12992颗卫星！中国的“GW”巨型星座计划确认！全面技术解读

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阅读提要：（全文共约5000字，好内容不怕长）

1. “GW”巨型星座计划曝光
2. “GW”星座的具体技术规划，轨道与频段资源争夺战
3. “GW”星座对中国“数字丝绸之路”的战略价值
4. “GW”星座对中国未来及6G通信发展的意义

关注过我的小伙伴之前应该已经看过我写的两篇文章，分别是关于《美国的Starlink星链》和《中国卫星星座的发展情况》。就在我准备发表上一篇介绍中国星座发展情况的文章的同时，4月28日传来一个振奋人心的消息，“中国卫星网络集团有限公司”在雄安正式挂牌成立（后文简称“中国星网”），中国的卫星互联网终于有了“带头大哥”。

“GW”巨型星座计划曝光

其实早在2020年9月份，就有一家代号为“GW”的中国公司，向国际电信联盟（ITU）递交了频谱分配档案。档案中曝光了两个名为GW-A59和GW-2的宽带星座计划，其计划发射的卫星总数量达到12992颗。（见下图 ITU申请）

（国际电信联盟（ITU）关于 GW-A59档案）

当时信息还不明朗，没有人知道这家代号为“GW”的公司是什么来头，这件事也没有引起太大的关注。

当时曾有媒体猜测，“GW”可能是银河航空的星座计划。不过银河航空其实早就公布了其650颗卫星的“银河系”星座计划，所以一定另有其主。

(国务院国有资产监督管理委员会公告-成立中国星网公司)

随着“中国星网”公司的成立，谜底终于揭晓。“GW”其实就是“国网”的拼音首字母，应该就是“中国星网”公司成立之前的暂定名称。

早在3月7日的两会期间，中国航天科技集团科技委主任包为民院士，在接受记者采访时，就已经明确表示：“我们正在规划和研制空间互联网卫星，并发射了试验卫星，国家还将组建成立‘国网’公司，专门负责统筹空间互联网建设的规划与运营。”

(两会期间，包为民院士关于“国网”公司的采访)

近期，中国东方红卫星股份有限公司总裁葛玉君，在接受新闻采访的时候也透露，“国网”系统将会使之前我国航天科技集团的“鸿雁系统”和航天科工集团的“虹云系统”发生重大调整（这两个系统是我国国有科研单位主导的两大低轨宽带星座工程，在我上一篇《介绍中国星座系统》的文章中有详细介绍，想详细了解的朋友可以点击链接，或者去我的主页文章列表里看看）。

以上两位航天系统的负责人，都已经证实了“GW”星座计划，就是将交由新成立的“中国星网”主导的大型卫星通信工程。事实上也几乎没有其他公司能够有这样的实力，建设一个包含12992颗卫星的庞大星座系统，“中国星网”公司将成为我国星座计划的带头大哥。

(4月28日 中国星网在雄安新区挂牌)

“中国星网”公司的成立，可以说是我国卫星通信和卫星应用产业的一个里程碑。“中国星网”公司从三大运营商抽调了很多骨干员工参与筹建。根据媒体报道，公司董事长为张东辰，曾任中国电子信息产业集团总经理。

(5月6日上午，中国联通总部，各部门领导欢送范云军副总经理)

联通副总经理范云军，现也调任“中国星网”副总经理，可见国家对此非常重视！（后面我还会具体分析“中国星网”对我国国家战略的重要意义，非同一般，还请耐心阅读！）

“GW”星座的具体技术规划，轨道与频率资源争夺战

1）轨道资源的争夺

根据国际电信联盟（ITU)公开的资料信息，“GW”星座的申请被正式接收的日期是2020年11月9日。

“GW”星座总共包含2个子星座，轨道高度也分为两组（见下图）。GW-A59子星座的卫星分布在500km以下的极低轨道， GW-2子星座的卫星分布在1145km的近地轨道。两组卫星的轨道倾角分布在30°-85°之间。

(中国“GW”星座计划详细轨道分布表)

我们可以将“GW”星座的卫星分布与技术指标与SpaceX的Starlink星链系统做一个对比。（见下图）

(星链Starlink轨道及状态 摘自网络百科)

可以看出，"GW"星座与Starlink有很多相似的地方。比如，两者卫星数量都非常惊人，轨道高度都分为两组，一组极低轨道，和一组近地轨道，轨道倾角也都分布在30-85°之间，两者都是可以覆盖全球的卫星通信网络。

(国际主要星座计划一览)

虽然我国早前已经有“行云”、“虹云”、“鸿雁”等星座规划（见上图），但“行云”主要用于窄带物联网，“虹云”和“鸿雁”还处在早期阶段，而且总体的星座规模，与国外同类型卫星星座相比，是小巫见大巫，甚至可以忽略不计。

(2029年全球近低轨道卫星布局及占比 来源：赛迪)

根据测算，地球的近地轨道总共只能容纳大约6万颗卫星。由于Starlink目前已经规划了4.2万颗卫星，未来将占用大量的地球极低轨道和近地轨道。如果再加上中国此次规划的12992颗，全球还有其它几个主要的星座计划加在一起，地球近低轨道已经不堪重负！

(“星链”卫星近低轨道的动态分布图)

“GW”星座计划，事实上也将起到争夺轨道资源的作用，防止将来我国面临无轨道可用的局面，因此意义非常重大，越早发射越好。

2）频率资源的争夺

在信号传输频率方面，我国“GW”星座采用的传输频率，分布在以下4个频段：

37.5-39.5 Ghz (空对地)
39.5-42.5 Ghz (空对地)
47.2-50.2 Ghz (地对空)
50.4-51.4 Ghz (地对空)

根据美国FCC公布的数据，SpaceX的“Starlink”所使用的信号传输频率分布以下4个：

10.7-12.7Ghz（用户下行）
14.0-14.5Ghz（用户上行）
17.8-19.3Ghz（馈线下行）
27.5-30.0Ghz（馈线上行）

（这四个频段，明显比我国的频段要低不少。至于频段低了有什么好处，我后面会讲。）

由于信号在不同频段传播损耗不同，因此选择合适的信号传输频率非常重要。通常在卫星信号传输中，0.3-10GHz频段，损耗最低，30GHz频段附近，损耗也相对较小。（卫星频段表,见图）

(标准雷达频率波段表)

C频段使用比较早，多用于地球静止轨道上的卫星通信，频率低，增益低，但是抗干扰能力强，比较适合对通信质量有严格要求的业务，比如电视、广播数据传输。目前C频段已经饱和。

Ku频段，频率高，增益高，天线尺寸要求比较小，方便小型地面接收设备使用，是卫星通信的黄金频段，目前可用频段资源也相对枯竭。

Ka频段，相对Ku波段来说，雨衰会更大，但频率更高，可用频段带宽也更大，适合高速卫星通信，当然，对信号接收器件的要求也更高。由于C频段和Ku频段资源日渐枯竭，所以Ka频段近十年来发展非常迅速。而且Ka频段在军事方面应用也非常广泛。

SpaceX的“星链”所占用的频率就分布在Ku、Ka这两个黄金频段上。

(Starlink使用的相控阵技术的卫星宽带接收天线)

目前Ka频段的资源也在日渐枯竭，因此我在上一篇关于《我国卫星星座发展》的文章中，就强调再不发展我国的卫星互联网，就来不及了！之前我国在“北斗”导航系统上，就吃过频率资源的亏。

而根据国际电信联盟制定的《无线电规则》，对信号频率的占用采用“先到先得”的原则。

好在我国已经在去年向国际电信联盟申请了“GW”星座的通信频段。“GW”的这几个传输频段，分别分布在Ka频段和V频段上，应该是目前能申请到的相对较好的频段了，不过相对于SpaceX所占用的Ku和Ka频段，还是有些吃亏！不过V频段，由于具有更高的频率，将有利于发展更高的网络带宽，也许也有这方面的考虑。

3）“一箭多星”技术的发展

除了轨道和频率，如何把12992颗卫星按照规划及时发射出去，也是一个问题。一定有小伙伴问，马斯克的“星链”一次可以发射60颗小卫星，那么中国一次可以发射多少呢？

(长征6号火箭发射)

中国曾在2015年通过“长征6号”火箭创造过一次搭载20颗卫星的发射记录。

我国“一箭多星”副主任设计师布向伟，曾经向媒体透露，我国的“长征11号”运载火箭具备一次发射28颗甚至更多小卫星的能力。如果一次释放两颗卫星，那么一次发射就可以同时释放56颗微纳卫星。

(捷龙系列火箭)

另外，还有中国航天科技集团正在研制的“捷龙三号”固体运载火箭，也具备“一箭20星”以上的多星发射能力，而且发射成本可以控制在不到1万美元每公斤，因此具有一定的市场竞争力。

根据国际电信联盟的规则，申请了相关频率的单位，必须在7年内完成卫星发射和信号验证，才能真正拥有该频率的使用权。所以“GW”星座必须在2027年11月9日之前完成以上工作，相信以我国航天工业的实力，肯定不会有任何问题。

“GW”星座对中国“数字丝绸之路”的战略价值

说完了“GW”星座的技术问题，小伙伴一定会问，我国的宽带互联网发展已经走在世界前列了，为什么还要花大价钱搞一个卫星宽带网络呢？其实理由有很多，我们先从“一带一路”的大战略谈起！

“一带一路”倡议是习主席2013年提出的“新丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”合作倡议的简称。它的意义和重要性我这里就不多说了。这些年我国在“一带一路”国家进行了大量战略投资，其中包括铁路运输、港口、机场、5G通信、石油管道、通信光缆等等，甚至连刚刚组网完成的“北斗导航”也都在服务于“一带一路”国家。

(“数字丝绸之路国际合作论坛”)

而除了这些看得见的基础设施投资以外，还有一条更重要的“数字丝绸之路”也在悄然成型，而且正在“一带一路”国家中发挥着重要的作用。截至2021年1月底,中国已经同140个国家和31个国际组织签署205份共建“一带一路”合作文件。目前中国正积极参与一带一路国家的ICT（信息通信技术）建设。

而我国的“GW”星座工程，好比一条“丝路星链”，可以为“一带一路”沿线国家打造一个无缝覆盖的太空信息走廊，从亚洲到中东欧，从非洲到中东，甚至将来还会扩展到拉丁美洲国家。无论这些国家的本地通信基础设施的发展水平如何，都可以通过中国的这个“丝路星链”系统，接入全球的信息高速公路！

所有参与“一带一路”的国家和组织，都会从我国的卫星互联网工程中获益。同时也会提高我国在一带一路国家中的影响力。因此，“GW”星座对我国建设“数字丝绸之路”有非常重要的战略意义！

“GW”星座对中国未来及6G通信发展的意义

从我国自身利益的角度来说，“GW”星座除了能提供覆盖全球的高速网络通信以外，在航海、航空，以及信息安全、金融安全、军事安全、导航定位、气象研究、灾害预警等诸多领域都会给我国带来全方位的升级，同时可以开拓全球卫星互联网接入市场。

(卫星+地面终端的“天地一体”通信模式)

虽然我国的5G基础设施已经全球领先，但是中美实际上已经开始了“6G”通信技术的研发竞争。未来的“6G”通信，一定是“地面基站+卫星”的“天地一体”模式，除了网速快以外，还会更加注重网络延迟、覆盖范围、接入手段等等，物联网、车联网、虚拟现实等新技术将会广泛应用，“太赫兹波传输”、“纳米天线”等等都可能会成为现实。关于“6G”通信技术的展望，欢迎小伙伴观看我之前制作的视频：《什么是6G？》。

(卫星产业规模增长 数据来源:赛迪顾问2020.5)

而卫星通信的发展，也会给全产业链带来更多的发展机会，包括卫星制造、运载火箭、地面基站、用户设备、网络运营等等，也会创造更多的投资机会和工作岗位。

除了国有公司“中国星网”，我国还有银河航空、吉利汽车下属的“星空智联”、华为公司等民营企业，也在积极布局自己的天基互联网星座。

(华为公司发射卫星的消息)

比如稍早前就传出，华为公司将会与中国航天、中国移动合作，于今年7月发射两枚卫星。

(银河航天首颗低轨宽带试验卫星发射成功)

而银河航天的首枚试验卫星，已经于2020年1月16日升空，并成功实现了16Gbps速率的低轨宽带卫星通信。

(吉利汽车的卫星计划)

吉利汽车将投资41.2亿元建设低轨卫星互联网项目，将打造世界领先的物联网示范工程。对这些内容有兴趣的，可以翻阅我之前写的文章《中国“星链工程”一览》。

“GW”也可以看做“Great Wall”的缩写，万里长城不是一日建成。“长城”星座（我先这么叫着，也许以后真的就叫这个名字也说不定）未来一定还会遇到不少技术和成本方面的问题需要解决，另外还有一系列的关于市场、营运等问题需要提前规划。我觉得对我们中国人来说，这些都不是问题。遇到问题解决问题，遇到困难克服困难。当年一穷二白的时候，我们“两弹一星”都能搞出来，现在还有什么工程做不了的？

如今，我们也不用羡慕美国的“星链”。关于“打造全球覆盖、高效运行的通信、导航、遥感空间基础设施体系，建设商业航天发射场"，已经被写入我国“十四五规划”和“2035远景目标刚要”。对于天基互联网，我国不会缺席，而且脚步还要加快！自从我国首颗人造卫星“东方红1号”升空以来，我国的航空、航天事业一直保持飞速发展，“天问号”也即将在火星着陆，如今又将迎来一座巨型星座！

(1970年4月24日中国成功地发射了第一颗人造卫星“东方红”1号)

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本文参考资料：

《中国央企新增一家：中国卫星网络集团有限公司挂牌雄安》，澎湃新闻，凤凰网
《A New Chinese Broadband Satellite Constellation》by Larry Press，CircleID
《中国星链:我国万颗卫星互联网星座12992颗卫星发射计划提交国际电联审批》，RealMagic，知乎
《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，中国政府网
《中国卫星互联网产业发展研究白皮书》，赛迪顾问