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892｜田丰：巨型卫星互联网和地面的互联网，竟然区别在这里…

欢迎订阅我的频道，https://bit.ly/3tnM6wI ，佛系上新😊 田丰：巨型卫星互联网和地面的互联网，竟然区别在这里… 用低成本高可靠的空间网络单机，能不能搭建我们的卫星互联网？科学家们借鉴了互联网快速迭代的思维，成立了创新X系列卫星发射任务，在未来，卫星互联网的发展有可能让我们的信号无处不在… 演讲者：田丰 中国科学院微小卫星创新研究院研究员 演讲时间：2024年4月21日 格致论道111期：潮起30年 都说网络已经无处不在，但其实全球仍有30亿人仍未接入互联网，怎么办？ 巨型星座将不再是曲高和寡、高高在上的科研项目，它将走入大众的生活中，成为日常消费品。 大家好，我是田丰，来自中国科学院微小卫星创新研究院。今天我的分享是《让互联网无处不在》。 大家看到这个题目可能觉得奇怪，现在的互联网已经融入到了我们每个人的生活中了啊？为什么还要说让互联网无处不在呢？ 其实，如果我们离开城市、离开人海，去到荒芜人烟的地方，就会发现在那里没有网络是一件很正常的事情，更别说去到极地、荒漠等一些更远的地方了，网络根本覆盖不到那里。 目前，我们地面网络只覆盖了全球大概10%的面积。而根据国际电信联盟统计，全球还有30亿人口仍未接入互联网，没办法享受互联网普惠的业务，他们主要来自发展中国家。但互联网的一个主旨思想就是——让世界变得更公平。 还有，当我们离地球表面超过1000米的时候，地面基站就很难把信号传到这么高的位置上了。比如我们坐飞机的时候，每次都会感觉自己有几个小时和世界断联了，没有任何信号。现在虽然有的大型飞机上有网络，但那些大部分还是局域网，而不是真正的互联网。 断网的感觉非常不好，有时候人们为了上网甚至会做出一些匪夷所思的行为。比如2020年8月15日，有一艘日本的油轮运行到印度洋岛国毛里求斯的时候突然搁浅了，造成了大范围的原油污染。究其原因，其实是船上有船员想去“蹭网”，所以把船开得离岸非常近。当时正好是一个雾天，所以就搁浅了。大家想想，如果有更便宜、更方便的网络，这种事情还会发生吗？ 那我们怎么才能让互联网无处不在呢？如果只是让运营商去全球各个地方建站，显然是不可能的。比如在海上，就没有办法去建铁塔建基站。所以我们有一个很直接的想法，就是把通信设备放在卫星上，打到天上，通过卫星通信给地面和空中提供网络信号覆盖。 其实，卫星通信在很早的时候就有了，但是大众一直没有享受到卫星通信带来的服务。原因是什么呢？ 因为我们原来的卫星通信主要靠的是高轨的同步卫星，这种高轨卫星的信号很容易被大树和高楼遮挡。另外，高轨卫星运行在赤道上空36000公里的地方，比如我们国家位于北半球，在一些山的北面卫星信号就非常弱，这就是高轨通信的北坡效应。同时，高轨卫星的带宽也比较窄，所以用高轨卫星提供商业化的互联网服务比较难落地实现。 从理论上讲，有一个比较可行的办法就是，在靠近地球的低轨道处，也就是在大概在离地球表面300-1200公里的地方去构建巨型低轨通信卫星星座。这张星座里有数千甚至上万颗卫星，信号无缝覆盖全球，不会再有南坡或者北坡效应的问题。 因此，我们希望通过卫星互联网来让网络无处不在。 异想天开还是未来趋势？ 2014年，我还在上海交通大学读博士的时候，就有幸参与了国家自然基金重大研究计划“空间信息网络基础理论与关键技术”，这个课题主要就是研究卫星互联网的一些基础理论和一些体系架构的知识。  2017年博士毕业之后，我进入了中国科学院微小卫星创新研究院。当时我信心满满，想把学到的知识用到卫星上。但那个时候，我们国家的卫星包括国际上的卫星主要还是单星作业，多星组网并非主流的发展方向。 工作后我参与的第一个项目其实不是通信星座，而是对地遥感星座。我加入了“遥感三十号”卫星团队，大家可能没有听说过我们这个团队，也对“遥感三十号”知之甚少，为什么呢？因为我们其实是一个“三无”团队。 这个“三无”不是说我们的商品没有保障、没有服务、没有售后，而是无私奉献、无名英雄、无上光荣。 我今天没法讲这个工作的具体内容，但是通过参与到这个团队里，我知道了一颗卫星从设计、到集成、再到测试、最终发上天的每一步是怎么走的。也因为参加了这个项目，我从一个学生变成了一个航天工作者，对航天精神和航天人的理解也更具像化了。同时我还感觉到，基础理论和工程应用之间还是有一段距离的。如果想把自己的研究成果应用到工程上，还有很多的路要走。 说到卫星互联网，我们就不得不提到马斯克。马斯克在2015年提出了“星链”计划，当时就提出要用4万多颗卫星覆盖整个地球，为全球提供网络服务。但是大家都觉得这个想法太超乎现实了，因为在2015年，全球在太空运行的航天器总量只有1300多个。 而且航天器的造价非常高。一个500公斤左右的卫星造价就是几千万人民币，也就是1000万美元左右。发射成本也很高，和卫星成本基本上是1∶1的。除此之外，它的生产周期也很长，一颗卫星的生产周期最快要几个月，慢的话大概要一年甚至是好几年。 在全球只有1300多颗卫星，同时卫星的制造成本和时间成本都这么高的情况下，很多人都觉得几万颗卫星是一个不靠谱的想法。但是，因为我一直是学卫星网络通信的，从技术层面上讲，我觉得用卫星网络去给全球提供互联网，肯定是中国航天乃至国际航天发展的一个大趋势。 果然，从2019年发射了第一组卫星“一箭60星”，到2024年4月为止，马斯克的“星链”（StarLink）在轨卫星已经有6800多颗了。而且它的迭代速度非常快，从2019年到2024年差不多5年之内，它已经迭代了五六个版本，从0.9版本到了现在2.0的mini版本。 更重要的是，它已经实现了全球230万个卫星终端，开始去盈利了，实现了收支平衡。除民用之外，众所众知，星链也有重要的军用潜力，比如在乌克兰冲突上也发挥了很重要的作用。 先从试验卫星开始 因此，我们国家从2017年开始，也慢慢尝试着去建设我们自己的卫星互联网。我们中国科学院和上海市科委联合投资的低轨试验卫星就是做这个的。 低轨试验卫星主要是试验什么呢？巨型卫星互联网其实和地面互联网之间有一个重要的区别，就是它的系统架构和地面的互联网是不一样的。 地面的移动互联网有很多种基站，有5G基站、4G基站，有大的基站，也有我们室内毫米波的小基站，还有Wi-Fi热点。但是这些基站有一个共性——它们都是固定在一个地方的。用户无论是用电脑、用手机还是其他设备终端，它们之间的运动速度相对来说都比较小，基本上很长时间都是连着同一个基站的。即使运动那也是因为我们人动了，才带来了基站的切换，切换规模总体上比较小。 但是低轨卫星不一样。假如低轨卫星的轨道高度是1000公里，它的运行速度就会达到每秒7公里左右。基站也会随着卫星运动，这也就意味着通信的时候，如果过顶的卫星超出视距，就没办法通信了，需要经常切换。 卫星在经过正头顶的时候通信时间会长一些，能达到11-12分钟，其他情况下的通信时间会更短，总的来看一颗卫星持续通信的时间可能只有6-12分钟。 👇🏽歡迎嘗試我頻道裡的其他影片👇🏽 通信：   • 通信   人工智能：   • AI·人工智能   航天：   • 航天   宇宙：   • 宇宙   教育：   • 教育   少年中国：   • 少年中国   植物：   • 中国科学院植物研究所   生物：   • 生物   心理：   • 心理   医学：   • 医学   生态：   • 医学   环境：   • 环境   药学：   • 药学   数学：   • 数学   物理：   • 物理   化学：   • 化学   艺术：   • 艺术   摄影：   • 摄影   传媒：   • 传媒   考古：   • 考古   恐龙：   • 恐龙   地震：   • 中国科学院地质与地球物理研究所   诺贝尔奖：   • 诺贝尔奖   工程：   • 工程   音乐：   • 音乐   建筑：   • 建筑   能源：   • 能源   #中科院 #格致论道 #科学 #科普 #知识 #知识科普 #格致論道 #科學 #知識 #知識科普 #教育 #self