卫星为主，卫星制造端成本偏高。
脉动生产线全称是脉动装配生产线 (Pulse Assembly Lines) ，顾名思义就是像脉搏一样一定时间跳动一次。该生产模式是从福特公司（Ford）移动式汽车生产线衍生而来的，是连续移动装配生产线的过渡阶段。脉动装配生产线可以设定缓冲时间，当某个环节出现问题时，整个生产线停止移动，当装配工作完成时，生产线就脉动一次，转入下一个环节或出厂。
脉动生产线在飞机制造领域最早实现应用，能提高生产效率和产品质量、降低生产成本。目前，国内新型飞机的生产工作大都已采用脉动生产线。
为了实现中国低轨互联网卫星的大型星座组网式服务，满足卫星单颗小批量定制的研制生产需求，我国多个低成本商业卫星脉动式智能生产线正在建设中。
航天科工空间工程发展有限公司（以下简称“空间工程总体部”）在武汉建成国内首条卫星智能生产线，2021年5月，由空间工程总体部打造的卫星智能生产线完成首颗卫星下线。
投用两年多来，实现了从原材料出库到检验合格之间，舱板级部装、卫星总装、整星电性能测试、通信载荷测试、机械精度测试、太阳翼安装与性能测试、质量特性测试、振动试验、真空热试验、检漏试验等十余道工序的梳理和自动化，生产效率提高40%。截至目前，该产线已完成数十颗卫星下线。
我国的这条卫星生产线通过运用智能化工具，比如机器人、智能装配工具、大数据系统、自动化测试系统等提高生产效率。
在装配上，面对多品种、不同批量卫星的生产任务，基于这些先进工具实现的脉动式流水线效率极高，通过人机协同制造，解决了卫星装配重量大、难度高、质量不一致的痛点，提高总装质量一致性。这一生产线可年产240颗卫星，平均一天半就有一颗卫星下线，单星场地面积需求减少70%以上，单星生产周期缩短80%以上，人员生产效率提升10倍以上。
三、卫星互联网和6G什么关系？
“星地一体融合网络”“空天地一体化无缝覆盖”，这是2021年中国信通院《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》中描述的场景，未来6G技术的全域覆盖使地球上再无任何移动互联网盲点。因此卫星互联网将成为6G的关键基础设施。
卫星互联网一般由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段是指提供信息中继服务的卫星星座，少则一颗卫星，多则成千上万颗卫星。
我国储备了世界最多的6G技术，太赫兹技术是实现6G通信的主要技术。太赫兹波指频率在0.1-10THz范围内的电磁波，被认为会与未来的卫星通信紧密结合，成为6G技术的主要波段。太赫兹波的瞬时带宽很宽，有利于高速通信。在外太空的真空条件下，太赫兹通信能够获得10GB/s的传输速度，比当前的超宽带技术快几百至一千多倍。
去年，我国的6G试验卫星已成功发射至轨道。该卫星将建立星间收发链路，开展太赫兹通信在空间应用场景下的全球首次技术验证，试验太空条件下太赫兹技术的应用和星间链路构成。这展现了我国卫星互联网在铺设初始，就可能基于太赫兹通信建立超高带宽，为后续的6G“天地互联”建立基础，整个产业链已经逐渐面向大众消费场景。
结语：未来卫星网络不会替代地面网络，而是在地面设施经济性差或基建力所不能及的领域，提供战略性补充，最终建成“天网地网融合”，现实生活中无需感知、无处不在的高速网络。
参考文献：
[1]新华网. 2030年，300颗星组网运行——解码超低轨通遥一体卫星星座.2023-7
[2]科技日报. 卫星互联网：高科技领域的低成本挑战.2021-7
[3]中国电科发展战略研究中心. 新兴低轨卫星通信星座发展.2021-02
[4]第一财经. “造星”降本空间大，3000万到百万元级如何实现？2023-3
[5]华为. 6G太赫兹通信感知一体化，开启无线新可能.2022-3
[6]通信学报,卫星互联网若干关键技术研究,issn.1000-436x.2021156,2021