【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 陳藍(lán)】

11月10日，中國(guó)電信宣布將引入天啟低軌衛(wèi)星星座，和華為手機(jī)使用的高軌天通星座一起為消費(fèi)市場(chǎng)提供移動(dòng)終端直連衛(wèi)星的服務(wù)。在今年8月末，一夜之間，華為Mate60 Pro手機(jī)讓手機(jī)衛(wèi)星通信變得家喻戶曉，關(guān)注度陡然上升。這個(gè)新聞只是最近幾個(gè)月頻頻出現(xiàn)的手機(jī)“捅破天”的新聞中最新的一條。

羅馬不是一天建成的，手機(jī)衛(wèi)星通信當(dāng)然也不是一夜間從天上掉下來(lái)的。移動(dòng)衛(wèi)星通信已經(jīng)過40多年的發(fā)展，普通手機(jī)直連衛(wèi)星只是實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想的最后一程，難度最大、門檻最高，但通過幾代人的不懈努力，現(xiàn)在終成現(xiàn)實(shí)。

接下來(lái)，我們就對(duì)移動(dòng)衛(wèi)星通信的發(fā)展做一個(gè)全面的回顧和展望，了解一下羅馬是怎樣建成的。希望能從更廣的視野和更高的高度，去理解這一系列事件的歷史意義。

衛(wèi)星通信：從科幻到現(xiàn)實(shí)

人類長(zhǎng)久以來(lái)一直有一個(gè)夢(mèng)想，就是地球上任何一個(gè)人，在世界任何一個(gè)角落，用一臺(tái)輕便的手持設(shè)備，就能隨時(shí)隨地和世界上另一個(gè)角落的另一個(gè)人進(jìn)行通話。上個(gè)世紀(jì)，美、中、蘇的科學(xué)幻想作品中都出現(xiàn)過這樣的場(chǎng)景（下圖）。

上世紀(jì)移動(dòng)通信幻想作品（圖源：互聯(lián)網(wǎng)）

今天，地球上幾乎所有人都有手機(jī)（愛立信統(tǒng)計(jì)，2023年二季度全球手機(jī)用戶數(shù)83億，超過80億地球人口），可以隨時(shí)隨地呼叫另一個(gè)擁有手機(jī)的人。在沒有手機(jī)信號(hào)的野外和海洋，人們可以用專用的衛(wèi)星手機(jī)進(jìn)行通話，用便攜設(shè)備上網(wǎng)。不知其數(shù)的飛機(jī)、船舶、車輛和其他移動(dòng)設(shè)備接入了衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)。

華為Mate 60 Pro手機(jī)的橫空出世，則開啟了將衛(wèi)星電話普及到每一個(gè)人的歷史進(jìn)程。相信用不了多少年，人人都將獲得直連衛(wèi)星的能力，上述夢(mèng)想將完全實(shí)現(xiàn)。

那么，這一切是從哪里開始的呢？

衛(wèi)星通信的概念最早由著名科幻作家阿瑟·克拉克于1945年提出。他設(shè)想通過三顆位于3.6萬(wàn)公里高的地球同步軌道、電磁波覆蓋全球的衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)中繼。

1960年，美國(guó)發(fā)射世界上第一顆無(wú)源（被動(dòng)）通信衛(wèi)星“回聲一號(hào)”。這是一顆直徑30米的氣球衛(wèi)星，通過反射電磁波實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。1962年，有源通信衛(wèi)星“電星一號(hào)”發(fā)射并成功進(jìn)行了電視轉(zhuǎn)播實(shí)驗(yàn)。1963年，第一顆地球同步軌道通信衛(wèi)星“辛康二號(hào)”成功入軌。1964年，“辛康三號(hào)”商業(yè)通信衛(wèi)星成功轉(zhuǎn)播了東京奧運(yùn)會(huì)。

此后，國(guó)際通信衛(wèi)星組織（Intelsat）和各大商業(yè)衛(wèi)星公司的實(shí)用型同步通信衛(wèi)星陸續(xù)發(fā)射。世界進(jìn)入衛(wèi)星通信時(shí)代，克拉克的設(shè)想基本得以實(shí)現(xiàn)。

回聲一號(hào)（圖源：NASA）

電星一號(hào)（圖源：NASA）

這些同步通信衛(wèi)星都需要地面上龐大的拋物面天線來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的收發(fā)，大多用于遠(yuǎn)程通信干線上，尤其是跨洋干線上。隨著技術(shù)進(jìn)步，天線尺寸不斷縮小。VSAT（甚小口徑衛(wèi)星終端站）系統(tǒng)天線可小至1-2米，尤其適合偏遠(yuǎn)地區(qū)接入和專用網(wǎng)（如證券系統(tǒng)）。上世紀(jì)末出現(xiàn)的電視直播衛(wèi)星則可以直接廣播信號(hào)到個(gè)人終端，天線直徑小至0.3米。

不過，這和隨時(shí)隨地通信的目標(biāo)仍有很大差距。無(wú)論是歷經(jīng)百多年建設(shè)的有線通信網(wǎng)絡(luò)，還是最近三十年發(fā)展迅猛的手機(jī)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，都只能覆蓋占地球表面小部分的有人區(qū)域，大片海洋、森林和荒漠仍是信號(hào)空白。移動(dòng)衛(wèi)星通信有著廣泛需求，比如航空、航海、漁業(yè)、林業(yè)、畜牧、勘探、考古、科考、救災(zāi)、探險(xiǎn)旅游等等。

為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)衛(wèi)星通信這個(gè)夢(mèng)想，人類大概用了40年。

單向廣播：細(xì)分市場(chǎng)的突破

歷史上最早嘗試衛(wèi)星移動(dòng)通信的應(yīng)用領(lǐng)域是應(yīng)急報(bào)警。1979年，由前蘇聯(lián)和西方（加拿大、法國(guó)、美國(guó)）開發(fā)的兩個(gè)系統(tǒng)合并成為全球性衛(wèi)星搜救系統(tǒng)COSPAS-SARSAT（可簡(jiǎn)稱SAR系統(tǒng)）。它是一種單向通信系統(tǒng)，終端（信標(biāo)）分為個(gè)人、航空器、船舶三種，由人工或者由遇險(xiǎn)時(shí)的撞擊、水浸自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警廣播。搭載于數(shù)十顆低、中、高軌衛(wèi)星上的SAR搜救載荷收到報(bào)警后進(jìn)行定位并轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)至就近地面站，再通知搜救機(jī)構(gòu)實(shí)施救援。

中低軌SAR載荷可通過多普勒原理實(shí)現(xiàn)信標(biāo)定位。早期使用121.5/243Mhz模擬信號(hào)，定位精度20公里，已被淘汰；后期406Mhz數(shù)字信號(hào)定位精度達(dá)3公里。高軌無(wú)法實(shí)現(xiàn)多普勒定位，需要信標(biāo)自主GPS定位并廣播位置信息。

1982年6月29日，首顆攜帶低軌搜救載荷的宇宙1383號(hào)衛(wèi)星在蘇聯(lián)成功發(fā)射。發(fā)射僅僅40天后，衛(wèi)星就收到一架失事的加拿大搜救飛機(jī)發(fā)出的求救信號(hào)。根據(jù)衛(wèi)星定位指引，搜救隊(duì)在第二天救出了三名遇險(xiǎn)者。截至2021年底，這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)接受17663次求救，拯救了57413名遇險(xiǎn)人員。

各種SAR個(gè)人終端/信標(biāo)（PLB）（圖源：互聯(lián)網(wǎng)）

中國(guó)于1992年加入COSPAS-SARSAT組織。此后建設(shè)的中國(guó)任務(wù)控制中心（北京地面站）于1998年通過入網(wǎng)測(cè)試后投入使用。2022年11月，中國(guó)與COSPAS-SARSAT四個(gè)理事國(guó)簽署協(xié)議，北斗系統(tǒng)正式加入國(guó)際中軌衛(wèi)星搜救系統(tǒng)。北斗三號(hào)6顆中軌衛(wèi)星上安裝的搜救載荷將和GPS、Glonass及伽利略衛(wèi)星上的SAR載荷共同為全球用戶提供服務(wù)。

進(jìn)入新世紀(jì)，銥星（Iridium）、全球星（GlobalStar）和海事星（Inmarsat）等均推出了商業(yè)衛(wèi)星搜救服務(wù)。它們的衛(wèi)星能接收便攜式搜救終端發(fā)送的單向應(yīng)急信號(hào)。2022年9月，蘋果公司發(fā)布iPhone 14，依托全球星系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星SOS求救功能。它僅次于稍早發(fā)布的華為Mate 50，是世界上第二款支持衛(wèi)星通信的普通手機(jī)。

據(jù)稱，谷歌在安卓14中也增加了單向SOS短信功能，猜測(cè)它的Pixel手機(jī)和三星Galaxy手機(jī)將是首批支持衛(wèi)星通信的安卓手機(jī)。不過，無(wú)論是蘋果，還是谷歌三星，單向短信已經(jīng)無(wú)法引起用戶和市場(chǎng)的興趣，更談不上驚艷了。