陳藍：藍箭VTVL試驗成功，天地融合再進一步

【文/觀察者網專欄作者 陳藍】

2024年9月11日12時，藍箭航天自主研發的朱雀三號VTVL-1可重複使用垂直起降回收試驗箭，在我國酒泉衞星發射中心圓滿完成十公里級垂直起降返回飛行試驗。這是國內首次實現可回收火箭空中二次點火、跨音速大動壓環境下聯合制導控制，以及高空風實時風修等技術驗證。

在研製可回收火箭的道路上，中國商業航天又向前邁進了重要一步，和馬斯克的差距正在迅速減小。

打上“中國製造”標記的可回收火箭已經呼之欲出！

圖1 藍箭VTVL-1十公里高度回收試驗（圖源：藍箭）

這是繼八院6月試驗後，三個月內的第二次十公里回收箭試驗。與此同時，深藍航天的星雲一號軌道級火箭全尺寸一子級回收試驗也在緊鑼密鼓哦地準備中。中國的火箭回收競賽正在迅速升温。回收俱樂部成員目前已達5家，不久將增加到兩位數。我們終於看到了中國航天國企民企在同等條件下的平等競爭，更卷，淘汰率更高，但更接近完全競爭市場。這樣的市場定會產生競爭力最強的產品。

隨着完全競爭市場的形成和火箭複用的普及，未來中國火箭性價比超過SpaceX是大概率的事情。這將極大地促進太空經濟的發展，從而改變中國和世界的未來。

筆者前不久的文章《千帆星座邁出歷史一步，中國商業航天有機會超越SpaceX嗎？》談的是大規模衞星發射需求倒逼可回收火箭的進步。這篇文章換一個方向，從火箭回收切入，談談發射成本降低後，低軌通信衞星星座將會走向何方並將如何改變世界。其實兩篇文章背後是同一個邏輯，即低成本運載工具和低成本衞星服務之間良性循環、互相促進的關係。

關於星鏈、星網和千帆星座，媒體已經有大量報道和分析。這裏僅就低軌通信星座未來最重要的一個發展走向做個分析和判斷。

這個重要走向就是直連衞星、天地融合。

相信沒有人會懷疑這是一個重大技術進步。但對它的意義，長期以來爭議很多。很多人至今仍認為，像華為Mate 60那樣直連衞星只是一種應急補充，天地融合進而替代地面網絡幾乎不可能。衞星無法滿足人口密集地區的巨大容量需求，偏遠地區衞星的能力則完全是浪費的。用超低軌道來降低地面終端發射功率，和單星覆蓋縮小同時軌道衰減加速是一對無解的矛盾。星座巨大的規模、有限的單星壽命、頻繁的補星將使成本高居不下。所以，它無法成為主流通信方式。星鏈曾經的漲價也證明了這一點。

圖2 華為Mate 60手機和天通一號衞星（圖源：華為/互聯網）

更多人堅信手機直連衞星一定能成為人類未來的首要通信方式，比如火箭公司東方空間時任CFO史聖卿。在筆者不久前與史總的一次交談中，他對手機直連表達了堅定的信心，因為火箭回收複用和規模化衞星製造驅動成本大幅下降是不可阻擋的大趨勢，星座建設成本一定會降到海量地面基站的建設成本以下。這也是東方空間對未來發射市場的信心所在。

筆者認同這個觀點。對直連存在的問題，有句老話，叫做要用發展的眼光看問題。例如超低軌道，吸氣式電推等創新技術可能會使軌道衰減問題迎刃而解。事實上，直連成為主流並不意味着地面通信系統被完全取代，後者將作為補充繼續發揮價值。室內和地下必須保留基站。對城市人口高密度地區，地面基站可有效解決衞星容量不足的問題。

手機直連替代地面網絡成為主流通信方式的重大意義毋庸置疑。它意味着，從此以後，世界上每一個人，到地球上任何一個角落，都將始終和世界保持連接。這可能是自移動互聯網普及以來最重要的一次通信革命，意義遠超5G、6G。

不過，這個理想還要很多年才能實現。雖然目前多家公司都實現了手機直連，比如華為使用高軌天通衞星實現了商用衞星通話，SpaceX和AST SpaceMobile使用低軌衞星實現了存量4G手機的直連和天地系統的融合。但是，它們都不太可能承載未來的主流通信。

圖3 AST SpaceMobile藍行者三號衞星巨大的相控陣天線（圖源：AST SpaceMobile）

原因在於，高軌衞星容量有限、延遲嚴重、普通手機必須增加成本加裝衞星通信硬件，資費下降空間也不大。而SpaceX和AST SpaceMobile為了支持4G存量手機，採用了衞星降軌和巨大的相控陣天線，大大提高了成本。只要資費比地面高，普及就有難度。更糟糕的是，4G手機面臨淘汰，這些系統註定是過渡性的。

要實現替代地面網絡的理想，不僅需要天地融合，還必須實現“天地同價”，即手機售價和資費都和地面網絡持平甚至更低。3GPP國際標準化組織制定的NTN（非地面網絡標準）最有可能實現這個目標，因為這是史上第一次在制定移動通信標準時就考慮了天地系統的深度融合，也為天地同價奠定了基礎。未來，你換的5G-A（即5.5G）或6G手機估計都會支持衞星通信，而且最終將做到天地同價。

今年6月18日，在上海舉行的3GPP會議上，NTN R18作為5G-A的第一個版本正式凍結，其中也包含了NTN。業界估計，NTN會在 2028年進入規模化商用。而6G標準計劃在2030年凍結，規模商用應該在2032年左右。所以，最先支持NTN的應該是5G-A手機。

我們不妨大膽想象一下。

2028年，星鏈、星網、千帆發射都已經進入最後高潮。新發射的衞星都採用了NTN制式，和地面基站一起構成了天地融合系統。市場上所有5G-A手機都能直連衞星。用户無需切換到專門的衞星通信模式，手機將自動選擇連接衞星或地面網絡。但使用衞星仍需要開通並繳納額外費用。在國外，除了無衞星信號的室內等場所或撥打當地電話會用國際漫遊連接本地地面網絡，其餘一律自動連接衞星。

若干年後，三大運營商宣佈，取消衞星額外資費也無需開通，同時開始逐步拆除偏遠地區和農村地區的基站，但保留高速公路和高鐵沿線的基站。其中一家運營商還宣佈進入32個一帶一路國家的本地市場，當地用户也可以直連中國衞星。

又過了若干年，在人類庸人自擾地宣佈地球成功地躲過了某小行星襲擊的第二天，三大運營商宣佈將永久保留中國五大城市羣主要區域、32個大城市城區及所有城鎮的室內和地下6G基站，其餘都將被拆除。此時，三大運營商已經在全球超過一半國家落地……

這似乎像是遙遠的未來。但估計很多人想不到的是，在另一條賽道上完全不用等這麼久。直連衞星、天地融合、天地同價有可能幾年內就能實現。不過，這不是手機，而是萬物。

萬物互聯就是物聯網。事實上，最近這些年在星鏈等巨型寬帶星座高調發展的同時，窄帶的衞星物聯網也在低調地快速生長，並呈現了蓬勃發展的態勢。

物聯網屬於窄帶通信。通俗一點，可以把它理解為短信通信。但各行各業對通信距離、傳輸數據量、實時性或通信頻次、穿透能力、抗干擾能力、單雙向模式、終端功耗體積等等的要求千差萬別。市場相當碎片化，因此所用通信技術也五花八門，包括藍牙、WiFi、Zigbee、Lora、NB-IoT、LTE等，其中後兩者屬於4G移動蜂窩系統，由運營商提供。

舉個耳熟能詳的例子，共享單車就是一個典型的物聯網應用。車載終端通過物聯網接受來自用户手機的開鎖命令，並定時上傳車輛的位置和狀態。通過後台服務器軟件系統，就能實現完整的借還車和支付流程。

在沒有移動信號覆蓋，也沒有辦法建設專用網的地區，如海洋、沙漠、極地、森林、高山等地方，衞星就有了用武之地。早在上世紀90年代，Orbcomm、銥星、全球星就成為了衞星物聯網先驅。其中後兩者主業語音，輔業物聯網，而Orbcomm則是專注衞星物聯網。我國2000年發射的兩顆北斗導航一代衞星也配備了短報文功能。所以中國也是衞星物聯網的早期開拓者。

圖4 老照片：1998年長征2號SD火箭發射銥星（圖源：航空知識）

最近七八年，隨着發射成本的迅速降低和通信技術的長足進步，新一代的衞星物聯網星座開始浮現。由於需求和所用技術和寬帶星座有較大錯位，技術和資金門檻也很低，物聯網星座發展迅猛，甚至有野蠻生長之嫌。但星座雖多，規模卻都不大。這個結果可能和需求碎片化有關。據不完全統計，僅運營中及已經發射衞星（包括試驗星）的星座就有40多個。

這些星座的功能、性能、價格都比早期物聯網星座有了長足的進步，市場也因此迅速擴大且變得更加多樣化。應用場景從傳統的海事、物流、能源、農業等延伸到了森林防火、環境監測、資產管理等細粒度”萬物”的連接。

下面列舉一下國內外有代表性的窄帶星座。

Swarm成立於2017年，星座由約160顆只有0.4公斤的微納衞星組成。它的底層通信機制採用Lora，上層協議則自主開發，使用的是低頻的VHF波段。你可能想不到的是，一個發射功率不到半瓦的小終端，能和低仰角時最遠距離2700公里的衞星進行雙向通信，而每個終端的資費只有5美元/月（平均每天24條），號稱世界上最低的衞星資費。

圖5 只有0.4公斤的Swarm衞星（圖源：Swarm）

Swarm主要面向環境監測、森林防火、農業、能源和地面物流市場等，據稱已經有150多個國家數百個客户。然而，2021年8月，正式運營不到半年的Swarm被SpaceX以5.24億美元收購，不久便停止發展新用户，但仍繼續服務老用户。Swarm的技術團隊轉而為星鏈開發L波段手機直連載荷。也許，手機直連的巨大市場是SpaceX放棄物聯網小眾細分市場的原因。也有傳言説收購是為了消滅潛在競爭對手。

Lacuna是一家英國公司，同樣成立於2017年。Lacuna得到了Lora專利技術公司Semtech的全力支持，它的衞星上採用了Semtech開發的長距離大容量通信技術。自2019年起，它陸續發射了6顆試驗星。Lacuna也和Onmispace和Viasat（衞訊）簽署協議，將合作推出使用其技術的全球物聯網服務。2023年底，它簽約衞星製造公司Spire為其生產6顆業務星，但發射看樣子最早也得到明年。真是一家慢工出細活的公司。

Kineis是一家法國公司，成立於2018年。但它的歷史其實很悠久。它的前身是長期負責法國航天局Argos（高級研究和全球觀察衞星）項目的團隊，在衞星環境監測領域有豐富的經驗和大量的客户資源。所以它定位在環境監測市場就不足為奇了。Kineis的通信協議比較底層和“原始”（開發者原話），使用了400MHz這個植被穿透率最佳的頻率。今年6月20日，一枚電子火箭將Kineis星座25顆衞星中的首5顆打入了650公里左右的極軌軌道，拉開了星座建設的序幕。

圖6 森林直連Kineis衞星的火災傳感器網關（圖源：Dryad）

FOSSA是一家西班牙公司，其前身是一位16歲少年創立的旨在普及太空物聯網的非盈利項目。2019年，它發射了一顆僅250克、軟硬件開源的Lora演示衞星。2020年，FOSSA公司正式成立，計劃發射80顆衞星組成全球星座。到目前為止，FOSSA已經發射了十多顆不到一公斤的皮衞星，但其中只有少數還在工作。可以認為它目前仍在技術驗證階段。它也採用Lora，但採用了軟件定義衞星的架構，未來可升級到更強的協議。這樣一家發燒友起家、低成本運作的草根公司能走多遠？讓我們拭目以待吧。

圖7 FOSSA衞星渲染圖（圖源：FOSSA）

Totum實驗室是一家美國公司。它自主發展了一套擴頻調製機制DMSS（多普勒多通道擴頻)，號稱是性價比最好的長距離窄帶通訊技術。它使用2.4G無需申請的工業頻率，單顆衞星能連接百萬終端。終端不用外接天線，板載天線即可連接衞星。更厲害的是它宣稱可以從室內通過繞射直連衞星。它研製了自己的低功耗終端SoC芯片，號稱一個電池供電終端可以連續使用10年。Totum規劃了一個28顆6U立方星組成的星座。但自2018年創立至今，Totum只發射過一顆試驗星。它的DMSS技術真有這麼牛嗎？我們需要繼續觀察。

國電高科是中國第一家正式運營衞星物聯網系統的公司，也是第一家提供低軌衞星通信服務的民商航天公司。它的天啓物聯網星座由38顆衞星組成，目前已經有28顆入軌。天啓星座採用植被穿透能力最佳的400MHz頻率，終端發射功率低至1瓦以內，目前已經有不少大客户在使用。國電高科還和中國電信簽約，由後者為手機用户提供類似北斗短信的手機直連短信功能。

圖8 待發射的天啓物聯網衞星（圖源：國電高科）

時空道宇是吉利集團旗下衞星公司。它的“吉利未來出行星座”將主要服務吉利網聯汽車，同時也能兼顧其他行業用户。這個星座將由72顆衞星構成，目前已發射31顆，計劃明年建成。不過，它的技術細節對外透露得不多。值得一提的是，未來出行星座已經在馬來西亞和阿曼和當地合作伙伴簽約，計劃在兩國開展衞星物聯網服務。這應該是中國低軌衞星通信服務出海第一家。

其實，目前有些物聯網星座已經很接近天地同價，例如澳大利亞的Myriota星座的資費是每終端每月0.99美元起 - 低得令人無法想象！原因在於，物聯網小數據量和低頻度通信的需求特點，使得幾十顆微納衞星支持的用户容量可以輕易超過巨型寬帶星座，極大地攤薄了通信費用。而長距離通信新技術的出現，使得Lora、NB-IoT甚至藍牙等地面系統可以直接平移到衞星，從而實現芯片模組等白菜價零部件的共享，甚至可以直接使用大批量生產的低成本地面系統終端直連衞星。

天地同價，或者説成本障礙的突破，能帶來大量新的應用場景和市場的指數級擴大。舉些創新應用的例子，比如在森林中高密度佈置直連衞星的火災傳感器，在大範圍地質勘探現場佈置大量微型直連衞星地震儀，等等。它們雖然數量眾多，但單價很低，且無需架設並解決供電，幾乎是免安裝免配置，大大降低部署開銷，總成本並不會很高。

原先基於地面網絡的設備，如前面舉例的共享單車或通用定位跟蹤器，也可能被同價基於衞星的方案或產品替代。這是一個規模巨大的替代市場。也許，還會出現各種創新的消費級產品。這就是為什麼窄帶星座層出不窮的原因。資本比我們看得更清，也更遠。

一個有意思的事情是，巨型寬帶星座的主要玩家是中美兩國，其他國家實力有限，基本淪為看客。而物聯網星座因為資金門檻低，市場潛力巨大，呈現了百花齊放，同時也是大浪淘沙的局面。它也成為了各種創新技術的試驗場。這其中，歐洲公司很意外地扮演了重要角色，風頭直超美國公司。當然，中國商業航天公司也沒有缺席。

衞星物聯網這幾年的蓬勃發展被星鏈等巨型星座蓋住了風頭，沒有引起太多關注。但率先實現萬物直連、天地同價，無論象徵意義還是實際意義都十分重大。在這場競賽中，中國商業航天公司也有很大的機會。即將成為全球唯二的低成本可回收火箭，全球最高效供應鏈支持下低成本的微納衞星和商用器件，以及可以低一大截的運營成本，都是我們對歐美公司的重要優勢。歐洲Astrocast星座瀕臨倒閉，原因之一就是人力資源居然佔了公司成本的六成。

今後數年內，大概率將出現世界上第一個天地同價的低軌衞星通信星座。花落誰家，仍是懸念。當然，希望金牌榜上有種花家的名字。

藍箭和友商們可回收火箭的競賽還將繼續。太空中，巨型寬帶星座的中美競賽和窄帶物聯網星座的多方混戰更加波瀾壯闊。但最終，這些競賽將深刻改變人類的走向和我們每一個普通人的生活方式。很幸運，我們生活在一個科技革命的偉大時代，都有機會親歷歷史！

最後跑一下題，向各家低軌星座公司轉達一個來自天文界的呼籲：在低軌星座大幹快上的同時，希望能給天文學家和天文愛好者多留一點暗空，請儘量把衞星朝向地球的一面塗黑，謝謝！

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