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马斯克的星链与芯事：芯片如何掀起卫星互联网革命？

晰数塔互联网快讯
2023-07-11 09:26

卫星互联网成为人类梦想由来已久，从铱星到Oneweb再到现在备受关注的星链，人类从未放弃卫星互联网领域探索，尤其是近几年马斯克的“星链”计划，因其规模较大、牵涉关系复杂、推进较快，被视为卫星互联网领域的颠覆性项目。相比铱星、Oneweb，星链究竟颠覆了什么？创造了哪些卫星互联网的新范式？哪些要素是新构建出来的？

本文来自微信公众号：芯流智库（ID：xinliuzhiku），主持：杨健楷（芯流智库主编），嘉宾：吕和糠（博源资本合伙人），李乐佳整理自6月15日腾讯科技《芯事重重》专栏直播，题图来自：视觉中国

星链出现前卫星互联网的商业模式

芯流智库：星链（Starlink）之前有铱星、Oneweb等老前辈，这三代卫星之间的商业模式有何不同？

吕和糠：第一，功能实现方面，铱星主要是中高轨道，星链主要是中低轨道，铱星从功能丰富性上先天弱了一些，主要依靠卫星实现通话，替代传统的蜂窝网络，但是蜂窝网络在通话领域具有地面传输快、范围广的优势，所以铱星一般用在海上任务等小众通讯领域。尤其随着流量扩大、频道提升，卫星传输的距离弱势逐渐明显。但到了现在4G、5G广域覆盖成本越来越高，经济效益变差，卫星互联网的商业模式开始成型。

第二，从运行的成本来看，马斯克把整个产业做成了闭环，从发射火箭到芯片再到终端运营，马斯克通过可回收的方式，一箭多星，压缩发射成本，产业链更长；同时马斯克降低卫星成本，不追求卫星的使用寿命，把卫星作为消费电子型的消耗品，很大程度解决了行业成本高的痛点。

第三，马斯克经济实力相对雄厚，能够支撑卫星研发、火箭发射等整条产业链研发往前推荐，Oneweb等，资金实力就相对差一些，整合就没那么好。

第四，到目前，创立较早的Oneweb的商业模式，也在向星链的方向推进，但是依然没有星链那么极致。

芯流智库：为什么星链的发展是一种非线性的态势？从2015年成立以来成果并不突出，但是2018年以后突然爆发，卫星研发、火箭发射速度开始变得非常快，搭载的卫星数量也从开始的两个，变成几十个到上百个？

吕和糠：因为最近两年星链产业各方面技术逐渐成熟，所以发射能力提升。

第一，卫星发射是较长的产业链，马斯克基本是自己负责星链的整条产业链，技术不断迭代升级。发射火箭从可回收到海上可回收，从中型火箭到大型运载火箭，发射能力逐渐提升；

第二，卫星从立方体经历五六代到目前的球形，卫星单重从几百公斤到大几十公斤，卫星集成度、成本以及携带功能不断升级；

第三，卫星目前可以携带激光通信载荷，未来还可以增加网络防护、电子对抗等功能，不同的载荷和卫星结合能够实现新的功能，未来卫星是柔性化平台的定位。

芯片在星链中的角色

芯流智库：部分资料显示卫星使用Sparc架构的SoC芯片，是太阳公司上世纪末研发的非常小众的芯片，为什么选择这种架构？

吕和糠：其实所有卫星芯片的嵌入式系统，基本上都是Sparc架构。因为Sparc可靠性比较强。

除了主芯片之外，卫星里面其他比较重要的芯片，以前成本比较高。但是整体来讲，马斯克从芯片层面把以前非常贵的东西做成了白菜价。

比如相控阵，半导体材料原来用的是氮化镓、砷化镓，单通道成本几千美元，而一颗卫星需要相控阵天线芯片的成本就需要几千万，马斯克用硅基芯片替代，定制了收发集成度很高的芯片，使用了非常多的新技术，将成本降到了单通道几十美元的量级，是非常厉害的提升。

实现星链星间组网的激光通信，之前也很高成本，因为要在距离几万公里、几十万公里的两颗星之间用一束激光对准通信，但马斯克用了很多低成本、没有特别复杂的芯片方案，大幅降低了成本。

芯流智库：听起来似乎马斯克把卫星从传统的高高在上的层级降低了，举措类似消费电子化？

吕和糠：是的。美国传统航空体系基本由国防单位负责，都是洛克希德马丁、波音这些公司去承接任务。

马斯克走民用路线，融入了消费电子化的思路。他造车也一样，大家说造车贵，他就用工业级，看似降低了一些门槛，但从整体系统上来讲，可靠性目前可接受。

所以，其实我们可以反思一下，在整个研制流程里面，到底什么样的项目上才要高可靠性的标准。传统的高轨的一颗星，当然要讲万无一失；但是中低轨卫星，就是偏消费的高值易耗品，没必要，报废后放到太空就可以了。

当然，马斯克“消费电子化”做太空工业，也带来一个问题，就是十年后如何处理太空垃圾变成比较重要的事了。

马斯克如何管理芯片供应链

芯流智库：之前一两年芯片短缺比较严重，马斯克如何应对或者他怎样管理芯片供应链？

吕和糠：第一，因为卫星整体数量比较少，所以短缺相比起车或者其他消费品来说压力比较小。第二，在保障芯片供应链方面，马斯克卫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。

芯流智库：除了芯片外，卫星还包含很多零部件，它的卫星工厂是怎么运作的？比如流水线、工人、自动化等？

吕和糠：马斯克在卫星生产方面借鉴了造车的思路，具有创新性。

一般来说，高轨上三颗卫星可以覆盖全球，低轨要至少千颗卫星才能叫做一个星座，卫星数量级提升了上百倍。这种情况下，马斯克做了很多自动化尝试，过去卫星生产是半自动化，需要手工参与。马斯克引入全自动化生产线，将卫星产品设计为标准的立方形，从系统层面改进生产流程，大幅降低生产成本。

芯流智库：这种自动化程度比较高的工厂，产业链是否已经比较成熟？在生产自动化里，可能怎么定义生产流程是最重要的，反而其他的技术性的东西可能没那么重要？

吕和糠：自动化肯定不是技术突破上的难度。

按马斯克第一性原理来分析，首先马斯克定义了大规模巨型星座，为了实现目标，最大的困难是降低成本。传统卫星不能大规模，因为过去以安全性为主，要求保障它的可靠性，每发都能成，每颗星都能在轨运行二三十年。

但是马斯克没有可靠性、万无一失的需求，他进行很多降本的尝试，建立了自动化的工厂。过去没有人会想把卫星生产自动化，因为如果只有一颗、两颗、十颗，自动化的投入产出是不成正比的。只有大规模生产，自动化的投入才有它的价值。所以马斯克自动化生产很大程度上是因为目标决定怎么去做。

芯流智库：星链的架构中有一个信关站，它会起到什么样的作用？

吕和糠：前面几代卫星，星与星之间的数据没有直接联通。但是每颗卫星收发都有不同的数据，就要通过一个地面比较大型的终端发信号，就像基站一样，信关站把所有信息全部重新传一遍回去，实现所有信息同步，确保每一刻数据是同步的。

后来，在异轨之间用微波的方式，同轨之间用激光的方式，实现了每颗星之间的数据互联，减少了对信关站的需求。如此，星间通信就逐渐减少了对信关站的依赖。

芯流智库：星间组网对星链能力有哪些增强？

吕和糠：卫星间信息传播速率和实时性进一步提高了，这只是星链作为一个平台的开始，星链平台上可以搭载的东西将越来越多，可以实现不同的作用。

比如可以扫描，可以勘测，可以做遥感。

而且天上只有有限的轨道资源，申请后需限期尽快使用。所以，星链一旦在太空中形成一个稳固的平台，那就是垄断且排他的。

要达成这样一个平台需要同时具备几个要素：首先是低成本大规模发射能力，然后是低成本卫星制造能力，最后是低成本终端部署能力。

芯流智库：卫星网络对传统GPS有影响么？

吕和糠：未来二者将建立复合网络，互相增强，可能不会有直接冲击。未来低中高轨信息共享，功能可能进一步融合。

国内卫星互联网发展

芯流智库：我国正在针对马斯克的星链推出类似的国产版本，其实我们的地面通信基础设施可以说是领先全球的，我国发展类似卫星互联网，主要考量是哪些因素？

吕和糠：中国4G、5G的建设已经领先全球，覆盖了大概百分之三四十的国土面积，剩余部分由传统蜂窝网络覆盖，经济价值较低，但是在特定场景，比如应急通信、抢险救援等依然还是需要。包括自动驾驶的实现，可能会面临没有网的问题，在某些地广人稀、没有信号的地方需要卫星网络来支持。未来所谓的6G一定是空天地一体化的通信方式。

芯流智库：星链大获成功应该是在2019年左右，此时我国建立起相应的计划但是进展有限，后来原来各自努力的公司开始联合攻关，如何看待我国星链经营体制的这种变化？

吕和糠：可能当时组织性还没有那么强。当时民间、国家都有自发组织，但是如果想要赶超马斯克，需要全部融合在一起，专门成立央企牵头，集中力量办大事。

但是马斯克之所以能成功，是因为他先解决有无问题，再解决好坏问题。比如一开始星链的卫星间通信使用握手协议，是最简单的一种通信方式，安全程度非常低，但这不妨碍星链随后迅速优化迭代了很多个版本，到现在，加密通信技术已经非常成熟了。

那对我们国家最大的启示，就是需要先解决有无，然后再不断地去改进完善，可能这更符合卫星互联网发展的规律。

芯流智库：我们现在有没有解决有无的问题？如果解决了，现在制造能力和发射能力处于和星链的一个什么样的相对位置？产业链各环节状况如何？

吕和糠：我们2024年前要发射一些新的卫星，也有招标的计划。如果从数量来讲，我们离马斯克还有点距离。但是我们起步较晚，可以理解。

产业链方面，我国目前薄弱的大概有两部分。第一部分是发射，马斯克已经反复实现各种回收的方式，从对火箭发射回收的整套技术掌握程度来看，马斯克的领先性还比较强。第二是芯片，马斯克背后有大公司在提供低成本的成熟芯片。我国芯片成本方面优势比较小，难度可能较大，尤其前面提到的相控阵等价格很难降下来。

芯流智库：星链不像特斯拉公开很多技术和标准，它后期资料保密程度很高，对中国公司研发是较大的挑战，我国如何实现技术上的突破？

吕和糠：新能源汽车需要和传统汽车PK，所以需要盟友。但是星链是资源排他性业务，轨道资源没了就没了，所以需要保密。

尾声：总结与预测

芯流智库：我国卫星互联网发展将来应该怎么做？

吕和糠：第一，迅速脱离对好坏标准的讨论，先进行实质性的推进，要先着手去做，不用纠结是不是思虑周全、产品准备充足了。

第二，需要产业链的分工以及引入更多的民营企业参与。NASA因为引进SpaceX解决了成本问题。在SpaceX之前，美国的航天事业成本比较高，引入民营可以通过鲇鱼效应降低成本。

芯流智库：全球卫星互联网领域，未来会呈现怎样的行业竞争格局？

吕和糠：能做卫星互联网的国家会很少，因为其要求几个要素：

第一，科研能力，卫星是高技术门槛行业，中间涉及的科研内容比较多，学科分布广、跨度大。光这一要素决定了，可能只有中、美、欧能做卫星互联网。

第二，市场需求。卫星需要盈利，需要足够的需求，也就是要足够的人口。目前来看，只有中、美、欧才能有这么多人去买单、去支持。第三世界的友人，现在虽然有很强的需求，但可能此时此刻付费能力还是有限的。

就像卫星导航，最后全世界导航网络只有四套：我国的北斗、欧洲的伽利略、俄罗斯的格洛纳斯、美国的GPS。考虑到中低轨对敏捷、成本要求越来越高，可能俄罗斯竞争力会衰退，所以最后剩下就是中国一套，欧洲一套，美国一套。

本文来自微信公众号：芯流智库（ID：xinliuzhiku），主持：杨健楷（芯流智库主编），嘉宾：吕和糠（博源资本合伙人，硬科技领域资深投资人），李乐佳整理自6月15日腾讯科技《芯事重重》专栏直播