馬斯克的星鏈與芯事：芯片如何掀起衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)革命？

星鏈出現(xiàn)前衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式

芯流智庫(kù)：星鏈（Starlink）之前有銥星、Oneweb 等老前輩，這三代衛(wèi)星之間的商業(yè)模式有何不同？

呂和糠：第一，功能實(shí)現(xiàn)方面，銥星主要是中高軌道，星鏈主要是中低軌道，銥星從功能豐富性上先天弱了一些，主要依靠衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)通話，替代傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，但是蜂窩網(wǎng)絡(luò)在通話領(lǐng)域具有地面?zhèn)鬏斂臁⒎秶鷱V的優(yōu)勢(shì)，所以銥星一般用在海上任務(wù)等小眾通訊領(lǐng)域。尤其隨著流量擴(kuò)大、頻道提升，衛(wèi)星傳輸?shù)木嚯x弱勢(shì)逐漸明顯。但到了現(xiàn)在 4G、5G 廣域覆蓋成本越來(lái)越高，經(jīng)濟(jì)效益變差，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式開(kāi)始成型。

【資料圖】

第二，從運(yùn)行的成本來(lái)看，馬斯克把整個(gè)產(chǎn)業(yè)做成了閉環(huán)，從發(fā)射火箭到芯片再到終端運(yùn)營(yíng)，馬斯克通過(guò)可回收的方式，一箭多星，壓縮發(fā)射成本，產(chǎn)業(yè)鏈更長(zhǎng)；同時(shí)馬斯克降低衛(wèi)星成本，不追求衛(wèi)星的使用壽命，把衛(wèi)星作為消費(fèi)電子型的消耗品，很大程度解決了行業(yè)成本高的痛點(diǎn)。

第三，馬斯克經(jīng)濟(jì)實(shí)力相對(duì)雄厚，能夠支撐衛(wèi)星研發(fā)、火箭發(fā)射等整條產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)往前推薦，Oneweb 等，資金實(shí)力就相對(duì)差一些，整合就沒(méi)那么好。

第四，到目前，創(chuàng)立較早的 Oneweb 的商業(yè)模式，也在向星鏈的方向推進(jìn)，但是依然沒(méi)有星鏈那么極致。

芯流智庫(kù)：為什么星鏈的發(fā)展是一種非線性的態(tài)勢(shì)？從 2015 年成立以來(lái)成果并不突出，但是 2018 年以后突然爆發(fā)，衛(wèi)星研發(fā)、火箭發(fā)射速度開(kāi)始變得非常快，搭載的衛(wèi)星數(shù)量也從開(kāi)始的兩個(gè)，變成幾十個(gè)到上百個(gè)？

呂和糠：因?yàn)樽罱鼉赡晷擎湲a(chǎn)業(yè)各方面技術(shù)逐漸成熟，所以發(fā)射能力提升。

第一，衛(wèi)星發(fā)射是較長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈，馬斯克基本是自己負(fù)責(zé)星鏈的整條產(chǎn)業(yè)鏈，技術(shù)不斷迭代升級(jí)。發(fā)射火箭從可回收到海上可回收，從中型火箭到大型運(yùn)載火箭，發(fā)射能力逐漸提升；

第二，衛(wèi)星從立方體經(jīng)歷五六代到目前的球形，衛(wèi)星單重從幾百公斤到大幾十公斤，衛(wèi)星集成度、成本以及攜帶功能不斷升級(jí)；

第三，衛(wèi)星目前可以攜帶激光通信載荷，未來(lái)還可以增加網(wǎng)絡(luò)防護(hù)、電子對(duì)抗等功能，不同的載荷和衛(wèi)星結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)新的功能，未來(lái)衛(wèi)星是柔性化平臺(tái)的定位。

芯片在星鏈中的角色

芯流智庫(kù)：部分資料顯示衛(wèi)星使用 Sparc 架構(gòu)的 SoC 芯片，是太陽(yáng)公司上世紀(jì)末研發(fā)的非常小眾的芯片，為什么選擇這種架構(gòu)？

呂和糠：其實(shí)所有衛(wèi)星芯片的嵌入式系統(tǒng)，基本上都是 Sparc 架構(gòu)。因?yàn)?Sparc 可靠性比較強(qiáng)。

除了主芯片之外，衛(wèi)星里面其他比較重要的芯片，以前成本比較高。但是整體來(lái)講，馬斯克從芯片層面把以前非常貴的東西做成了白菜價(jià)。

比如相控陣，半導(dǎo)體材料原來(lái)用的是氮化鎵、砷化鎵，單通道成本幾千美元，而一顆衛(wèi)星需要相控陣天線芯片的成本就需要幾千萬(wàn)，馬斯克用硅基芯片替代，定制了收發(fā)集成度很高的芯片，使用了非常多的新技術(shù)，將成本降到了單通道幾十美元的量級(jí)，是非常厲害的提升。

實(shí)現(xiàn)星鏈星間組網(wǎng)的激光通信，之前也很高成本，因?yàn)橐诰嚯x幾萬(wàn)公里、幾十萬(wàn)公里的兩顆星之間用一束激光對(duì)準(zhǔn)通信，但馬斯克用了很多低成本、沒(méi)有特別復(fù)雜的芯片方案，大幅降低了成本。

芯流智庫(kù)：聽(tīng)起來(lái)似乎馬斯克把衛(wèi)星從傳統(tǒng)的高高在上的層級(jí)降低了，舉措類似消費(fèi)電子化？

呂和糠：是的。美國(guó)傳統(tǒng)航空體系基本由國(guó)防單位負(fù)責(zé)，都是洛克希德馬丁、波音這些公司去承接任務(wù)。

馬斯克走民用路線，融入了消費(fèi)電子化的思路。他造車也一樣，大家說(shuō)造車貴，他就用工業(yè)級(jí)，看似降低了一些門檻，但從整體系統(tǒng)上來(lái)講，可靠性目前可接受。

所以，其實(shí)我們可以反思一下，在整個(gè)研制流程里面，到底什么樣的項(xiàng)目上才要高可靠性的標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的高軌的一顆星，當(dāng)然要講萬(wàn)無(wú)一失；但是中低軌衛(wèi)星，就是偏消費(fèi)的高值易耗品，沒(méi)必要，報(bào)廢后放到太空就可以了。

當(dāng)然，馬斯克 " 消費(fèi)電子化 " 做太空工業(yè)，也帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，就是十年后如何處理太空垃圾變成比較重要的事了。

馬斯克如何管理芯片供應(yīng)鏈

芯流智庫(kù)：之前一兩年芯片短缺比較嚴(yán)重，馬斯克如何應(yīng)對(duì)或者他怎樣管理芯片供應(yīng)鏈？

呂和糠：第一，因?yàn)樾l(wèi)星整體數(shù)量比較少，所以短缺相比起車或者其他消費(fèi)品來(lái)說(shuō)壓力比較小。第二，在保障芯片供應(yīng)鏈方面，馬斯克衛(wèi)星的核心芯片基本上都是定制的，就是先提出需求，然后找到 ST 等公司定制。

芯流智庫(kù)：除了芯片外，衛(wèi)星還包含很多零部件，它的衛(wèi)星工廠是怎么運(yùn)作的？比如流水線、工人、自動(dòng)化等？

呂和糠：馬斯克在衛(wèi)星生產(chǎn)方面借鑒了造車的思路，具有創(chuàng)新性。

一般來(lái)說(shuō)，高軌上三顆衛(wèi)星可以覆蓋全球，低軌要至少千顆衛(wèi)星才能叫做一個(gè)星座，衛(wèi)星數(shù)量級(jí)提升了上百倍。這種情況下，馬斯克做了很多自動(dòng)化嘗試，過(guò)去衛(wèi)星生產(chǎn)是半自動(dòng)化，需要手工參與。馬斯克引入全自動(dòng)化生產(chǎn)線，將衛(wèi)星產(chǎn)品設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)的立方形，從系統(tǒng)層面改進(jìn)生產(chǎn)流程，大幅降低生產(chǎn)成本。

芯流智庫(kù)：這種自動(dòng)化程度比較高的工廠，產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)欠褚呀?jīng)比較成熟？在生產(chǎn)自動(dòng)化里，可能怎么定義生產(chǎn)流程是最重要的，反而其他的技術(shù)性的東西可能沒(méi)那么重要？

呂和糠：自動(dòng)化肯定不是技術(shù)突破上的難度。

按馬斯克第一性原理來(lái)分析，首先馬斯克定義了大規(guī)模巨型星座，為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，最大的困難是降低成本。傳統(tǒng)衛(wèi)星不能大規(guī)模，因?yàn)檫^(guò)去以安全性為主，要求保障它的可靠性，每發(fā)都能成，每顆星都能在軌運(yùn)行二三十年。

但是馬斯克沒(méi)有可靠性、萬(wàn)無(wú)一失的需求，他進(jìn)行很多降本的嘗試，建立了自動(dòng)化的工廠。過(guò)去沒(méi)有人會(huì)想把衛(wèi)星生產(chǎn)自動(dòng)化，因?yàn)槿绻挥幸活w、兩顆、 十顆，自動(dòng)化的投入產(chǎn)出是不成正比的。只有大規(guī)模生產(chǎn)，自動(dòng)化的投入才有它的價(jià)值。所以馬斯克自動(dòng)化生產(chǎn)很大程度上是因?yàn)槟繕?biāo)決定怎么去做。

芯流智庫(kù)：星鏈的架構(gòu)中有一個(gè)信關(guān)站，它會(huì)起到什么樣的作用？

呂和糠：前面幾代衛(wèi)星，星與星之間的數(shù)據(jù)沒(méi)有直接聯(lián)通。但是每顆衛(wèi)星收發(fā)都有不同的數(shù)據(jù)，就要通過(guò)一個(gè)地面比較大型的終端發(fā)信號(hào)，就像基站一樣，信關(guān)站把所有信息全部重新傳一遍回去，實(shí)現(xiàn)所有信息同步，確保每一刻數(shù)據(jù)是同步的。

后來(lái)，在異軌之間用微波的方式，同軌之間用激光的方式，實(shí)現(xiàn)了每顆星之間的數(shù)據(jù)互聯(lián)，減少了對(duì)信關(guān)站的需求。如此，星間通信就逐漸減少了對(duì)信關(guān)站的依賴。

芯流智庫(kù)：星間組網(wǎng)對(duì)星鏈能力有哪些增強(qiáng)？

呂和糠：衛(wèi)星間信息傳播速率和實(shí)時(shí)性進(jìn)一步提高了，這只是星鏈作為一個(gè)平臺(tái)的開(kāi)始，星鏈平臺(tái)上可以搭載的東西將越來(lái)越多，可以實(shí)現(xiàn)不同的作用。

比如可以掃描，可以勘測(cè)，可以做遙感。

而且天上只有有限的軌道資源，申請(qǐng)后需限期盡快使用。所以，星鏈一旦在太空中形成一個(gè)穩(wěn)固的平臺(tái)，那就是壟斷且排他的。

要達(dá)成這樣一個(gè)平臺(tái)需要同時(shí)具備幾個(gè)要素：首先是低成本大規(guī)模發(fā)射能力，然后是低成本衛(wèi)星制造能力，最后是低成本終端部署能力。

芯流智庫(kù)：衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳統(tǒng) GPS 有影響么？

呂和糠：未來(lái)二者將建立復(fù)合網(wǎng)絡(luò)，互相增強(qiáng)，可能不會(huì)有直接沖擊。未來(lái)低中高軌信息共享，功能可能進(jìn)一步融合。

國(guó)內(nèi)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

芯流智庫(kù)：我國(guó)正在針對(duì)馬斯克的星鏈推出類似的國(guó)產(chǎn)版本，其實(shí)我們的地面通信基礎(chǔ)設(shè)施可以說(shuō)是領(lǐng)先全球的，我國(guó)發(fā)展類似衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，主要考量是哪些因素？

呂和糠：中國(guó) 4G、5G 的建設(shè)已經(jīng)領(lǐng)先全球，覆蓋了大概百分之三四十的國(guó)土面積，剩余部分由傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低，但是在特定場(chǎng)景，比如應(yīng)急通信、搶險(xiǎn)救援等依然還是需要。包括自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)，可能會(huì)面臨沒(méi)有網(wǎng)的問(wèn)題，在某些地廣人稀、沒(méi)有信號(hào)的地方需要衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來(lái)支持。未來(lái)所謂的 6G 一定是空天地一體化的通信方式。

芯流智庫(kù)：星鏈大獲成功應(yīng)該是在 2019 年左右，此時(shí)我國(guó)建立起相應(yīng)的計(jì)劃但是進(jìn)展有限，后來(lái)原來(lái)各自努力的公司開(kāi)始聯(lián)合攻關(guān)，如何看待我國(guó)星鏈經(jīng)營(yíng)體制的這種變化？

呂和糠：可能當(dāng)時(shí)組織性還沒(méi)有那么強(qiáng)。當(dāng)時(shí)民間、國(guó)家都有自發(fā)組織，但是如果想要趕超馬斯克，需要全部融合在一起，專門成立央企牽頭，集中力量辦大事。

但是馬斯克之所以能成功，是因?yàn)樗冉鉀Q有無(wú)問(wèn)題，再解決好壞問(wèn)題。比如一開(kāi)始星鏈的衛(wèi)星間通信使用握手協(xié)議，是最簡(jiǎn)單的一種通信方式，安全程度非常低，但這不妨礙星鏈隨后迅速優(yōu)化迭代了很多個(gè)版本，到現(xiàn)在，加密通信技術(shù)已經(jīng)非常成熟了。

那對(duì)我們國(guó)家最大的啟示，就是需要先解決有無(wú)，然后再不斷地去改進(jìn)完善，可能這更符合衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的規(guī)律。

芯流智庫(kù)：我們現(xiàn)在有沒(méi)有解決有無(wú)的問(wèn)題？如果解決了，現(xiàn)在制造能力和發(fā)射能力處于和星鏈的一個(gè)什么樣的相對(duì)位置？產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)狀況如何？

呂和糠：我們 2024 年前要發(fā)射一些新的衛(wèi)星，也有招標(biāo)的計(jì)劃。如果從數(shù)量來(lái)講，我們離馬斯克還有點(diǎn)距離。但是我們起步較晚，可以理解。

產(chǎn)業(yè)鏈方面，我國(guó)目前薄弱的大概有兩部分。第一部分是發(fā)射，馬斯克已經(jīng)反復(fù)實(shí)現(xiàn)各種回收的方式，從對(duì)火箭發(fā)射回收的整套技術(shù)掌握程度來(lái)看，馬斯克的領(lǐng)先性還比較強(qiáng)。第二是芯片，馬斯克背后有大公司在提供低成本的成熟芯片。我國(guó)芯片成本方面優(yōu)勢(shì)比較小，難度可能較大，尤其前面提到的相控陣等價(jià)格很難降下來(lái)。

芯流智庫(kù)：星鏈不像特斯拉公開(kāi)很多技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，它后期資料保密程度很高，對(duì)中國(guó)公司研發(fā)是較大的挑戰(zhàn)，我國(guó)如何實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的突破？

呂和糠：新能源汽車需要和傳統(tǒng)汽車 PK，所以需要盟友。但是星鏈?zhǔn)琴Y源排他性業(yè)務(wù)，軌道資源沒(méi)了就沒(méi)了，所以需要保密。

尾聲：總結(jié)與預(yù)測(cè)

芯流智庫(kù)：我國(guó)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展將來(lái)應(yīng)該怎么做？

呂和糠：第一，迅速脫離對(duì)好壞標(biāo)準(zhǔn)的討論，先進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的推進(jìn)，要先著手去做，不用糾結(jié)是不是思慮周全、產(chǎn)品準(zhǔn)備充足了。

第二，需要產(chǎn)業(yè)鏈的分工以及引入更多的民營(yíng)企業(yè)參與。NASA 因?yàn)橐M(jìn) SpaceX 解決了成本問(wèn)題。在 SpaceX 之前，美國(guó)的航天事業(yè)成本比較高，引入民營(yíng)可以通過(guò)鲇魚(yú)效應(yīng)降低成本。

芯流智庫(kù)：全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，未來(lái)會(huì)呈現(xiàn)怎樣的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局？

呂和糠：能做衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的國(guó)家會(huì)很少，因?yàn)槠湟髱讉€(gè)要素：

第一，科研能力，衛(wèi)星是高技術(shù)門檻行業(yè)，中間涉及的科研內(nèi)容比較多，學(xué)科分布廣、跨度大。光這一要素決定了，可能只有中、美、歐能做衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。

第二，市場(chǎng)需求。衛(wèi)星需要盈利，需要足夠的需求，也就是要足夠的人口。目前來(lái)看，只有中、美、歐才能有這么多人去買單、去支持。第三世界的友人，現(xiàn)在雖然有很強(qiáng)的需求，但可能此時(shí)此刻付費(fèi)能力還是有限的。

就像衛(wèi)星導(dǎo)航，最后全世界導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)只有四套：我國(guó)的北斗、歐洲的伽利略、俄羅斯的格洛納斯、美國(guó)的 GPS。考慮到中低軌對(duì)敏捷、成本要求越來(lái)越高，可能俄羅斯競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)衰退，所以最后剩下就是中國(guó)一套，歐洲一套，美國(guó)一套。