中国商业航天全景图:高频发射、智能升级与“永不失联”的未来

资讯 » 科技探索 2025-06-30

作者 | 刘卓然

2025年6月6日凌晨,陕西西安的多位市民捕捉到了震撼人心的一幕:一个“不明飞行物”拖着蝌蚪状的长长尾迹,自地平线左侧斜向划过夜空,飞越西安古城墙。其飞行过程中,还出现了令人惊奇的二次喷射加速现象。大约一分钟后,这个“不明飞行物”消失在深邃的天幕中。在千年古都飞檐斗拱的映衬下,整个景象更添几分穿越时空的科幻色彩,恍如古老文明与未知未来在这一刻完成了跨越千年的无声对视。

当网友热议“外星人降临”时,官方揭秘这是中国航天发射带来的“暮光效应”。6月6日,长征六号改火箭在太原发射,西安市民目睹的“蝌蚪状拖尾”和“二次喷射”现象,实为火箭尾迹云及助推器分离产生的视觉特征。

这个被称为航天“顶级彩蛋”的壮观光学现象,其形成条件极为苛刻:必须在晨昏时分发射,大气层状态恰到好处,且观测位置精准匹配。此时,火箭尾气中的颗粒物在高空凝结成细小冰晶云,如同无数棱镜,散射尚未直射地面的阳光,最终在地平线上方形成横贯天际的绚烂发光带。

本文将通过详细解读中国航天领域的诸多亮点,包括航天发射频次的跨越式增长、民营航天企业的崛起、火箭的数字化智能化转型,以及卫星互联网的建设等内容,探索航天领域的辉煌成就,以及这些成就如何为未来带来无限可能性。

从罕见奇观到“新常态”

发射频次跨越式增长

我国公众首次大规模观测到“暮光效应”是在2019年,此后目击记录便开始增多。这种变化的背后,正是高频次航天发射逐渐成为我国“新常态”的真实写照。

回溯2014年,我国全年火箭发射次数为16次;而五年后的2019年,这一数字实现了翻倍,达到34次,并伴随着首次 “暮光效应”观测。时间来到2024年,我国航天发射频次在2019年的基础上再次实现翻倍,达到了68次。

未来,随着我国火箭发射任务持续增加,公众邂逅“暮光效应”这一天空奇观的机会也将大幅提升。可以预见,终有一天,“暮光效应”也将从罕见的“彩蛋”,演变为中国天空中的“新常态”。

深入分析2024年的六十八次发射任务,中国航天科技集团有限公司以五十一发的骄人成绩独占鳌头,占比高达75%,充分彰显了其在我国航天发射领域的核心地位与主导作用。中国航天科工集团有限公司完成了五次发射,占比7.35%。民营航天企业表现同样亮眼,全年共执行了十二次发射任务,占比17.65%。

其中,多家商业航天公司的实力正不断增强。值得注意的是,数家商业火箭企业计划在2025年实现10吨以上大运载能力的液体火箭首飞。

根据预测,2025年商业火箭企业预计将执行至少二十次发射任务,约占全年总发射计划的20%。民营航天力量正稳步崛起,逐渐发展成为中国航天不可或缺的重要组成部分。

数字化智能化

重塑火箭全生命周期

近年来,数字化与智能化浪潮已深度渗透至火箭研发、制造、测试、发射与管理的全产业链条,“智慧火箭”的概念正日益成为行业共识与发展方向。

在火箭的研制阶段,全三维数字化设计与仿真平台的应用已成为核心手段。工程师们在此平台上进行高度协同的设计工作,深度融合弹道学、结构力学、流体力学、热力学等多学科专业知识,构建起多层次、高精度的三维数字化模型。

通过仿真技术,可以快速迭代优化设计方案,使之精准匹配特定任务需求。同时,结合覆盖全生命周期的信息管理平台,实现了从产品设计、生产制造、交付验收、总装集成到测试发射等各个环节的数字化信息无缝传递与全过程精细管控。这套体系显著提升了火箭研制效率,据测算可将研制周期缩短约30%。

未来,随着量子计算技术的突破性进展,其在流体动力学仿真、气动外形优化设计、热传导仿真等复杂多物理场模拟与优化设计领域展现巨大潜力。量子计算有望显著提升相关复杂问题的求解效率与精度,甚至可能发展成为火箭研发领域的“量子风洞”,从而大幅降低设计成本并进一步缩短研发周期。

在火箭的制造装配阶段,智能化转型同样深入。通过建立包含厂房结构、地面设施、大型起吊设备等在内的三维制造资源模型,首先实现了生产环境的全面数字化。随后,将已构建好的各部件装配工艺模型精准“放置”于虚拟厂房环境中,结合重载AGV(自动导引运输车)、高精度工业机器人等先进的智能设备,装配操作变得如同拼装积木般直观和高效。

在装配流程中,火箭上的每一个关键零部件都被赋予独特的数字标识,实现了型号内部数据的贯通与互联。通过扫描产品的标识编码,即可自动获取其原材料批次、加工参数、检验信息等全维度数据,在实现智能化管理的同时,持续积累宝贵的生产大数据。

未来,火箭上的重要单机设备、核心零部组件将实现全寿命周期关键技术指标数据与质量信息的实时信息化采集。基于对这些海量数据的深度分析与智能应用,最终可实现全流程基于大数据分析的过程精细化控制,确保生产过程数据的100%可量化、可追溯、可分析,为质量提升和持续改进提供坚实支撑。

随着计算能力、高性能传感器、人工智能算法以及高速通信技术的飞速发展和深度融合,火箭自身也将逐步迈入“航天智能”的新纪元,具备“边飞边学”与“终身学习”的颠覆性能力。

“边飞边学”是指火箭能够在实际飞行过程中,通过智能算法实时学习和应对外界环境的动态变化与干扰影响。它充分利用自身状态感知数据和环境探测信息,在飞行中实时完成本体特性与环境参数的在线辨识、飞行能力的在线评估与任务规划的动态调整、控制系统策略的在线重构等复杂任务,从而具备个体强适应、任务快响应、飞行自学习的鲜明特征。

“终身学习”则是指火箭能够充分利用其全生命周期(涵盖设计、制造、测试、发射、飞行、回收复用等所有阶段)积累的海量数据,不断进行智能建模、模型修正、飞行方案优化以及控制参数调优等。通过这种持续的自我学习和迭代优化,实现知识的深度挖掘与高效应用、智能化的决策支持与评估,最终具备“一次设计优化延伸覆盖全生命周期”、“可重复使用能力持续提升”、“控制系统性能迭代进化”的卓越特征。

未来,随着火箭可重复使用技术的成熟以及“航天智能”的深度发展,火箭将有望像智能汽车一样,实现真正意义上的“智能驾驶”。而火箭发射数量的持续增长以及整个航天产业链数字化与智能化水平的全面提升,必将为产业链上的所有参与者带来全新的、广阔的发展机遇与市场空间。

卫星互联网

连接万物的天基网络

6月6日凌晨成功发射的长征六号改运载火箭,除了为公众奉上了一场绚丽的视觉盛宴外,其肩负的使命——将卫星互联网低轨04组卫星精准送入预定轨道——更将深刻影响我们每个人的日常生活。此次发射是中国卫星网络集团有限公司(简称“中国星网”)建设“国网(GW)星座”的第四次批量组网发射。回顾其建设历程:

2024年12月16日

GW星座以“一箭10星”方式完成首批组网卫星发射,迈出关键第一步;

2025年2月11日

卫星互联网低轨02组卫星成功发射;

2025年4月29日

卫星互联网低轨02组卫星成功发射;

从这一紧凑的时间线可以清晰看出,中国星网GW星座的发射部署频率正在显著加快。特别是最近两次发射任务(从4月29日到6月6日),间隔仅不到一个半月,节奏之快前所未有。

GW星座是我国首个国家级巨型卫星互联网工程,也是我国首个瞄准空天一体化的6G互联网基础计划。该星座体系包含两个精心设计的子星座:GW-A59子星座和GW-A2子星座,共同编织一张覆盖全球的互联网卫星网络。整个GW星座规划发射卫星总数高达12992颗,其中GW-A59子星座6080颗卫星,部署在500公里以下的极低地球轨道(VLEO);GW-A2子星座6912颗卫星,部署在1145公里的近地轨道(LEO)。

卫星互联网,是基于先进卫星通信技术构建、旨在提供互联网接入服务的全球性通信基础设施系统。它是由分布在不同轨道高度和倾角的大量空间节点(即卫星),通过星间激光链路或微波链路相互连接,并经由地面信关站与地面互联网骨干网相连,从而形成的庞大网络。

该系统深度融合了地面移动通信网络和互联网技术,以互联网协议为基石,构建起“空-天-地”一体化的泛在组网互联体系,旨在为用户提供无处不在的互联网接入服务。借助卫星互联网,用户将能在全球绝大多数区域(包括海洋、沙漠、极地、偏远山区等传统网络盲区)实现便捷、可靠的网络连接。

随着万物互联时代的全面到来,卫星互联网的战略重要性日益凸显。其覆盖范围远超依赖地面基站的传统互联网,能有效弥补地面移动通信服务的覆盖盲区和能力短板。

卫星互联网被誉为“下一代互联网”的重要支柱,它将使信息传递更通畅、更高速,让高速网络覆盖至更广阔的地理环境,在解决偏远及欠发达地区网络覆盖、保障应急救灾通信生命线、促进区域经济均衡发展等方面具有不可替代的战略意义。

目前广泛应用的4G、5G移动通信主要依赖密集部署的地面基站与终端设备进行无线连接。然而,在人口稀少、地形复杂或基础设施薄弱的地区,传统通信基站的建设和维护成本高昂、难度巨大,导致网络覆盖严重不足。而通过部署由成千上万颗低轨道卫星组成的庞大星座,卫星互联网不仅能高效解决偏远地区的上网难题,更能为航空、航海、远洋作业、野外勘探、应急救援、物联网等关键领域提供强大、稳定、全球覆盖的通信保障。

在降低通信延迟方面

卫星互联网通过大量部署距地表更近的低轨卫星(LEO/VLEO),显著缩短了信号在用户与卫星之间、卫星与地面站之间以及卫星与卫星之间的传输路径和时间,从而提供远优于传统高轨卫星(GEO)的低时延体验。

在通信能力方面

现代卫星互联网普遍采用高通量卫星(HTS)技术,通过利用更高频段(如Ka/Ku波段)、多点波束成形技术以及高效的频率复用技术,大幅提升了单颗卫星的通信容量和效率,能够提供相当于传统通信卫星数十倍甚至上百倍的通信能力。

这种强大的通信能力,将为虚拟现实(VR)/增强现实(AR)、高级自动驾驶、大规模无人装备集群、实时高清遥感等对网络带宽和时延要求极高的新兴产业提供强有力的基础网络支撑。例如,自动驾驶汽车在高速行驶中,可通过低延迟、高可靠的卫星互联网,实时获取前方数十公里范围的道路拥堵、事故预警等动态信息,并据此迅速、智能地调整最优行驶路线,有效规避交通堵塞。

当前,中国已有多个卫星星座计划相继启动,其中的中国星网“GW星座”、上海垣信卫星科技有限公司的“千帆星座”等,均是规划发射卫星数量超万颗的巨型星座计划。这些星座计划往往建设周期长达十年甚至更久,其对整个卫星产业链的拉动效应将极其显著,覆盖星载高性能计算与存储单元、先进相控阵天线系统、高速激光通信终端、高分辨率光学/多光谱遥感载荷、精密传感器、高效电推进/化学推进系统、高能量密度长寿命电池储能技术等核心部件领域。同时,如此庞大的卫星部署计划,也必然带来对运载火箭发射能力的巨大需求。

终端挑战与突破

通向“永不失联”的钥匙

卫星互联网最终落地服务于广大用户,离不开高效、便捷的地面接收终端,尤其是移动终端的支持。

传统的卫星固定接收终端通常配备大型机械抛物面天线来捕获信号,但这种技术方案体积庞大、指向复杂,完全无法适用于智能手机、车载设备、船载系统、机载终端等移动应用场景。行业已形成明确共识:具备波束快速电子扫描(无需机械旋转)、多目标跟踪等优势的相控阵天线技术,是适配高速移动、多星切换的低轨卫星互联网终端的最佳技术路线。

然而,当前面临的严峻挑战在于,现有相控阵天线方案普遍存在体积重量较大、功耗较高、成本昂贵等问题,暂时难以满足消费级移动终端对小型化、轻量化、低功耗和低成本的要求。因此,在未来一段时间内,研发满足轻量化、低功耗、低成本、多频段兼容等核心要求的先进相控阵天线终端,将成为产业链上下游共同攻关的主要方向。

同时,为了实现真正无缝的“空天地一体化”网络融合,终端设备必须具备强大的多模态网络智能融合能力。这意味着终端需要能够同时接入并智能管理4G/5G/6G地面移动网络、光纤宽带、WIFI、卫星互联网,甚至包括短波/散射通信、Mesh自组网等多种异构网络链路。

当前的主流解决方案是网络切换技术,即当某一链路的通信质量下降到阈值以下时,系统自动切换到其他可用链路。但这种切换不可避免地会带来短暂的网络延迟抖动和数据丢包,无法充分发挥“空天地一体化”组网在带宽聚合、无缝漫游、超高可靠性方面的潜在优势。

新一代的多模态网络融合技术则致力于通过更智能的算法(如多路径传输协议MPTCP增强、智能链路聚合、AI驱动的链路预测与选择等),从根本上打破异构链路之间的技术壁垒和性能差异,实现多模态网络的真正深度融合与协同工作。其目标是实现多链路带宽的有效叠加、数据的并行传输、超低时延保障以及近乎零丢包的可靠性,这将是支撑未来“空天地一体化”智慧网络高效运行的关键核心技术之一。

展望不远的将来,随着强大的运载火箭支撑起卫星星座的全面建成,结合部署于太空的卫星互联网星座、覆盖地面的5G/6G蜂窝网络、可折叠便携的智能相控阵终端,以及先进的多模态网络融合技术,我们终将迎来一个“永不失联”的时代。届时,地球上的每一个人、行驶中的每一辆车、甚至每一台需要联网的智能设备,都将能随时随地接入高速、可靠的全球网络。



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