长征五号 B 火箭成功发射,互联网走向星辰大海

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技术编辑:徐九丨发自 思否空间站
SegmentFault 思否报道丨公众号:SegmentFault


5 月 5 日 18 时,中国文昌航天发射场,长征五号 B 运载火箭点火升空。

这标志着我国载人航天工程「三步走」在完成了前两步的「载人飞船」阶段和「空间实验室」阶段后,第三步「空间站在轨建造」阶段大幕拉开,也为后续空间站核心舱、实验舱发射奠定了坚实基础。

还有一点值得关注的是,本次任务是我国乃至亚洲运载火箭首次发射超过 20 吨的航天器。任务的成功,进一步奠定了长征五号系列运载火箭运载能力在世界现役火箭第一梯队中的地位。

新一代载人飞船 —— 长征五号 B 火箭

新一代载人飞船,顾名思义,就是全面升级的天地往返交通工具,面向我国近地空间站运营、载人深空探测等任务需求,飞船采用返回舱与服务舱两舱构型,未来在执行近地轨道任务时,可以一次运送 6-7 名航天员。

这次亮相的新一代载人飞船试验船 —— 长征五号B火箭,是新一代载人飞船的「试验版」,由中国航天科技集团有限公司一院抓总研制,全长约 53.7 米,相当于 18 层楼高,起飞质量约 849 吨,近地轨道运载能力达到 25 吨级,可满足约 22 吨的空间站舱段发射需求。

此次发射成功,标志着我国正式打通 25 吨级「天地运输走廊」,具备了建设载人空间站等大型空间基础设施的能力。

本次任务中,采用大推力氢氧发动机的火箭芯一级直接将航天器送入预定轨道,标志着我国成为极少数掌握「一级半」火箭大推力直接精确入轨技术的国家之一。

型号队伍还突破了低温火箭「零窗口」发射、大直径舱箭分离等一系列关键技术,确保后续空间站舱段准时发射、安全分离、精确入轨,同时也为我国发展更大规模的运载火箭奠定了坚实基础。

和长征五号相比,长五 B 火箭更适用于运送目标距离更近的航天器,主要用于发射近地轨道大型卫星及飞船,这也是我国空间站建设的主战场,后续空间站核心舱等主要舱段,都由长五将 B 送上天。

按计划,我国空间站将于 2022 年前后完成建造,一共规划 12 次飞行任务。中国载人航天工程办公室主任助理季启明在发布会中介绍说,此次任务后,将先后发射天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱,进行空间站基本构型的在轨组装建造;其间,规划发射 4 艘神舟载人飞船和 4 艘天舟货运飞船,进行航天员乘组轮换和货物补给。

目前,我国空间站核心舱已完成正样产品总装,问天实验舱和梦天实验舱正在开展初样研制,空间科学应用载荷已陆续转入正样研制。季启明表示:“执行空间站建造阶段 4 次飞行任务的航天员乘组已经选定,正在开展任务训练。”

逐鹿新基建 —— 5G 和卫星互联网

随着互联网的发展,传统的移动互联网正在借助 5G 的力量,向物联网、工业互联网发展转型。但地面互联网仍有着自身的局限性。

虽然地面互联网已非常发达,但它仅覆盖地球陆地面积的 20%、地球表面的 5.8%。要真正实现 5G 的万物互联和随遇接入愿景,还需要借助可以真正全球覆盖的卫星互联网。

在我国为应对新冠疫情对全球经济的影响而启动的新基建中,卫星互联网也成为了其中一个重要的建设目标,此次长五 B 火箭的发射成功,也将我国的卫星互联网建设迈出了坚实的一大步。

也正因如此,有很多“颠覆 5G 的不是 6G,而是卫星互联网”之类话题在网络迅速发酵,但其实两者的关系更多的并不是互相颠覆,而是相辅相成。

其实,卫星通信网络的互联网化早在 2000 年之前就已开始,其中,VSAT 网络与 DVB-S(数字视频广播—卫星)、DVB-RCS(数字视频广播—卫星回传信道)等标准的结合是关键的一环。

其中 DVB-RCS 是 ETSI(欧洲电信标准协会)为了满足卫星宽带通信的发展需要而提出的回传信道标准。DVB-S 系列和 DVB-RCS 标准也得到全球 VSAT 网络设备主流厂商的共同支持,这使得全球 VSAT 网络有了共同的开放标准,从而为卫星通信网络的 IP 化和卫星互联网的发展奠定了坚实的基础。

目前,卫星互联网主要是以 HTS(高通量通信卫星)的形式出现,它们共有 GEO(高轨)、MEO(中轨)和LEO(低轨)三种形式。

其中 GEOHTS 系统传输时延较长,高纬度地区覆盖能力较弱,但系统结构简单,可以广域覆盖,适合机载通信、海事通信、消费者宽带接入、视频广播和内容投递之类应用;LEOHTS 复杂一些,但时延较短,可以实现全球无缝覆盖,适用于基站中继、物联网等低时延类应用;MEOHTS 则介于前面两者之间。

在 LEOHTS 领域,SpaceX 可以算是LEO星座一马当先,最终计划发射 4.2 万颗卫星。目前,SpaceX 已经通过一箭 60 星技术完成七次发射,当卫星数量达到 800 颗就可具备初步的服务能力。

正如前文所说,卫星互联网是对互联网,尤其是移动互联网的纵向延伸,而 5G 则是对互联网的横向能力扩展。为了促进卫星互联网与 5G 的融合,ITU、3GPP、SaT5G(卫星5G联盟)和CBA(C波段联盟)等国际标准化组织都在开展相关研究工作。

5G 和卫星互联网其实各有专长。

比如高可靠、低延时是 5G 网络的重要特性,在此 1ms 低时延的基础上才有工业互联网、远程医疗、无人驾驶等高可靠级别应用场景,而这是卫星通信无法做到的。

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此外,卫星互联网无法提供 5G 一样的巨大带宽。整个卫星互联网前期的3200颗卫星将能够达到64Tbps带宽,单星带宽20Gbps。2019年底我国拥有4G基站544万个,如果仅以单站1Gbps测算,总带宽5440Tbps,卫星互联网前期的带宽实际上连我国4G网络都替代不了。

为了让用户使用到卫星互联网,SpaceX 计划建造 100 万个地面天线,以实现用户手机与卫星之间连接。(这相当于又建了一遍地面基站,可以理解为卫星互联网替代的不是基站,而是光纤)。

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但卫星通信优势在海洋、沙漠等偏远地区,从而与地面通信网络形成互补。我国地面通信系统已非常发达,约 30% 的面积有地面基站信号,但还有 70% 的面积,例如海洋、部分高原、无人区都没有信号。

2019 年 5 月,Telesat、英国萨里大学与比利时 Newtec 联合进行了 LEO 卫星 5G 回传测试,往返时延为 18-40 毫秒,主要应用包括 8K 流媒体传输、网页浏览和视频通信。这些试验成果表明,卫星互联网与 5G 已经实现全面的融合。

卫星互联网将为互联网和移动互联网展现广阔的发展空间,在普遍服务方面发挥独特作用,让人类所有成员享受上网和信息服务的基本权利。

互联网的未来,连接星辰大海

互联网、移动互联网和卫星互联网的发展历程是人类信息通信应用不断丰富、活动范围不断扩大的过程,或者说是从固定到移动、从地面到海空、从网络到信息、从应用到智能不断升华的过程。

其中,互联网实现了三网融合,移动网络基本实现了随遇接入和万物互联,卫星互联网实现了空天地海全球覆盖。如果说卫星互联网和 5G 的融合还仅仅停留在通信范围,那么在即将到来的 6G 中,卫星互联网、卫星导航、卫星遥感都将会大显身手。

在信息网络天地一体化时代,互联网、移动互联网、卫星互联网以及卫星导航和卫星遥感的全面发展和相互融合才能构建完整的国家信息基础设施,才能真正实现网络强国和航天强国,这正是我国开展天地一体化信息网络重大工程建设,并在新基建中启动卫星互联网建设的意义所在。

资料来源:

EBSCN通信研究:《卫星互联网真能替代5G?》
新华网-瞭望东方周刊:《新基建,是什么?》
卫星与网络:《软件定义卫星——商业航天发展的助推器》

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