據(jù)測算,到2027年中國“GW”激光載荷市場規(guī)模將達(dá)約800億。
一、激光通信的技術(shù)發(fā)展趨勢
1.1 激光通信的技術(shù)優(yōu)勢及瓶頸
1.1.1 激光通信以其高帶寬、高安全性以及設(shè)備體積小等優(yōu)勢有望成為發(fā)展主流
激光通信的通信容量大,也即是傳輸速率更快。激光的頻率比微波要高許多,作為通信的載波有更寬的利用頻帶。目前無線激光通信工作頻段主要在365~326THz(對(duì)應(yīng)波長范圍光波長范圍多在820nm~920nm),設(shè)備間無射頻信號(hào)干擾。
從現(xiàn)有技術(shù)來說,光波作為信息載體可傳輸達(dá)10Gbit/s的數(shù)據(jù)碼率,采用名為波分復(fù)用技術(shù)的方法還能進(jìn)一步提高(將兩種或多種不同波長的光載波信號(hào)在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器匯合在一起,傳輸后在接收端經(jīng)分波器將各種波長的光載波進(jìn)行分離并恢復(fù)信號(hào))。
激光通信的可靠性高,且保密性好。激光作為光源的發(fā)散角很小,能量集中在很窄的光束中。這意味著和鄰近衛(wèi)星間的通信干擾將會(huì)減小,避免了相互影響沖突,穩(wěn)定性增強(qiáng),也就是所謂的可靠性高。而且這樣的光束具有高度的定向性,纖細(xì)而集中的發(fā)射波束指向接收機(jī),可有效的提高抗干擾、防竊聽的能力,除非其通信鏈路被截?cái)?,否則數(shù)據(jù)不易外泄,保密性好。
激光通信技術(shù)結(jié)合了無線電通信和光纖通信的優(yōu)點(diǎn),以激光為載波進(jìn)行通信。激光通信技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、安全性高、通信速率高、傳輸速度快、波段選擇方便及信息容量大的優(yōu)勢,其特點(diǎn)是系統(tǒng)體積小、重量輕、功耗低、施工簡單、靈活機(jī)動(dòng),在軍事和民用領(lǐng)域均有重大的戰(zhàn)略需求與應(yīng)用價(jià)值。
激光通信相關(guān)的設(shè)備體積小、質(zhì)量輕、功耗低。激光的光束集中且攜帶信息量大,激光通信的能量利用率高,落在接收機(jī)望遠(yuǎn)鏡天線上的功率密度高,發(fā)射機(jī)的功耗低,發(fā)射功率也可大大降低,所以發(fā)射設(shè)備及其供電系統(tǒng)可以做的體積更小、重量更輕,更加便于衛(wèi)星等空間探測器攜帶。
另一方面,激光的波長短、穿透力強(qiáng),方向性好且能量集中,這些優(yōu)點(diǎn)也使得接收望遠(yuǎn)鏡口徑可以減小,擺脫了無線電波通信系統(tǒng)巨大的碟形天線,接收系統(tǒng)也可以做的體積更小、重量更輕。這些也使得激光通信相關(guān)系統(tǒng)、設(shè)備的建造和維護(hù)費(fèi)用相對(duì)低廉。
表一:各種通信方式特點(diǎn)對(duì)比
(資料來源:公開資料,本翼資本整理)
1.1.2 激光通信光束易發(fā)散且易受大氣條件影響
窄波束的激光在長距離的傳播后會(huì)產(chǎn)生發(fā)散也是不可避免的。所以在越遠(yuǎn)的地方看到光源的亮度就越暗淡。
激光傳輸深受大氣吸收和散射、大氣湍流、以及背景光等因素的影響,其可靠性受到一定的挑戰(zhàn)。影響星地激光通信的主要因素有大氣吸收及散射、大氣湍流、背景光、云霧雨等,如圖1所示。大氣對(duì)激光的吸收主要是由于大氣分子和特定波長的激光相互作用產(chǎn)生的,大氣對(duì)激光的散射也與波長相關(guān),可以由比爾-朗伯(Beer-Lambert)定律描述;大氣湍流是由于大氣溫度和壓強(qiáng)的變化產(chǎn)生的,會(huì)使信號(hào)的強(qiáng)度和相位重新分布,也即波前畸變,通常采用伽瑪-伽瑪(Gamma-Gamma)分布或者更為精確的雙參數(shù)威布爾(Weibull)分布來描述;背景光的影響來自于太陽、其他恒星、及散射光等;云霧雨主要從吸收和散射的角度來影響激光通信。針對(duì)上述各類因素,世界各國開展了理論研究,并進(jìn)行了多類地面演示試驗(yàn)。
圖一:影響星地激光鏈路的主要因素
(資料來源:公眾號(hào)“衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)”,本翼資本整理)
1.2 激光通信的主要技術(shù)
隨著激光、光學(xué)和光電子元器件技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,激光通信技術(shù)不斷取得突破。按照系統(tǒng)功能劃分,激光通信技術(shù)主要分為捕獲跟蹤、通信收發(fā)、大氣補(bǔ)償、光機(jī)電設(shè)計(jì)以及系留氣球和平流層飛艇6類技術(shù)。
1.2.1 捕捉跟蹤技術(shù)
激光通信技術(shù)借助光源的小發(fā)散角波束提供高功率增益,這對(duì)光束的捕獲跟蹤提出了比微波通信更高的要求。實(shí)現(xiàn)快速、大概率、大范圍的光束捕獲和穩(wěn)定的高帶寬、高精度光束跟蹤是激光通信瞄準(zhǔn)、捕獲、跟蹤技術(shù)研究的核心目標(biāo)。其中,光束捕獲采用激光瞄準(zhǔn)技術(shù)和粗/精跟蹤相獨(dú)立的體制,即粗跟蹤由大視場相機(jī)和伺服轉(zhuǎn)臺(tái)組成閉環(huán),提供大范圍低頻帶伺服控制;精跟蹤由高幀頻相機(jī)和快速振鏡組成閉環(huán),提供小范圍高頻帶伺服控制,從而有效抑制因光束大范圍運(yùn)動(dòng)和高頻率抖動(dòng)引起的光束擾動(dòng)。
隨著激光技術(shù)的進(jìn)步,受益于激光光束智能變換、激光相控陣等新技術(shù)的逐漸發(fā)展成熟,將其應(yīng)用于激光通信技術(shù)的捕獲、瞄準(zhǔn)、跟蹤系統(tǒng)中,使傳統(tǒng)跟瞄模式發(fā)生改變,可提高空間光通信系統(tǒng)的跟瞄精度、速度和可靠性。同時(shí),小型高效率激光器的出現(xiàn)也使跟瞄系統(tǒng)向小型化、輕型化和集成化發(fā)展。另外,可采用粗精復(fù)合高精度跟蹤,通過激光光束智能變換,在保證跟蹤性能的前提下,簡化激光通信跟瞄系統(tǒng)。
1.2.2 通信收發(fā)技術(shù)
激光通信技術(shù)需要激光器具有大調(diào)制帶寬、高發(fā)射功率和窄線寬等特點(diǎn)。具體來看,激光調(diào)制技術(shù)的調(diào)制方式可以分為直接調(diào)制和間接調(diào)制,由于直接調(diào)制方式使帶寬和發(fā)射功率受限,目前主要采用小功率種子激光源間接調(diào)制后通過高功率光纖放大器獲得高發(fā)射功率的方法進(jìn)行調(diào)制;根據(jù)作用光束的參數(shù)不同(如強(qiáng)度、頻率、相位等),可分為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相等不同調(diào)制方式,由于不同波長系統(tǒng)相應(yīng)器件的差異,調(diào)制方式也有所差別。目前激光通信技術(shù)采用的激光波長主要有800nm、1000nm和1550nm3個(gè)波段,其中800nm波段的半導(dǎo)體激光器一般利用強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(IM/DD),1000nm波段的Nd:YAG固體激光器可采用各種調(diào)制方式,而1550nm波段的半導(dǎo)體激光器與光纖通信系統(tǒng)兼容,可采用多種高速調(diào)制方式并利用摻鉺光纖放大器實(shí)現(xiàn)高速、高功率發(fā)射。
激光通信接收機(jī)的高速探測器均由光纖耦合以適應(yīng)高速探測器的小探測截面,并有利于系統(tǒng)集成化。因此,激光到光纖的耦合是激光通信接收部分的關(guān)鍵技術(shù)之一,其中對(duì)光纖高效率耦合主要受模式匹配、對(duì)準(zhǔn)偏差、菲涅爾反射、吸收損耗、平臺(tái)振動(dòng)等影響?,F(xiàn)有的光纖耦合方法主要采用的是光學(xué)自適應(yīng)、錐形光纖、光纖章動(dòng)等,尚未出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性突破,光纖高效耦合技術(shù)仍是當(dāng)前激光通信系統(tǒng)的主要難題之一。
1.2.3 大氣補(bǔ)償技術(shù)
當(dāng)空間激光通信技術(shù)應(yīng)用在星地、空空和空地等鏈路時(shí),激光在穿越大氣層的過程中受大氣湍流影響,在傳輸時(shí)會(huì)出現(xiàn)接收功率抖動(dòng),導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)誤碼,這在高速激光通信中更加明顯。為解決這一問題,采用高精度實(shí)時(shí)波前畸變校正技術(shù)是抑制大氣湍流對(duì)傳輸光束波前影響的有效方法,即通過哈特曼傳感器進(jìn)行多孔徑波面探測,在一定程度上能夠矯正波前畸變。但該技術(shù)的主要難點(diǎn)在于激光到達(dá)角起伏補(bǔ)償、波面變形補(bǔ)償和空中飛行時(shí)附面層影響補(bǔ)償,可通過探測系統(tǒng)引入波前畸變補(bǔ)償鏡技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合校正。
近年來有關(guān)大氣信道的研究成果頗豐。例如,2018年開展的基于部分相干載波的大氣高速傳輸研究,由有源鎖模光纖激光器泵浦色散位移光纖而產(chǎn)生的超連續(xù)譜光源作為部分相干高速載波,在1km大氣湍流信道中,相比于相干光源,采用部分相干光載波源能有效抑制大氣湍流造成的光強(qiáng)閃爍。而后,證明了可將全光時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù)應(yīng)用在部分相干光通信系統(tǒng)中以提升傳輸速率,最高速率達(dá)到了16Gb/s。
1.2.4 光機(jī)電設(shè)計(jì)技術(shù)
為減小自由空間的功率損耗,提高發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)增益,需要通信光束以近衍射極限角發(fā)射。在保證發(fā)射光學(xué)口徑的基礎(chǔ)上,提高光束發(fā)射增益對(duì)光纖耦合技術(shù)、光束整形技術(shù)、望遠(yuǎn)鏡面型設(shè)計(jì)提出了更嚴(yán)格的要求。為突破近衍射極限角發(fā)射的關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)射激光源的整形準(zhǔn)直技術(shù)和高效率光纖耦合技術(shù),亟需通過激光技術(shù)的發(fā)展,研究光纖不同芯徑、束散角與光學(xué)系統(tǒng)匹配的優(yōu)化選取方法。
對(duì)于光學(xué)基臺(tái)技術(shù),要求對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化、輕量化設(shè)計(jì),且能滿足未來空間激光通信網(wǎng)絡(luò)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)動(dòng)中通同時(shí)傳輸。與此同時(shí),激光技術(shù)的廣泛應(yīng)用促成了多行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化,如基于激光技術(shù)的激光整形傳輸促成了元件的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化,降低了整機(jī)體積與成本。
1.2.5 系留氣球中繼技術(shù)
系留氣球是一種通過纜繩固定于地面,靠氣囊內(nèi)的浮升氣體獲得浮力的浮空器。其特點(diǎn)是可以在空中特定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)定高、長時(shí)間駐留,具備搭載各種通信、偵察和探測等電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)相應(yīng)任務(wù)功能的能力。
圖二:系留氣球中繼技術(shù)
(資料來源:基于浮空平臺(tái)的天地一體化網(wǎng)絡(luò)激光中繼設(shè)計(jì),本翼資本整理)
該中繼方案能夠充分利用系留氣球平臺(tái)成本低,使用維護(hù)簡便的優(yōu)點(diǎn),適合在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模部署,以快速實(shí)現(xiàn)廣域的高速數(shù)據(jù)服務(wù)覆蓋。同時(shí),系留氣球通過光纖與地理骨干節(jié)點(diǎn)之間直接建立高可靠的有線通信鏈路,有效克服了無線通信鏈路在低層大氣環(huán)境中不夠穩(wěn)定可靠的缺點(diǎn)。但是由于系留氣球仍工作在對(duì)流層,其激光中繼受大氣內(nèi)天氣現(xiàn)象的影響不能完全消除,且單個(gè)氣球由于通過線纜固定于地面,不具備機(jī)動(dòng)能力,使用場景也受到了一定程度的限制。
1.2.6 平流層飛艇中繼技術(shù)
平流層飛艇是一種通過浮生氣體產(chǎn)生浮力,并帶有推進(jìn)系統(tǒng),可連續(xù)在特定區(qū)域駐留的浮空平臺(tái)。相對(duì)于系留氣球平臺(tái),平流層飛艇除了能夠長期定點(diǎn)懸停工作外,其最大特點(diǎn)在于還能夠跨區(qū)域進(jìn)行大范圍機(jī)動(dòng),能夠?qū)崿F(xiàn)廣域覆蓋。
圖三:平流層飛艇氣球中繼技術(shù)
(資料來源:基于浮空平臺(tái)的天地一體化網(wǎng)絡(luò)激光中繼設(shè)計(jì),本翼資本整理)
平流層飛艇攜帶激光通信終端、微波通信設(shè)備工作在平流層底層,通過轉(zhuǎn)化成多路微波信號(hào)克服低空復(fù)雜氣象條件的影響,可完全克服低空復(fù)雜氣象條件干擾,長時(shí)可靠工作。在飛艇上部署激光通信終端,飛艇與衛(wèi)星之間通過空間激光鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,飛艇與地面之間通過微波鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與分發(fā)。本方案充分結(jié)合激光高速傳輸能力,以及微波大氣穿透性強(qiáng)的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)天地?cái)?shù)據(jù)的高速高可靠中繼。
相對(duì)于系留氣球平臺(tái),平流層飛艇工作在對(duì)流層之上,與天基骨干網(wǎng)之間的激光鏈路更為穩(wěn)定可靠,且平臺(tái)本身具備大范圍機(jī)動(dòng)的能力,能夠?qū)崿F(xiàn)長時(shí)間的廣域覆蓋。平流層飛艇的主要缺點(diǎn)在于成本較高,保障維護(hù)較為困難,在未來的天地一體化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中,需要根據(jù)實(shí)際場景需求,對(duì)兩種中繼平臺(tái)進(jìn)行合適的選擇。
1.3 激光通信技術(shù)的發(fā)展趨勢
激光通信的技術(shù)趨勢就是向高速率、網(wǎng)絡(luò)化、多用途以及一體化發(fā)展。
1.3.1 高速率
隨著空間激光通信高速調(diào)制解調(diào)和傳輸技術(shù)的快速發(fā)展,未來星地激光通信鏈路速率有望達(dá)到100Gb/s量級(jí)。高速激光通信采用高階調(diào)制方式如正交相移鍵控(QPSK)、正交振幅調(diào)制(QAM)和復(fù)用方式如波分復(fù)用(WDM)、時(shí)分復(fù)用(TDM)、軌道角動(dòng)量復(fù)用(OAM),短距離(<1km)速率可達(dá)Tb/s量級(jí)。
1.3.2 網(wǎng)絡(luò)化
隨著全球化和信息技術(shù)的發(fā)展,亟需建設(shè)具有不依托地面網(wǎng)絡(luò)、無縫覆蓋全球、高帶寬和抗毀性能的空間網(wǎng)絡(luò)。因此,依托空間激光通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的天基寬帶傳送網(wǎng)絡(luò)是今后發(fā)展的重要趨勢。
空間激光通信技術(shù)逐漸從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式向中繼轉(zhuǎn)發(fā)和構(gòu)建激光網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展。由于激光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主要難點(diǎn)在于激光發(fā)散角小、光信號(hào)動(dòng)態(tài)接入以及受空間環(huán)境影響大等,因此構(gòu)建激光通信網(wǎng)絡(luò)時(shí),需突破“一對(duì)多”的激光通信技術(shù)難題、研究動(dòng)態(tài)路由解決接入方案、尋求激光通信和微波聯(lián)合通信體制。長春理工大學(xué)提出的采用旋轉(zhuǎn)拋物面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)光學(xué)收發(fā)天線,實(shí)現(xiàn)多顆衛(wèi)星間激光通信組網(wǎng),光學(xué)原理簡單,是探索解決這一難點(diǎn)的重大突破。
1.3.3 多用途
隨著空間激光通信技術(shù)的逐漸成熟,空間激光通信的高調(diào)制速率、遠(yuǎn)傳輸距離和低能耗的優(yōu)點(diǎn)逐漸凸顯。目前,空間激光通信技術(shù)已廣泛應(yīng)用于星間、星空、空空、空地等鏈路的寬帶數(shù)據(jù)傳輸,并逐漸向深空探測、水下和地面接入通信擴(kuò)展,用途越來越廣。
深空探測是人類對(duì)月球、遠(yuǎn)距離天體或空間開展的探測活動(dòng),是了解太陽系及宇宙,揭示宇宙起源與演變,拓展人類生存空間的必然選擇。月球探測工程的實(shí)施拉開了我國深空探測的序幕,隨后又實(shí)施了火星探測工程。水下無線光通信作為一種新興通信技術(shù),具有容量大、帶寬高、保密性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢,已成為世界大國競相發(fā)展的一項(xiàng)重要通信技術(shù)。利用可見光進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的無線光傳輸技術(shù)兼具照明、通信和控制定位等功能,易與現(xiàn)有基礎(chǔ)照明設(shè)施相融合,且符合國家節(jié)能減排的戰(zhàn)略思想,逐漸成為未來智能時(shí)代超高速泛在光聯(lián)網(wǎng)的主要寬帶傳輸方法。另外,在一些無法鋪設(shè)光纜的特殊應(yīng)用場合,如海島之間、城市樓宇間、野外復(fù)雜環(huán)境等,空間激光通信技術(shù)可起到光纖通信技術(shù)所無法替代的作用。
1.3.4 一體化
由于激光在高速通信和精密測距方面具有優(yōu)勢,近年來激光測距與通信一體化技術(shù)越來越受到重視。激光測距與通信一體化設(shè)計(jì)是以高速通信為主,兼顧精密測距,使用同一束激光和硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)測距和信息傳輸,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)同一套設(shè)備完成測距和通信的雙重功能。2013年NASA的LLCD系統(tǒng)已經(jīng)成功實(shí)施月地高速激光通信與高精度測距的在軌演示驗(yàn)證,測距精度達(dá)到3cm;2014年,北京遙測技術(shù)研究所完成了基于相干通信的測距和高速通信一體化的設(shè)計(jì);2015年,長春理工大學(xué)提出了空間目標(biāo)測距、成像、通信一體化方案,其中激光通信信標(biāo)光發(fā)射/接收和激光測距光發(fā)射/接收共用一個(gè)光學(xué)天線。
此外,激光和微波通信技術(shù)的融合,也是目前學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn),主要包括激光與微波收發(fā)融合、數(shù)據(jù)處理融合、微波信號(hào)的激光調(diào)制和產(chǎn)生等。目前,微波光子技術(shù)逐漸發(fā)展成熟,并已應(yīng)用于雷達(dá)信號(hào)的激光傳輸和處理,未來該技術(shù)也將在激光與微波融合通信系統(tǒng)中應(yīng)用。激光/微波混合傳輸?shù)闹饕枷胧峭ㄟ^在激光鏈路連接的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間建立額外的微波鏈路,在天氣惡劣的條件下使用微波鏈路進(jìn)行輔助傳輸來保障節(jié)點(diǎn)間通信不間斷。2006年,美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家進(jìn)行了空載激光/微波混合傳輸?shù)脑u(píng)估研究。研究發(fā)現(xiàn)激光鏈路受云層影響較大,主要是由于云顆粒帶來的衰減及散射,但當(dāng)微波鏈路引入后可以大幅提升整體鏈路的可用度。
通常的激光/微波混合傳輸方式為激光鏈路可以通時(shí)采用激光傳輸,無法通時(shí)改為微波鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該種方法不僅不能有效利用整體信道帶寬,在激光和微波鏈路進(jìn)行切換的過程中也容易帶來不必要的傳輸中斷。2009年弗吉尼亞大學(xué)的科學(xué)家提出了一種符號(hào)率自適應(yīng)聯(lián)合編碼方案,使得微波鏈路和激光鏈路同時(shí)高效工作。2010年馬薩諸塞大學(xué)的科學(xué)家提出了混合信道碼,通過利用非均勻碼及速率兼容LDPC碼,在提升通信容量的同時(shí)達(dá)到了電信級(jí)的可靠性(99.999%)。
二、激光通信的應(yīng)用前景
2.1 現(xiàn)狀——由于激光在大氣中傳輸?shù)募夹g(shù)尚未成熟,目前激光通信主要在星間應(yīng)用
激光通信技術(shù)的主要應(yīng)用場景有星間、星空、星地、空空、空地與地地這六大激光通信,并逐漸向深空探測、水下通信擴(kuò)展,用途越來越廣。由于激光通信鏈路具有通信速率高、方向性強(qiáng)、保密性好、組網(wǎng)靈活以及終端體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn),而且在大氣中尚未突破技術(shù)瓶頸,所以目前在星間大量使用。
星鏈計(jì)劃計(jì)劃發(fā)射42000顆衛(wèi)星,現(xiàn)已基本完成第一軌道層的組建工作。但星鏈計(jì)劃過去對(duì)激光通信不是很感興趣,只有幾十顆衛(wèi)星裝備了激光鏈路,但是國外的技術(shù)積累更多,而且激光通信優(yōu)點(diǎn)很多,是大趨勢,馬斯克也發(fā)文稱2022年發(fā)射的所有starlink衛(wèi)星都將配備激光星間鏈路。。
2017年,我國新一代高軌技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星實(shí)踐十三號(hào)搭載的激光通信終端,成功進(jìn)行了國際首次高軌衛(wèi)星對(duì)地高速激光雙向通信試驗(yàn)。LaserFleet為「行云二號(hào)」01星(武漢號(hào))和「行云二號(hào)」02星研制的低軌物聯(lián)網(wǎng)星間激光通信載荷技術(shù)得到成功驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了建鏈流程完整、遙測狀態(tài)穩(wěn)定的雙向通信。我國衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)星座實(shí)現(xiàn)了星間激光通信零的突破。
2.2 發(fā)展趨勢——激光星間鏈路仍為主要應(yīng)用場景,星地鏈路有望突破
2.2.1 星間激光鏈路是激光通信的主要應(yīng)用場景
隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,人們對(duì)空間資源的利用需求日益增加,許多國家和機(jī)構(gòu)都提出了自己的空間計(jì)劃,其中比較知名的包括已經(jīng)建成的銥星、先進(jìn)極高頻(AEHF)等空間組網(wǎng)的衛(wèi)星通信系統(tǒng),以及一網(wǎng)(OneWeb)、星鏈(Starlink)等低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座。為了維護(hù)國家安全與促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì),我國也提出了構(gòu)建天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的計(jì)劃,并取得了一系列的研究成果。
由于中美科技戰(zhàn),中國5g技術(shù)被卡脖子,中美都要在6g的研發(fā)應(yīng)用上大力發(fā)展,美國SpaceX計(jì)劃發(fā)射四萬多顆衛(wèi)星形成空間互聯(lián)網(wǎng);英國政府也收購了一網(wǎng);加拿大政府為telesat提供政策和財(cái)政支持。中國對(duì)空間互聯(lián)網(wǎng)也非常重視和支持,提出了GW計(jì)劃。
圖四:星間激光通信示意圖
(資料來源:公開資料,本翼資本整理)
(1)低軌道衛(wèi)星發(fā)展前景廣大,助力激光通信擴(kuò)大市場
衛(wèi)星根據(jù)軌道高度的不同呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。按照軌道高度,衛(wèi)星主要分為低、中、高軌三大類。從細(xì)分來看,衛(wèi)星可分為低軌道衛(wèi)星(LEO)、中軌道衛(wèi)星(MEO)、地球同步軌道衛(wèi)星(GEO)、太陽同步軌道衛(wèi)星(S)和傾斜地球軌道衛(wèi)星(IGSO)。其中,低軌衛(wèi)星擁有傳輸時(shí)延小、鏈路損耗低、發(fā)射靈活等優(yōu)勢,非常適合衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展。
表二:衛(wèi)星根據(jù)軌道高度分類呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)
(資料來源:公開資料,本翼資本整理)
以往,通信衛(wèi)星主要停留在地球同步軌道。該軌道運(yùn)行周期等于地球自轉(zhuǎn)周期,不考慮軌道攝動(dòng)時(shí),在地球同步軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星每天相同時(shí)刻經(jīng)過地球上相同地點(diǎn)的上空,對(duì)地面觀測者而言,每天相同時(shí)刻衛(wèi)星出現(xiàn)在相同的方向上,這樣它們相對(duì)于地面基站來說就是穩(wěn)定的,能夠確保提供連續(xù)服務(wù),并且軌道高度高,覆蓋范圍也廣。但地球同步軌道衛(wèi)星由于軌道資源有限,只能在一個(gè)擁擠的環(huán)境下工作。隨著地球同步軌道衛(wèi)星的增多,這條軌道已經(jīng)變得越來越擁擠。(注:兩顆衛(wèi)星之間必須保持1000公里以上的距離,以避免出現(xiàn)碰撞和干擾)。而且地球同步軌道衛(wèi)星的時(shí)延大,一般為500ms,新興低軌通信星座大都能夠?qū)崿F(xiàn)50ms以內(nèi)的時(shí)延,且低軌衛(wèi)星觀測清晰傳輸快,成本也較其他衛(wèi)星更低,發(fā)射選擇更多樣,所以低軌衛(wèi)星在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中尤為重要。
2019年和2020年全球共發(fā)射2370顆衛(wèi)星,其中1929顆都是低軌道衛(wèi)星,衛(wèi)星距離地面越近越能夠提高載光學(xué)傳感器的分辨率、輻射性能和地理空間精度,還可以減少衛(wèi)星所需的有效載荷大小,從而降低衛(wèi)星運(yùn)行成本。這也是星鏈在300多km軌道上布局7000多顆衛(wèi)星的原因(見表4)。
表三:2019-2020年衛(wèi)星發(fā)射統(tǒng)計(jì)表
(資料來源:航天愛好者網(wǎng),本翼資本整理)
(2)低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)具有緊迫性,主要在與軌道和頻譜資源的爭奪
① 低軌軌道資源未來會(huì)面臨短缺。根據(jù)測算,地球的近地軌道總共只能容納大約6萬顆衛(wèi)星。Starlink目前已經(jīng)規(guī)劃了4.2萬顆衛(wèi)星,未來將占用大量的地球極低軌道和近地軌道。Oneweb雖3月已申請(qǐng)破產(chǎn),但仍向美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)申請(qǐng)了近4.8萬顆衛(wèi)星,地球近低軌道已經(jīng)不堪重負(fù)。且在FCC的規(guī)則中,拿到衛(wèi)星許可證的廠商,需要在6年時(shí)間發(fā)射50%的獲得許可衛(wèi)星,9年時(shí)間發(fā)射全部衛(wèi)星,除非得到豁免,兩家公司的發(fā)射壓力也十分巨大。
表四:國際主要星座計(jì)劃
(資料來源:公開資料,本翼資本整理)
②頻譜爭奪:由于信號(hào)在不同頻段傳播損耗不同,因此選擇合適的信號(hào)傳輸頻率非常重要。根據(jù)國際電信聯(lián)盟制定的《無線電規(guī)則》,對(duì)信號(hào)頻率的占用采用“先到先得”的原則。通常在衛(wèi)星信號(hào)傳輸中,0.3-10GHz頻段,損耗最低,30GHz頻段附近,損耗也相對(duì)較小。
表五:衛(wèi)星頻段表
(資料來源:公開資料,本翼資本整理)
C頻段使用比較早,多用于地球靜止軌道上的衛(wèi)星通信,頻率低,增益低,但是抗干擾能力強(qiáng),比較適合對(duì)通信質(zhì)量有嚴(yán)格要求的業(yè)務(wù),比如電視、廣播數(shù)據(jù)傳輸。目前C頻段已經(jīng)飽和。
Ku頻段,頻率高,增益高,天線尺寸要求比較小,方便小型地面接收設(shè)備使用,是衛(wèi)星通信的黃金頻段,目前可用頻段資源也相對(duì)枯竭。
Ka頻段,相對(duì)Ku波段來說,雨衰會(huì)更大,但頻率更高,可用頻段帶寬也更大,適合高速衛(wèi)星通信,當(dāng)然,對(duì)信號(hào)接收器件的要求也更高。由于C頻段和Ku頻段資源日漸枯竭,所以Ka頻段近十年來發(fā)展非常迅速。而且Ka頻段在軍事方面應(yīng)用也非常廣泛。
(3)星鏈計(jì)劃與中國國網(wǎng)計(jì)劃對(duì)比
SpaceX公司已經(jīng)獲得約12000顆衛(wèi)星的發(fā)射許可,又提出申請(qǐng)要發(fā)射30000顆衛(wèi)星。截至2021年5月27日,星鏈成功發(fā)射了第28批1.0版星鏈,星鏈星座第一個(gè)軌道層已經(jīng)完成,達(dá)到1628顆衛(wèi)星。這個(gè)軌道層高度為550公里,傾角53°,由72個(gè)平面組成,總計(jì)需求1584顆衛(wèi)星(最先計(jì)劃為1440顆)。第一個(gè)軌道層衛(wèi)星完成后,將可以實(shí)現(xiàn)覆蓋南北緯52°區(qū)間區(qū)域,占全球表面積的約80%。
表六:星鏈計(jì)劃衛(wèi)星規(guī)劃
(資料來源:公開資料,本翼資本整理)
星鏈成功組網(wǎng)后,可以實(shí)時(shí)監(jiān)測全世界范圍的情況,中國組建自己的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)迫在眉睫。出于軌道與頻譜爭奪以及國家安全的考慮,中國“GW”在2020年9月份向國際電信聯(lián)盟(ITU)遞交了頻譜分配檔案。檔案中曝光了兩個(gè)名為GW-A59和GW-2的寬帶星座計(jì)劃,其計(jì)劃發(fā)射的衛(wèi)星總數(shù)量達(dá)到12992顆。根據(jù)國際電信聯(lián)盟(ITU)公開的資料信息,“GW”星座的申請(qǐng)被正式接收的日期是2020年11月9日。
“GW”星座總共包含2個(gè)子星座,軌道高度也分為兩組(見下表)。GW-A59子星座的衛(wèi)星分布在500km左右的極低軌道,GW-2子星座的衛(wèi)星分布在1145km的近地軌道。兩組衛(wèi)星的軌道傾角分布在30°-85°之間。
表七:中國GW衛(wèi)星星座計(jì)劃
(資料來源:公開資料,本翼資本整理)
通過"GW"星座與Starlink的規(guī)劃可以看出,他們有很多相似的地方。兩者衛(wèi)星數(shù)量都非常驚人,軌道高度都分為兩組,一組極低軌道,和一組近地軌道,軌道傾角也都分布在30-85°之間,兩者都是可以覆蓋全球的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。
SpaceX的“星鏈”所占用的頻率就主要分布在Ku、Ka這兩個(gè)黃金頻段上?!癎W”的這幾個(gè)傳輸頻段,分別分布在Ka頻段和V頻段上,是目前能申請(qǐng)到的相對(duì)較好的頻段,不過相對(duì)于SpaceX所占用的Ku和Ka頻段,還是有些吃虧。不過V頻段,由于具有更高的頻率,將有利于發(fā)展更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬,也許也有這方面的考慮。根據(jù)國際電信聯(lián)盟的規(guī)則,申請(qǐng)了相關(guān)頻率的單位,必須在7年內(nèi)完成衛(wèi)星發(fā)射和信號(hào)驗(yàn)證,才能真正擁有該頻率的使用權(quán)。所以“GW”星座必須在2027年11月9日之前完成以上工作。
綜上,我國幾年內(nèi)還將以“國家隊(duì)”為主布局低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng),也受軌道和頻譜的資源限制,近地軌道只能容納約6萬的衛(wèi)星,現(xiàn)已基本規(guī)劃成型。星鏈計(jì)劃和我國的“GW”星座都預(yù)計(jì)最晚2027年完成計(jì)劃,可以預(yù)測屆時(shí)地球近地軌道將有約6萬顆衛(wèi)星。
(4)得益于低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng),激光通信擁有廣闊的市場發(fā)展前景
激光通信更加安全的特性,使其更加吸引要求高數(shù)據(jù)安全性的政府和銀行等用戶。馬斯克預(yù)計(jì)2022年發(fā)射的所有starlink衛(wèi)星都將配備激光星間鏈路。除此之外,美國宇航局計(jì)劃在下個(gè)月發(fā)布一個(gè)新型激光通信系統(tǒng),該系統(tǒng)將能夠讓數(shù)據(jù)在地球和太空之間,用更快的速度傳輸。中國的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)也將激光通信作為重要的通信方式,下圖是未來地面終端+衛(wèi)星“天地一體”通信方式的示意圖,我國短期可能將會(huì)以微波+激光結(jié)合的通信方式傳輸信息,但長期隨著信息傳輸量的加大,微波由于其低帶寬、低傳輸量以及激光通信技術(shù)的不斷迭代終將被淘汰。
圖五:我國未來地面終端+衛(wèi)星“天地一體”通信方式的示意圖
(資料來源:公開資料,本翼資本整理)
除此之外,激光通信不受國際電信聯(lián)盟的監(jiān)管,可以不受限制地使用,不需要昂貴的許可證。在發(fā)射衛(wèi)星之前,如果采用射頻通信技術(shù)就必須從想要發(fā)送射頻波束的每個(gè)國家申請(qǐng)?jiān)S可證并支付與每個(gè)許可制度相關(guān)的費(fèi)用。激光通信不受國際電信聯(lián)盟的監(jiān)管,可以不受限制地使用,不需要昂貴的許可證。原因是其固有的小尺寸避免了干擾問題,并使未來不太可能進(jìn)行任何限制性監(jiān)管。因此激光通信技術(shù)在星間的應(yīng)用也會(huì)使頻譜資源的爭奪放緩,未來甚至不需再去申請(qǐng)頻譜已發(fā)射衛(wèi)星。
故此,在低軌衛(wèi)星的不斷成熟和發(fā)展下,激光通信作為衛(wèi)星間的信息傳輸方式,將發(fā)揮重要作用。
(5)微波短期仍為中高軌中繼衛(wèi)星通信主流,激光通信未來或能大量使用
中繼衛(wèi)星系統(tǒng)是指利用地球同步軌道(GEO)衛(wèi)星為高動(dòng)態(tài)、大范圍、高速率的各類低軌用戶提供數(shù)據(jù)中繼服務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),是建立天基信息網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分??臻g激光通信具有大帶寬、高速率、高保密、體積小等特點(diǎn)隨著國內(nèi)外各類天基信息系統(tǒng)的建設(shè)提速,高軌衛(wèi)星作為星間數(shù)據(jù)中繼節(jié)點(diǎn),傳輸容量需求日益增長。激光通信鏈路能夠充分滿足中繼衛(wèi)星的功能要求,是實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)中繼業(yè)務(wù)的可行途徑。
國外在軌運(yùn)行的高軌衛(wèi)星激光鏈路以ESA“歐洲數(shù)據(jù)中繼系統(tǒng)(EDRS)”為典型代表。EDRS系統(tǒng)是迄今為止唯一在軌商業(yè)化運(yùn)行的激光星間鏈路,為低軌航天器用戶提供數(shù)據(jù)中繼服務(wù)。
但高軌衛(wèi)星激光通信技術(shù)技術(shù)沒有低軌衛(wèi)星成熟,目前暫時(shí)不是國家規(guī)劃重點(diǎn),而且由于高軌衛(wèi)星本身對(duì)傳輸時(shí)效性要求不強(qiáng),微波傳輸短期內(nèi)可能不會(huì)被淘汰。所以盡管激光通信在高軌衛(wèi)星中應(yīng)用,但市場前景沒有在低軌星座中強(qiáng)。因此激光通信會(huì)更多受益于未來低軌空間互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展,會(huì)擁有更廣闊的應(yīng)用空間。
2.2.2 星地激光通信技術(shù)有望突破,星間鏈路成功建成后,地面站數(shù)量可能會(huì)減少
因還沒能突破激光在大氣中的傳播技術(shù),目前星地通信的主要傳輸方式還是微波,但國內(nèi)各個(gè)研究所都在研究激光技術(shù)的改進(jìn)方案,屆時(shí)將使星間激光通信成為可能。
但同時(shí)專家指出,若成功打通星間鏈路,地面站的建設(shè)就不需那么多;如果星間鏈路未能沒打通,可能一顆星基本就要設(shè)一顆地面站,地面站的規(guī)模反而更大。此外,地面站的建設(shè)還存在土地等資源的審批問題,建設(shè)周期也很長,所以專家預(yù)測未來可能會(huì)以少建地面站為前提將星間鏈路打通。因此星地激光鏈路的空間可能沒有想象中的大。
2.3 國網(wǎng)激光通信終端的市場規(guī)模測算
2015年,SpaceX公司提出Starlink計(jì)劃,18年發(fā)射測試衛(wèi)星。目前暫時(shí)還沒有GW關(guān)于衛(wèi)星發(fā)射的計(jì)劃,本報(bào)告同時(shí)結(jié)合星鏈?zhǔn)着渴饡r(shí)間和國際電聯(lián)的規(guī)則預(yù)測,中國國網(wǎng)可能2023年才能正式開始發(fā)射衛(wèi)星。
假設(shè):
1. 每年衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量:去年受疫情影響,星鏈計(jì)劃發(fā)射了833顆衛(wèi)星,今年星鏈5個(gè)月已經(jīng)發(fā)射了13批次1.0版星鏈,累計(jì)約673顆衛(wèi)星,按此比例,星鏈今年能發(fā)射1615顆衛(wèi)星,能夠負(fù)擔(dān)31枚火箭的產(chǎn)能。中國因需在2027年11月之前將12992顆衛(wèi)星部署完畢,時(shí)間緊迫,所以一定會(huì)以最大產(chǎn)能發(fā)射衛(wèi)星,假設(shè)國網(wǎng)能在2023年產(chǎn)能和技術(shù)水平達(dá)到現(xiàn)在星鏈的同等水平,且2035年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能增加一倍,才能在2027年之前將衛(wèi)星部署完畢。
2. 每顆衛(wèi)星上激光終端數(shù)量:一個(gè)衛(wèi)星一般有4套激光發(fā)射接收終端,有3個(gè)可能是作為備份,1個(gè)是正常使用,且隨著技術(shù)的進(jìn)步未來一個(gè)衛(wèi)星的終端數(shù)量可能是會(huì)下降的,但衛(wèi)星型號(hào)一旦定型以后,它更改的可能性不是很大。本文認(rèn)為,出于性能穩(wěn)定以及國家對(duì)成本控制要求不高的考慮,在5年內(nèi)轉(zhuǎn)變型號(hào)的可能性不大,所以預(yù)計(jì)每個(gè)衛(wèi)星會(huì)搭載4套激光終端。(但激光終端的數(shù)量應(yīng)該在2~4個(gè)左右,最大的情況是4個(gè))
3. 激光終端價(jià)格:目前中國一個(gè)激光終端的價(jià)格要在三四百萬,但隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷加大,激光終端價(jià)格也會(huì)大幅下降,后期可能會(huì)降到100多萬。所以本文假設(shè)今年一個(gè)終端的價(jià)格為350萬,可能到2030年已經(jīng)下降到300萬左右,之后每年下降,可能到2026年就可以達(dá)到預(yù)測的最低成本價(jià)150萬。
據(jù)測算到2027年,激光載荷市場規(guī)模將達(dá)到近800億。
表八:衛(wèi)星發(fā)射及近地軌道激光發(fā)射接收終端需求數(shù)量測算(單位:萬元)
(資料來源:公開資料,本翼資本整理)
2.4 案例1:Mynaric德國激光通信終端制造商
2.4.1 歷史沿革
Mynaric成立于2009年,由德國航空航天中心(DLR)的前員工創(chuàng)建,其目標(biāo)是將數(shù)十年的無線激光通信應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)商業(yè)化。
從2012年開始,Mynaric Lasercom GmbH(前Vialight Communications GmbH)與客戶合作演示空對(duì)地和空對(duì)空?qǐng)鼍?,以推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品級(jí)成熟度。從那時(shí)起,Mynaric公司迅速在機(jī)載無線激光通信領(lǐng)域建立了國際聲譽(yù),并擴(kuò)大了市場范圍,吸納了眾多世界級(jí)的客戶和供應(yīng)商。
2016年,Mynaric擴(kuò)大了業(yè)務(wù),并在北美設(shè)立了辦事處,為美國和加拿大的客戶提供服務(wù)??偛课挥诿绹啻木S爾的Mynaric USA,Inc.(前Vialight Space Inc.)為美國客戶提供特殊項(xiàng)目和必要的產(chǎn)品改進(jìn)支持。美國分部積極參與Mynaric專門為近地軌道衛(wèi)星星座開發(fā)的空間終端的開發(fā)。
2017年,Mynaric繼續(xù)其發(fā)展道路,在德國證券交易所上市,以籌集增長資本進(jìn)入批量生產(chǎn)。
2019年,Mynaric USA搬遷至洛杉磯,以便更接近美國的主要客戶。Mynaric USA的舉措還啟動(dòng)了北美主要市場的擴(kuò)張計(jì)劃,其中包括僅從美國境內(nèi)采購的電子產(chǎn)品和軟件。
2020年,CONDOR和鷹航空終端的第一批機(jī)組可供商業(yè)客戶使用。蒂娜?加塔奧雷(Tina Ghataore)出任Mynaric USA首席商務(wù)官,美國分公司在大西洋彼岸開設(shè)了新的和擴(kuò)建的設(shè)施,以監(jiān)督美國境內(nèi)采購的電子產(chǎn)品和軟件的開發(fā)。Mynaric贏得了第一份美國政府合同,并將根據(jù)與美國國防機(jī)構(gòu)的兩份合同交付CONDOR衛(wèi)星間鏈路終端的多個(gè)單元。
2.4.2 產(chǎn)品
CONDOR飛行終端:Mynaric的CONDOR飛行終端旨在將單個(gè)衛(wèi)星以及位于低地球軌道上的數(shù)百顆甚至數(shù)千顆衛(wèi)星組成的整個(gè)星座互聯(lián)互通。它能夠提供進(jìn)出地面的超高寬帶連接,它們是大規(guī)模和全球連接概念的關(guān)鍵要素,例如在地面提供互聯(lián)網(wǎng)接入的低地軌道衛(wèi)星星座和地球觀測衛(wèi)星,它們需要能夠以成本的一小部分在更短的時(shí)間內(nèi)將更多數(shù)據(jù)下游化。
圖六:Mynaric的CONDOR飛行終端
(資料來源:Mynaric官網(wǎng),本翼資本整理)
平臺(tái)間鏈接:平臺(tái)間鏈接提供了構(gòu)成高空星座的眾多無人機(jī)或氣球之間的高速連接。它們是星座的數(shù)據(jù)高速公路——所謂的“骨干”——同時(shí)處理數(shù)百到數(shù)千名最終用戶的匯總數(shù)據(jù)。在移動(dòng)的平臺(tái)上建立連接需要非常高的指向精度——相當(dāng)于擊中從一英里外從口袋里掉出來的硬幣。
圖七:Mynaric的平臺(tái)間鏈接
(資料來源:Mynaric官網(wǎng),本翼資本整理)
地面站:飛機(jī)、氣球和無人機(jī)發(fā)送的激光通信信號(hào)由緊湊的空間光學(xué)地面站接收。光學(xué)地面站非常小,可以安裝在面包車上,可以隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,甚至可以坐在建筑物屋頂上連接到現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施。
圖八:Mynaric的地面站
(資料來源:Mynaric官網(wǎng),本翼資本整理)
地面空間站:空間光學(xué)店面站接收來自地球觀測任務(wù)或衛(wèi)星星座的激光通信信號(hào),通常將其反饋給現(xiàn)有的地面網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)一步分發(fā)。他們需要在幾秒鐘內(nèi)與空間中的對(duì)應(yīng)方建立可靠的聯(lián)系,因?yàn)榈偷厍蜍壍郎系男l(wèi)星通常只能在固定位置看到幾分鐘。
圖九:Mynaric的地面空間站
(資料來源:Mynaric官網(wǎng),本翼資本整理)
2.4.3 財(cái)務(wù)情況
2020年,Mynaric報(bào)告年度收入增長52.9%,達(dá)到67.9萬歐元(上一年度:44.4萬歐元),在美國市場的收入大幅增長。該公司的訂單情況與上一年相比又有了很大改善。公司有資格獲得一定的政府補(bǔ)助金,用于資助開發(fā)活動(dòng)和解決方案方法方面的創(chuàng)新工作。2020年政府補(bǔ)助增加到29.5萬歐元(上一年度:14萬歐元)。
圖十:Mynaric利潤表
(資料來源:2020年Mynaric年報(bào),本翼資本整理)
Mynaric的CONDOR客戶將在2021年上半年收到設(shè)備,并將繼續(xù)與機(jī)載領(lǐng)域的主要客戶合作,確定激光通信在無人機(jī)上大規(guī)模使用的部署路線圖。
圖十一:Mynaric收入情況
(資料來源:2020年Mynaric年報(bào),本翼資本整理)
2021年Mynaric的生產(chǎn)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)每年三位數(shù)的產(chǎn)品產(chǎn)量。2020年已經(jīng)為實(shí)現(xiàn)2021年的生產(chǎn)目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。產(chǎn)品也將在2021年成熟,將以最快的速度改進(jìn)機(jī)載和星載終端的第一個(gè)版本。Mynaric將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向外部,致力于在大西洋兩岸開展更多的業(yè)務(wù)發(fā)展活動(dòng)和培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)。
2.5 案例2:TESAT德國激光通信終端制造商
2.5.1 歷史沿革
1971年,簽署了國際通信衛(wèi)星組織的第一個(gè)空間項(xiàng)目;
1989年,TESAT成為德國電信科珀尼庫衛(wèi)星主要承包商;
2006年:TESAT成為德國國防軍第一顆衛(wèi)星SAR-Lupe的主要供應(yīng)商;
2013年,TESAT為Alphasat提供第一個(gè)光學(xué)中繼有效載荷;
2014年,利用Alphasat建立第一個(gè)GEO-/LEO-ISL(地球同步軌道-低軌星間鏈路),距離為4萬公里;
2018年,TESAT建立了超過1萬個(gè)在太空的激光鏈接;
2019年,第一個(gè)CubeLCT生產(chǎn)、測試并交付給客戶。
2.5.2 產(chǎn)品
TESAT可以為不同的需求提供合適的激光終端。LCT135可以在高達(dá)80,000公里的距離上傳輸高達(dá)1.8 Gbps,安全、快速且完全無故障。通過這種地球靜止骨干,TESAT技術(shù)使全球數(shù)據(jù)能夠近實(shí)時(shí)傳輸。對(duì)于低地球軌道(LEO)的應(yīng)用,有SmartLCT,它可以部署在更小、更輕的衛(wèi)星上,節(jié)省巨大的重量和尺寸。SmartLCT在保持高達(dá)1.8 Gbps的高數(shù)據(jù)速率的同時(shí),在長達(dá)45,000公里的距離上傳輸數(shù)據(jù),重量僅為30公斤左右。
對(duì)于更小的衛(wèi)星,TESAT的激光組合提供TOSIRIS和CubeLCT,它們可以以10 Gbps(TOSIRIS)或100 Mbps(CubeLCT)的速度傳輸直接到地球的數(shù)據(jù)。特別令人印象深刻的是相關(guān)的體重減輕。已經(jīng)很小的TOSIRIS只有8公斤,而邊緣長度只有10厘米的CubeLCT只有360克。開創(chuàng)性的特點(diǎn)是,TESAT LCT已經(jīng)幫助將衛(wèi)星的接收能力提高高達(dá)50%,因?yàn)榭梢栽诟痰臅r(shí)間內(nèi)傳輸更多數(shù)據(jù)。這使得在短短5天內(nèi)重新記錄整個(gè)全球陸地(1.5億平方公里),同時(shí)在不到15分鐘內(nèi)將其提供。
表九:TESET產(chǎn)品特性對(duì)比
(資料來源:TESET官網(wǎng),本翼資本整理)
圖十二:TESET激光通信終端產(chǎn)品
(資料來源:TESET官網(wǎng),本翼資本整理)
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