□本报记者 赵磊 王萌
无论是在世界之巅的珠穆朗玛峰、浩瀚的太平洋深处，还是广袤的撒哈拉沙漠腹地，都能实现实时通讯。5月19日，随着我国首个低轨卫星物联网星座“天启星座”一期组网圆满完成，“万物互联”的新纪元正式开启。记者独家对话北京国电高科科技有限公司（以下简称“国电高科”）董事长吕强，独家探访“天启星座”背后的技术密码：构建“低轨物联网星座”究竟分几步？
什么是卫星轨道？低轨和高轨有着怎样的区别？
“通俗来讲，卫星轨道就是卫星的‘生活圈’，天启星座的卫星就在低轨道‘工作’。”吕强告诉记者，所谓卫星轨道就是人造卫星绕地球运行的路径，是一条封闭的曲线。根据卫星运行轨道到地球表面的距离分为低轨卫星、中轨卫星和高轨卫星。
低轨道卫星是指在距离地球表面约160公里到2000公里之间轨道上运行的卫星。这些卫星因其较低的轨道高度距离地面较近，具有传输时延小、链路损耗低等特点，因此在侦察、地球观测、科学实验以及部分通信任务中具有得天独厚的优势。
中轨道卫星是指在距离地球表面约2000公里到20000公里之间轨道上运行的卫星。这种轨道上的卫星具有更广泛的覆盖范围，通信效率也更高。中轨道卫星常用于地球资源技术监测、气象观测、通信中继等任务。例如，GPS卫星就位于大约20200公里的中地球轨道上，为全球用户提供精确的导航和定位服务。
高轨道卫星是指在距离地球表面20000公里以上轨道运行的卫星。高轨卫星因其高耸的轨道位置而拥有广阔的视野，从理论上讲，仅需一颗卫星便能覆盖近三分之一的地球表面。若要实现全球（除两极外）的通信覆盖，仅需三颗卫星便足够。
什么是卫星物联网？为什么要发展低轨物联网星座？
“简单来说，就是以卫星为接入手段将卫星通讯技术与物联网技术相结合的新型网络体系。”据吕强介绍，卫星服务业主要分为卫星通信、卫星导航和卫星遥感，卫星通信可分为传统卫星通信和新型卫星通信，从业务上划分有互联网、专网通信、物联网、移动通信，卫星导航有GPS、北斗等，遥感咱们国家有气象系列、海洋系列，国家专项有空间基础设施、高分专项等。
聚焦到卫星通信，归纳为三个阶段：第一个阶段，上世纪60年代到80年代，这一时期是传统卫星通信，服务以卫星电视广播为主，另外是海事卫星通信，开始定位于海事救援通信，后来转型为全业务。第二个阶段是1980年到2010年，这期间出现了新的技术，卫星的平台不断地扩大，轨道还是以高轨为主。第三个阶段是最近十年，卫星通信整个大格局发生变化，高轨通信向高通量大容量发展，整星容量超过100G。新型的低轨全球通信系统出现后成为热点，卫星物联网和卫星互联网，尤其是卫星互联网已经纳入到新基建，我们认为低轨物联网星座是卫星互联网的先行者和突破口，也是民营企业角逐商业航天的重要机会。
物联网卫星通过卫星链路实现物联网设备之间的数据传输和通信，使物联网的应用范围突破地面网络覆盖的限制，能够在全球范围内，尤其是在偏远地区、海洋、沙漠等地面网络难以覆盖的区域，实现物体与物体、人与物体之间的互联互通和信息交互，为各种应用场景提供数据传输和管理服务。
为什么要发展卫星物联网？吕强表示，2009年，我国开始了万物互联的物联网产业，产业链得到了突飞猛进的发展。目前，前端的传感器已经成熟，后端的运用和数据分析也比较成熟，唯独中间的传输层遇到了瓶颈，不管用2G、3G，还是现在的4G、5G只是城市内部的覆盖，城市内部应用更广的是互联网。物联网大部分场景还是无人区，比如城市的外围，山水林田湖草、海上、空中等，这些场景都是窄带物联网的应用范围，从覆盖范围来说，地面网络是永远跟不上物联网应用场景的拓展，所以全球覆盖的卫星物联网星座将是对地面物联网强而有力的补充，也是突破地面物联网覆盖瓶颈、促进地面物联网产业发展的必要有效途径！
为什么是低轨，而且低轨还更好呢？几个特点，首先因为物联网的应用一般是短数据的，不需要宽带也不需要视频，大部分集中到0.1K到3.2K，所以低轨物联网的应用是窄带。其次物联网的场景大部分集中到城市外围，不光是没有信号，能源匮乏，所以要低功耗，这是低轨的优势。因为应用场景复杂多变，山水林田湖草多有遮挡，尤其丛林里面要监测森林防火，信号要穿透植被的覆盖，所以信号穿透力特别强才行，所以要低频，频率越低，穿透率越强。再者，要面向大规模、大众化的消费级应用，所以要低成本，低功耗，所以也是低轨。
综上技术特点，低轨物联网特点是低功耗、小型化、低成本、低频段，卫星物联网要面向低轨、低频和窄带，这样才是最佳的技术路径，与现有的卫星系统相比，各有所长，功能互补。
卫星星座将如何建设？
“完成组网后，天启星座成为了全国首个、全球第二个低轨物联网星座，填补了国内空白，这对抢占全球卫星频率轨道资源以及低轨卫星物联网技术和产业发展战略高地具有重要意义。”吕强言语中透露出激动与自豪。
“卫星星座是发射入轨能正常工作的卫星的集合，通常是由一些卫星环按一定的方式配置组成的一个卫星网。”吕强表示，随着全球卫星入轨的数量日益增多，目前太空中低轨空间的资源竞争激烈。此外，除了空间轨道资源，还有一个不可再生的重要资源就是无线电频率资源。按照国际电信联盟的规定，频率归全人类所有，不属于任何一个组织或者个人，所有的卫星运营商想要在空间中使用某段频率，都需要向国际电信联盟提出申请。本着“先到先得”的原则，谁先提出申请，谁就享有这段频率的优先使用权。
“当你向国际电信联盟申请频率和轨位以后，7年内必须发射第一颗星，9年内必须发射总数达到10%，12年内发射总数需要达到50%，14年内整个星座必须完成发射，对整个星座部署的要求还是非常高的。”吕强强调，轨道资源是有限的，无线电频率也是不可再生的资源，因此，目前全球对于低轨卫星的资源竞争非常激烈，美国、英国、加拿大、俄罗斯、德国、韩国等相继规划了宏大的低轨互联网卫星组网计划。我国的千帆星座、星网也都在加速推进，所以除了小型化、低功耗之外，低成本和批量化也是国电高科的研制方向。
当最后四颗卫星成功入轨，“天启星座”在距离地球900公里的轨道上织就了一张覆盖全球的通信网。这张由37颗卫星构成的“太空物联网”，不仅实现了从地面到太空的万物互联闭环，更标志着我国在低轨卫星物联网领域迈出了关键一步。正如吕强所说：“未来的太空将上演更多‘中国星座’的精彩故事，而天启星座正是这个故事的序章。”在轨位资源日益紧张的今天，中国航天人正以民营力量为支点，撬动全球太空产业的新格局。