為什么中國一定要發(fā)展“星鏈”？

3月3日，由埃隆·馬斯克創(chuàng)立的美國太空探索技術公司SpaceX 再發(fā)射47顆星鏈Starlink衛(wèi)星。在俄烏問題中，馬斯克響應烏克蘭要求，用“星鏈”（Starlink）支持在烏啟動衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務。

實際上，不僅包括馬斯克的SpaceX星鏈計劃，英國通信公司Oneweb、亞馬遜Kuiper、加拿大Telesat、波音等選手相繼規(guī)劃了衛(wèi)星發(fā)射計劃。若這些方案得以實施，未來五年內(nèi)將有 20000 余顆低軌衛(wèi)星進入太空。

星鏈——低軌衛(wèi)星組網(wǎng)

低軌衛(wèi)星是人造地球衛(wèi)星的一種，是環(huán)繞地球運行的無人航天器，傳輸信號通過無線電傳播。

低軌衛(wèi)星組網(wǎng)相對傳統(tǒng)的高軌衛(wèi)星有著成本低、時延短、損耗小的優(yōu)勢，而其覆蓋范圍和建設效率遠遠大于地面5G通信基站，可替代GPS的穩(wěn)健且精確的導航。

如果某天GPS系統(tǒng)出現(xiàn)故障或遭到攻擊，給全球諸多重要業(yè)務帶來災難性的中斷，那么許多國家一天的損失將超過10億美元。

但是如果利用數(shù)目眾多、離家更近的近地軌道衛(wèi)星，不但可以實現(xiàn)50毫秒以內(nèi)的延時，接近地面光纖網(wǎng)絡速度，還可以精準定位。

馬斯克的“星鏈”，就是三層衛(wèi)星網(wǎng)絡分別位于距離地面340千米、550千米和1150千米的軌道上，最終使所有衛(wèi)星聯(lián)成一個巨大“星座”，提供覆蓋整個地球（包括南北極）的全天候、高速率、低成本的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務。換言之，就連極地、沙漠、大洋、島嶼等偏遠地區(qū)也能擁有穩(wěn)定的網(wǎng)絡。

衛(wèi)星通信比地面通信開啟的時間更早，在美國1963年發(fā)射第一顆GEO通信衛(wèi)星syncom-3時就開啟了衛(wèi)星通信的第一次試驗。

發(fā)射衛(wèi)星需要占據(jù)大量軌道資源，然而低軌的軌道資源有限，國際上依照“先占先得”原則，先發(fā)者將占據(jù)大量軌道資源，每個競爭者都明白：必須要比對手行動得更快，才能占領最理想的軌道平面。

當天上的衛(wèi)星足夠多后，原本隨意發(fā)射航天器的太空將縮小成為窗口，發(fā)射的時間和地點都將成為一種有限的資源，后發(fā)國家想將航天器發(fā)射上太空將更加困難。

所以中國更需要在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)力研究。在兩會期間，全國政協(xié)委員、北京航空航天大學教授張濤表示，要建設高中低軌衛(wèi)星協(xié)同組網(wǎng)、天地網(wǎng)絡深度融合、空天地海一體化的網(wǎng)絡，盡快盡早布局中國版“星鏈”衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。

為何要加強中國版“星鏈”？

對于為什么低軌衛(wèi)星會興起，清華大學陳山枝教授表示，一是衛(wèi)星發(fā)射技術進步；二是通信技術進步；三是衛(wèi)星制造技術的進步、材料、電源及加工技術的進步；四是集成電路技術的進步。

衛(wèi)星是將地面鐵塔平臺上的基站搬到空中的衛(wèi)星平臺。

從通訊角度看，下一代面向消費者的高端手機，將可能具備衛(wèi)星通訊的功能——通過支持衛(wèi)星通訊的公司。另外，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，由“人與人”的連接，升級為“人與人、人與物、物與物”的全空間連接。

從防御性來看，“星鏈”很難和軍事用途做分割。星鏈計劃在戰(zhàn)場上還可以對目標進行長時間觀察，能夠實時通過高精度畫面直接將信息傳輸給指揮所，可以對導彈進行實時控制，直到完成精確打擊。也就是說，依賴星鏈衛(wèi)星的導彈造價會大大降低。

美軍指揮官James Dickinson認為：“大型衛(wèi)星群或這種擴散式架構，戰(zhàn)場能提供更大容錯空間和帶寬流量，因此美國政府也在思考如何戰(zhàn)時將民間低軌衛(wèi)星納入軍事應用。”

中國在這場空間資源競爭和6G時代中需要占據(jù)主動。

各國發(fā)展“星鏈”對哪些半導體產(chǎn)業(yè)鏈有影響 ？

衛(wèi)星的制造、發(fā)射、通信、導航，都需要關鍵的芯片技術參與。

低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)構造出了一個上下游緊密關聯(lián)的產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)鏈的上游主要是電器元件及材料、燃料廠商，產(chǎn)業(yè)鏈的下游主要是企業(yè)、政府、高校、軍隊以及個人等終端用戶，產(chǎn)業(yè)鏈的中游主要分為衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、地面設備制造和衛(wèi)星運營及服務四個環(huán)節(jié)。

地面設備業(yè)和衛(wèi)星制造業(yè)中，核心包含FPGA、功率放大器，基帶，射頻，DSP，陀螺儀，角加速度傳感器，SOC等，疊加商用芯片低成本小體積高質量需求，可見芯片作為關鍵一環(huán)技術不斷演進助力商用衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

與傳統(tǒng)衛(wèi)星不同，商用衛(wèi)星更強調商用性，追求更低廉的發(fā)射成本、更小的芯片尺寸、更高的芯片質量。以FPGA芯片為例，F(xiàn)PGA可以實現(xiàn)小衛(wèi)星在軌功能重構與更新。

紫光國微在集成電路的主要領域包括：智能安全芯片業(yè)務、特種集成電路業(yè)務、FPGA 業(yè)務和半導體功率器件業(yè)務。其中，特種集成電路持續(xù)深耕產(chǎn)業(yè)鏈，公司 2021 上半年特種集成電路營收達 13.70 億，同比增長 69.91%。

復旦微在國內(nèi)最早推出億門級FPGA。億門級 FPGA 基于 28nm 工藝制程，PSoC 采用 28nm 工藝制程，目前已經(jīng)研發(fā)成功，內(nèi)嵌大容量 eFPGA 模塊，并配置 APU 和多個 AI 加速引擎，可廣泛用于高速通信、信號處理、圖像處理、工業(yè)控制等應用領域。

振芯科技，AD/DA、基帶芯片企業(yè)，傳統(tǒng)衛(wèi)星通信設備、北斗設備供應商。產(chǎn)品覆蓋北斗導航全產(chǎn)業(yè)鏈及自主高端元器件領域，目前主營業(yè)務為北斗芯片設計及終端集成、北斗服務運營、電子元器件設計、安防監(jiān)控四大板塊,在北斗芯片及電子元器件領域公司擁有核心技術,且國內(nèi)率先研制出自主北斗射頻、基帶芯片及高性能DDS器件。

華力創(chuàng)通，先后參與完成了北斗導航、天通衛(wèi)星通信等國家重點專項任務，組織開展了國產(chǎn)飛機衛(wèi)星導航、衛(wèi)星通信機載設備的研制。其研發(fā)的衛(wèi)星移動通信系列芯片采用SOC架構，采用先進的工藝設計，具有低功耗、集成度高、功能組件全的特點。芯片集成天通衛(wèi)星移動通信、北斗/GPS定位為一體，實現(xiàn)通信和導航一體化設計。

宇航級芯片

航天器上使用的芯片，被喻為‘衛(wèi)星大腦’，要經(jīng)受太空嚴酷環(huán)境的考驗。

包括衛(wèi)星、航天飛機、空間站等在內(nèi)，游弋在太空中的各種人造飛行器，其內(nèi)部都含有各類芯片、器件、板卡等大量電子設備。

由于在太空中，存在著大量的高能粒子和宇宙射線。這些粒子和射線會產(chǎn)生輻射效應，嚴重影響芯片工作。因此，宇航級芯片的技術標準遠在軍工級之上。而目前市場中能夠流動的都是消費級芯片，宇宙級芯片早已被西方禁用。

并且，宇航級芯片在生產(chǎn)過程中，要使用特殊的晶圓制造、加固、封裝等工藝來達到嚴苛的設計標準。

因此，宇宙級航天芯片只能依靠中國制造。

2021年9月，我國首款宇航級存儲控制器芯片正式發(fā)布。該芯片由西安艾可薩科技有限公司（EXA Tech）與西安微電子技術研究所合作設計、自主研發(fā)，采用宇航級SSD存儲控制器芯片框架結構，具有多接口、抗輻照、高可靠等優(yōu)勢，適用于宇航任務中高可靠、大容量數(shù)據(jù)的存儲應用，為航天器提供智能信息系統(tǒng)提供解決方案，努力構建太空數(shù)據(jù)中心。

康拓紅外也在投資者平臺表示，公司宇航級芯片已在低軌移動衛(wèi)星領域取得應用。

化合物半導體

化合物半導體在低軌道衛(wèi)星供應鏈中含金量較高，以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）等化合物為代表的化合物半導體材料，使半導體材料進入光電子領域，主要用于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器件，也是制作高性能微波、毫米波器件的優(yōu)良材料，廣泛應用在微波通信、光通信、衛(wèi)星通信、光電器件、激光器和衛(wèi)星導航等領域。

國內(nèi)具備一定的化合物半導體技術和產(chǎn)業(yè)儲備。中科院、中電科下屬研究所依托軍工等市場積累了技術和人才，通過技術轉化成立了中科晶電、海威華芯等企業(yè)，并且在基站用GaN射頻器件領域具有技術領先性。

國內(nèi)現(xiàn)有中電科13所、55所的軍品生產(chǎn)線，中科院半導體所等研究機構的科研線，以及三安集成、海威華芯、能訊半導體等民品生產(chǎn)線。

毫米波芯片

衛(wèi)星通信主要是基于毫米波通信頻段，其通信的核心是毫米波通信組件及芯片。

毫米波芯片技術升級有效提高衛(wèi)星集成度。衛(wèi)星通信要實現(xiàn)在低軌毫米波傳輸，并使得到達地面的波束擁有更高的增益，必須使用相控陣技術，主要通過控制發(fā)射波束的方式來集中能量，降低在大氣傳輸過程中的損耗。

去年2月，中國電科38所發(fā)布了一款高性能77兆赫茲毫米波芯片及模組，在國際上首次實現(xiàn)兩顆3發(fā)4收毫米波芯片及10路毫米波天線單封裝集成，探測距離達38.5米，刷新了當前全球毫米波封裝天線最遠探測距離的紀錄。

該領域中電科旗下研究所實力較強，民營企業(yè)中和而泰子公司鋮昌科技的毫米波技術有一定稀缺性，中長期將受益低軌衛(wèi)星建設。

中國雖遲但到

我國多個國家隊也早已制定了類似的“星鏈”計劃，就在馬斯克推出星鏈計劃的2015年，中國航天科技和中國航天科工兩大集團也相繼拋出了自己的低軌通信項目“鴻雁”星座系統(tǒng)和“虹云工程”。

前者由300顆低軌道小衛(wèi)星集結而成，后者由156 顆低軌衛(wèi)星聯(lián)袂構圖，兩個系統(tǒng)計劃將于2023年建設完成；另外，我國還有“銀河Galaxy”計劃，該計劃由民營企業(yè)推動，總共發(fā)射2800顆低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星。作為未來搶占衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)陣地的戰(zhàn)略之舉，中國已向ITU提交了包含建設兩個“國網(wǎng)系統(tǒng)”(GW)的低軌道星座與頻譜申請，總共可布局衛(wèi)星總量12992顆。

從2000年中國建成北斗一號系統(tǒng)，到今年6月預計完成萬眾矚目的北斗三號系統(tǒng)，我們花了20年時間打造出我國完全自主可控的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)，而美國的GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)交付運營是在1994年。

在低軌道衛(wèi)星的布局上，中國正奮勇向前。