想让太空数据服务普通人,需要给卫星装上「新大脑」。
作者 | Founder Park
俄乌战争中,SpaceX 的星链突然成为了大众的关注点。在战争开始后,马斯克迅速为乌克兰开启了星链服务,很多被中断网络服务的地区也因为星链基本恢复了语音和数据服务。
本以为离普通人很遥远的卫星应用,突然就来到了我们的现实生活中。
在星链之外,卫星行业其实正在发生颠覆性的变化,低轨道卫星的赛道上,不少国家正在同时进行着国家和商业公司的「时速竞赛」。面临着各种激增的商业需求,卫星行业正处于变革浪潮的前沿。
这其中,太空数据处理和卫星智能化尤其引人关注,随着卫星和商业需求的增多,太空中的数据也越来越多,由于有限的星地带宽和稀缺的频段资源,数据传输一直面临瓶颈,同时由于中国目前无法海外大规模建设地面数据接收站,所有的数据都需要等到低轨卫星回到中国上空才能下传,这极大地催生了星上数据处理的需求。
但卫星智能化到底是前途渺茫还是真实的行业趋势?现在行业现状又是怎样的?作为国内专攻卫星智能化的公司,星测未来研发的星溪 02 通用星上处理载荷已经搭载卫星进行发射,并且验证了星上的智能处理能力。
这次我们专门邀请了他们的联合创始人曹德志,来聊一聊卫星智能化的技术现状和应用前景。
在星链的商业行为之外,其中的战争潜力不应被忽视,对它保持警惕的同时也应着力发展我们国家的卫星互联网。
星链计划把工业体系引入到卫星行业,使得卫星这样的太空高精尖专项产品进入到工业化、批产化的时代。
卫星是太空中的稀缺数据获取平台。
卫星智能化的一个很重要的场景就是遥感卫星智能化,因为最近几年遥感卫星的遥感数据迎来了海量的增长。
越来越多的应用崛起后,卫星智能化最终会从成本降低、应用拓展走向生态繁荣。
01
星链推动了
卫星的工业化
Founder Park:如何看待马斯克的星链?
曹德志:对于星链,我们在行业之外,能听到两类比较极端的看法:一种认为星链一文不值,在制造太空垃圾。即作为近地轨道卫星星座,星链能提供的数据带宽在面临千万到亿的用户接入时十分有限,是赔本买卖,新发上去很快也会有很多故障。另一种则是认为星链是未来超级军事战略武器,可以拦截太空战略导弹,甚至说星链具备远程监控和撞击能力,听上去也是十分夸张。
分享一些行业里对于星链的看法,也仅提供参考。
首先星链应当是一种商业行为,因为 SpaceX 有重型猎鹰火箭,除了提供给 NASA 和美国军方以外,也必须找到商业化场景去释放运载能力降低成本投入。星链星座的场景就很好地填充了运载能力。
Starlink 示意图 | 来源:SpaceX
星链主要解决信号覆盖的问题。中国是因为到处有基站的覆盖,所以我们国内的城市生活很方便,但偏远地区就不方便了。而国外大部分地区不具备中国这样密集的基础设施网络建设,断网是家常便饭,这也就突出了对星链网络的基础需求。而建立一整套新的太空基站,考虑到低轨卫星会不断围绕地球旋转,就可以很轻松地覆盖很多原来地面蜂窝网络覆盖不到的地方,也就突出了商业上一个很大的价值,为难接入网络的偏远地区的民众提供网络支持。之后就可以论证多少颗卫星合适,例如 42,000 颗能覆盖多少区域,带宽有多大,覆盖多少人,多久能收回成本?这就回到了一个商业问题,而商业层面是否合算,最终由市场决定就好。
但是在星链的商业行为之外,现在美国军方也在测试军用飞机和星链之间的连接,可以理解为美国的民营的商业航天星座体系是否能支撑军事行为,而一旦技术试验闭环成果,我们就不应忽视这种战争潜力,所以在对它保持商业嗅觉、军事应用警惕的同时也应着力发展我们国家的卫星互联网。
Founder Park:你认为星链计划对卫星产业有什么影响?
曹德志:从技术层面看,卫星开始批产化,以星链为代表的背后由什么体系支撑的?第一我认为是工业化体系的支撑,据了解,星链卫星工厂的生产效率是传统卫星企业的 10 倍,20 倍以上,一个月能生产制造 120 颗卫星,而这背后是将卫星这样太空高精尖专项产品推进到工业化、批产化的时代,这是很大的突破,引入系统级的工业化体系推动卫星体系和工业化进程。
第二,星链用的芯片都是工业级芯片,以及地面使用的操作系统等。这给我们很大的启示,以前专门为航天所做的宇航级芯片,也许保证了可靠性,但想在快速降低成本的条件下使用大批量的宇航级芯片,不管是数量还是性能可能都无法满足。因此势必考虑需要引入工业级芯片。而从原材料方面看,不管是马斯克的星链,还是早先的猎鹰火箭都向大家展示了,工业级芯片也能应用于太空领域。
这两方面星链给我们的冲击很大,尤其是中国的商业航天,我们要努力在这基础上更好地应用马斯克的实践经验。
Founder Park:批产化是否会导致卫星的制造周期有较大的变化?
曹德志:以前制造一颗卫星通常以年为单位。一颗吨量级卫星前期生产和测试就要 1-2 年。通过所有测试到发射又需要 1-2 年。粗略估计一颗吨量级卫星平均制造周期在 2-4 年,具体时间根据卫星大小而定。马斯克最新的消息是五天内打三发星链将近 160 颗,每周产能不低于 18 颗卫星,意味着生产一批只需要 3 周的生产时间,数量开始快速增加,并且随着发射数量不断攀升,一年能打两三千颗卫星,已经是目前人类在轨活跃卫星数量的一半。马斯克现在在推 Starship 星舰,星舰要一次性放 400 颗。为了星舰组网的计划,马斯克也拼尽全力,要把星链的数量推向新高,工业化能力非常强劲。
但国内也有很多卫星公司也做得很棒,我们现在看到,头部卫星公司长光卫星,年产能也不低于 50 颗;浙江的时空道宇,年产量在 50 到 100 颗之间,也已经具备工业化出产能力。航天科工集团二院下属的空间公司,据说在武汉也有智能卫星生产线。因此从卫星的批产化、工业化角度看,世界范围都在齐头并进追赶马斯克的脚步。
Founder Park:怎么理解卫星批量化对卫星智能化发展的意义?
曹德志:先有数量,后有数据应用,有了数据应用,批量化的规模效应才更有意义。当卫星已经进入工业化、批量化的时代后,如果没有卫星智能化的驱动,所有卫星发射上天后,数据都要等到下载到地面后才能应用,而这个缺点在中国尤为明显。由于国际局势,中国很难在海外大规模建站,这意味着基本上卫星数据都要回到中国上空才能下行。而随着卫星的分辨率越来越高,采到的数据越来越多。因此海量的卫星组建网络,是扩增了数据量和高重返下的应用想象力,但是如果没有卫星智能化做数据处理和边缘端应用,都等到回到中国上空再通过有限的带宽下行。而一颗卫星飞过中国上空的时间只有短短不到八分钟,意味着能下行的数据量非常有限。如果大量数据都聚集在中国上空下载,可能短则半个小时、一小时,长则甚至一天两天,这样就失去了卫星数据挖掘的时效性意义。
所以,在卫星批量化的基础上给每个卫星加上智能化的能力,就有可能在全球组网的基础上,实现在地球另一端把卫星的结果和数据处理好后,再通过北斗短报文体系或者将来中国自己的卫星互联网络传回来,这样的卫星网络就从大哥大进入 iPhone、华为、小米等智能手机的状态。
Founder Park:小型卫星组成的星座的