馬斯克的星鏈與芯事：芯片如何掀起衛星互聯網革命？

星鏈出現前衛星互聯網的商業模式

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

呂和糠：第一，功能實現方面，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，主要依靠衛星實現通話，替代傳統的蜂窩網絡，但是蜂窩網絡在通話領域具有地面傳輸快、范圍廣的優勢，所以銥星一般用在海上任務等小眾通訊領域。尤其隨著流量擴大、頻道提升，衛星傳輸的距離弱勢逐漸明顯。但到了現在 4G、5G 廣域覆蓋成本越來越高，經濟效益變差，衛星互聯網的商業模式開始成型。

【資料圖】

第二，從運行的成本來看，馬斯克把整個產業做成了閉環，從發射火箭到芯片再到終端運營，馬斯克通過可回收的方式，一箭多星，壓縮發射成本，產業鏈更長；同時馬斯克降低衛星成本，不追求衛星的使用壽命，把衛星作為消費電子型的消耗品，很大程度解決了行業成本高的痛點。

第三，馬斯克經濟實力相對雄厚，能夠支撐衛星研發、火箭發射等整條產業鏈研發往前推薦，Oneweb 等，資金實力就相對差一些，整合就沒那么好。

第四，到目前，創立較早的 Oneweb 的商業模式，也在向星鏈的方向推進，但是依然沒有星鏈那么極致。

芯流智庫：為什么星鏈的發展是一種非線性的態勢？從 2015 年成立以來成果并不突出，但是 2018 年以后突然爆發，衛星研發、火箭發射速度開始變得非常快，搭載的衛星數量也從開始的兩個，變成幾十個到上百個？

呂和糠：因為最近兩年星鏈產業各方面技術逐漸成熟，所以發射能力提升。

第一，衛星發射是較長的產業鏈，馬斯克基本是自己負責星鏈的整條產業鏈，技術不斷迭代升級。發射火箭從可回收到海上可回收，從中型火箭到大型運載火箭，發射能力逐漸提升；

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

第三，衛星目前可以攜帶激光通信載荷，未來還可以增加網絡防護、電子對抗等功能，不同的載荷和衛星結合能夠實現新的功能，未來衛星是柔性化平臺的定位。

芯片在星鏈中的角色

芯流智庫：部分資料顯示衛星使用 Sparc 架構的 SoC 芯片，是太陽公司上世紀末研發的非常小眾的芯片，為什么選擇這種架構？

呂和糠：其實所有衛星芯片的嵌入式系統，基本上都是 Sparc 架構。因為 Sparc 可靠性比較強。

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

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

實現星鏈星間組網的激光通信，之前也很高成本，因為要在距離幾萬公里、幾十萬公里的兩顆星之間用一束激光對準通信，但馬斯克用了很多低成本、沒有特別復雜的芯片方案，大幅降低了成本。

芯流智庫：聽起來似乎馬斯克把衛星從傳統的高高在上的層級降低了，舉措類似消費電子化？

呂和糠：是的。美國傳統航空體系基本由國防單位負責，都是洛克希德馬丁、波音這些公司去承接任務。

馬斯克走民用路線，融入了消費電子化的思路。他造車也一樣，大家說造車貴，他就用工業級，看似降低了一些門檻，但從整體系統上來講，可靠性目前可接受。

所以，其實我們可以反思一下，在整個研制流程里面，到底什么樣的項目上才要高可靠性的標準。傳統的高軌的一顆星，當然要講萬無一失；但是中低軌衛星，就是偏消費的高值易耗品，沒必要，報廢后放到太空就可以了。

當然，馬斯克 " 消費電子化 " 做太空工業，也帶來一個問題，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鏈

芯流智庫：之前一兩年芯片短缺比較嚴重，馬斯克如何應對或者他怎樣管理芯片供應鏈？

呂和糠：第一，因為衛星整體數量比較少，所以短缺相比起車或者其他消費品來說壓力比較小。第二，在保障芯片供應鏈方面，馬斯克衛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：除了芯片外，衛星還包含很多零部件，它的衛星工廠是怎么運作的？比如流水線、工人、自動化等？

呂和糠：馬斯克在衛星生產方面借鑒了造車的思路，具有創新性。

一般來說，高軌上三顆衛星可以覆蓋全球，低軌要至少千顆衛星才能叫做一個星座，衛星數量級提升了上百倍。這種情況下，馬斯克做了很多自動化嘗試，過去衛星生產是半自動化，需要手工參與。馬斯克引入全自動化生產線，將衛星產品設計為標準的立方形，從系統層面改進生產流程，大幅降低生產成本。

芯流智庫：這種自動化程度比較高的工廠，產業鏈是否已經比較成熟？在生產自動化里，可能怎么定義生產流程是最重要的，反而其他的技術性的東西可能沒那么重要？

呂和糠：自動化肯定不是技術突破上的難度。

按馬斯克第一性原理來分析，首先馬斯克定義了大規模巨型星座，為了實現目標，最大的困難是降低成本。傳統衛星不能大規模，因為過去以安全性為主，要求保障它的可靠性，每發都能成，每顆星都能在軌運行二三十年。

但是馬斯克沒有可靠性、萬無一失的需求，他進行很多降本的嘗試，建立了自動化的工廠。過去沒有人會想把衛星生產自動化，因為如果只有一顆、兩顆、 十顆，自動化的投入產出是不成正比的。只有大規模生產，自動化的投入才有它的價值。所以馬斯克自動化生產很大程度上是因為目標決定怎么去做。

芯流智庫：星鏈的架構中有一個信關站，它會起到什么樣的作用？

呂和糠：前面幾代衛星，星與星之間的數據沒有直接聯通。但是每顆衛星收發都有不同的數據，就要通過一個地面比較大型的終端發信號，就像基站一樣，信關站把所有信息全部重新傳一遍回去，實現所有信息同步，確保每一刻數據是同步的。

后來，在異軌之間用微波的方式，同軌之間用激光的方式，實現了每顆星之間的數據互聯，減少了對信關站的需求。如此，星間通信就逐漸減少了對信關站的依賴。

芯流智庫：星間組網對星鏈能力有哪些增強？

呂和糠：衛星間信息傳播速率和實時性進一步提高了，這只是星鏈作為一個平臺的開始，星鏈平臺上可以搭載的東西將越來越多，可以實現不同的作用。

比如可以掃描，可以勘測，可以做遙感。

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

要達成這樣一個平臺需要同時具備幾個要素：首先是低成本大規模發射能力，然后是低成本衛星制造能力，最后是低成本終端部署能力。

芯流智庫：衛星網絡對傳統 GPS 有影響么？

呂和糠：未來二者將建立復合網絡，互相增強，可能不會有直接沖擊。未來低中高軌信息共享，功能可能進一步融合。

國內衛星互聯網發展

芯流智庫：我國正在針對馬斯克的星鏈推出類似的國產版本，其實我們的地面通信基礎設施可以說是領先全球的，我國發展類似衛星互聯網，主要考量是哪些因素？

呂和糠：中國 4G、5G 的建設已經領先全球，覆蓋了大概百分之三四十的國土面積，剩余部分由傳統蜂窩網絡覆蓋，經濟價值較低，但是在特定場景，比如應急通信、搶險救援等依然還是需要。包括自動駕駛的實現，可能會面臨沒有網的問題，在某些地廣人稀、沒有信號的地方需要衛星網絡來支持。未來所謂的 6G 一定是空天地一體化的通信方式。

芯流智庫：星鏈大獲成功應該是在 2019 年左右，此時我國建立起相應的計劃但是進展有限，后來原來各自努力的公司開始聯合攻關，如何看待我國星鏈經營體制的這種變化？

呂和糠：可能當時組織性還沒有那么強。當時民間、國家都有自發組織，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，是因為他先解決有無問題，再解決好壞問題。比如一開始星鏈的衛星間通信使用握手協議，是最簡單的一種通信方式，安全程度非常低，但這不妨礙星鏈隨后迅速優化迭代了很多個版本，到現在，加密通信技術已經非常成熟了。

那對我們國家最大的啟示，就是需要先解決有無，然后再不斷地去改進完善，可能這更符合衛星互聯網發展的規律。

芯流智庫：我們現在有沒有解決有無的問題？如果解決了，現在制造能力和發射能力處于和星鏈的一個什么樣的相對位置？產業鏈各環節狀況如何？

呂和糠：我們 2024 年前要發射一些新的衛星，也有招標的計劃。如果從數量來講，我們離馬斯克還有點距離。但是我們起步較晚，可以理解。

產業鏈方面，我國目前薄弱的大概有兩部分。第一部分是發射，馬斯克已經反復實現各種回收的方式，從對火箭發射回收的整套技術掌握程度來看，馬斯克的領先性還比較強。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。我國芯片成本方面優勢比較小，難度可能較大，尤其前面提到的相控陣等價格很難降下來。

芯流智庫：星鏈不像特斯拉公開很多技術和標準，它后期資料保密程度很高，對中國公司研發是較大的挑戰，我國如何實現技術上的突破？

呂和糠：新能源汽車需要和傳統汽車 PK，所以需要盟友。但是星鏈是資源排他性業務，軌道資源沒了就沒了，所以需要保密。

尾聲：總結與預測

芯流智庫：我國衛星互聯網發展將來應該怎么做？

呂和糠：第一，迅速脫離對好壞標準的討論，先進行實質性的推進，要先著手去做，不用糾結是不是思慮周全、產品準備充足了。

第二，需要產業鏈的分工以及引入更多的民營企業參與。NASA 因為引進 SpaceX 解決了成本問題。在 SpaceX 之前，美國的航天事業成本比較高，引入民營可以通過鲇魚效應降低成本。

芯流智庫：全球衛星互聯網領域，未來會呈現怎樣的行業競爭格局？

呂和糠：能做衛星互聯網的國家會很少，因為其要求幾個要素：

第一，科研能力，衛星是高技術門檻行業，中間涉及的科研內容比較多，學科分布廣、跨度大。光這一要素決定了，可能只有中、美、歐能做衛星互聯網。

第二，市場需求。衛星需要盈利，需要足夠的需求，也就是要足夠的人口。目前來看，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，現在雖然有很強的需求，但可能此時此刻付費能力還是有限的。

就像衛星導航，最后全世界導航網絡只有四套：我國的北斗、歐洲的伽利略、俄羅斯的格洛納斯、美國的 GPS。考慮到中低軌對敏捷、成本要求越來越高，可能俄羅斯競爭力會衰退，所以最后剩下就是中國一套，歐洲一套，美國一套。