卫星互联网「高成本、低速率、高延迟」难题要怎么解？ | Founder 100
全球范围内，卫星互联网的建设正加速推进，卫星数量和应用规模都在几何式增长，随之而来的是「数据大爆炸」。就拿遥感卫星为例，每天中国资源卫星应用中心都会接收到超过 40TB 的遥感图像数据，这也让太空通信和数据传输迎来挑战：暴增的数据量，让原有的数据传输方式难以满足需求。那采用什么方式才能让数据回传更及时高效？
深耕空间激光通信行业 9 年多的谭俊博士发现，「如果在相同维度上对比激光通信和传统的微波通信，按照 10Gbit/s 左右的传输速率来看，激光不管是功耗、体积还是成本都碾压微波通信；哪怕降一个规格，在 1-2Gbit/s 左右的速率上，激光也比微波通信要好一些。」
如此看来，激光通信或许是一种解决方案。
2021 年，谭俊博士认为在激光通信的技术端，已经完成了从实验室到工程，再到半量产的进程，瞄准机遇创立了一家希望对标 Starlink 星上激光通信技术的民营企业——氦星光联，希望能解决卫星互联网中高成本、低速率、高延迟的通信痛点。虽然才成立一年左右，但也收获了不少投资机构的认可，比如真格基金、奇绩创坛等。
这次采访我们也想跟谭俊深入地聊一聊，什么是激光通信技术？为什么如此坚定地认可这个赛道？在卫星互联网中，激光通信能扮演怎样的角色？
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激光通信要解决的是「长远距离下的数据传输延迟、带宽、通信控制」难题。
卫星激光通信在通信、遥感和导航方面都有自己的核心应用。且相比现有的微波通信，激光通信没有频段限制。
卫星激光通信在中国已经发展了近 20 年，近几年随着商业航天环境的变化，逐步从实验室走向工业界。
SpaceX 与国内的商业航天的路线不同。SpaceX 既造卫星、又造火箭、也做分系统，它是通过系统级别的优化更新让通信系统达到最佳状态。而中国商业航天是多家企业分工，有卫星总体设计、运营商、分系统等等，每家的指标都是相对独立的。
01
激光通信是增量市场，
并非对微波的替代
Founder Park：太空通信和数据传输的现状是怎样的？面临哪些挑战？
谭俊：超远距离下的通信控制、数据传输的延迟和带宽是都会面临的问题。
举个例子，今年 7 月中旬 NASA 公布了詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）拍摄的首张全彩色图像，其中难点之一就是数据传输。因为 JWST 位于拉格朗日点 L2，距离地球约 150 万公里，大约是地月距离的 4 倍。不论是多么先进的通信技术，都会产生巨大的延迟；其次，相比每天只生成 1-2 GB 数据的哈勃相比，JWST 每天可以产生高达 57 GB 的数据（尽管该数量取决于计划的观测内容），这意味着传输带宽和速率都面临着挑战；另外就是对 JWST 的通信控制，拍摄的数据是否清晰？如何在延迟范围内控制望远镜的运行状态？所以在耗时 14 年的制造时间里，其实在通信系统上投入了很大的研发功夫。
詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）| 来源：互联网
Founder Park：目前太空有哪些通信方式？
谭俊：通信方式大概可分为四种：微波通信、激光通信、太赫兹通信、量子通信。微波通信是目前最成熟的通信方式，不管是早年的 S 波段、X 波段，还是现在的 Ka 波段、Ku 波段，甚至是微波段，它们的器件算法各方面都比较成熟。比如刚提到的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）就采用的 KA 波段进行通信，S 波段进行控制，而 KA 波段的有效传输速率也就是在 28 Mbps 左右。
但微波通信有一些弱点，长远距离的功耗相对较大，并且传输速率有限。此外因为星间是非常嘈杂的环境，微波需要申请频段，错开与隔壁卫星的通话频率，避免串扰。
激光通信则受益于地面的光纤通信，放大器、激光器包括通信算法都逐渐变得成熟。此外激光通信的传输速率很高，且无频段限制，对其他任何卫星和卫星之间的通信都不产生干扰。因此近几年我们的星间通信也逐步使用激光通信。
而量子通信的通信速率相对较低，太赫兹目前整个器件的成熟度我们认为还未达到可工业使用的状态。
Founder Park：刚提到激光通信和光纤通信，这两者有什么区别？
谭俊：激光通信分为光纤激光通信和空间激光通信，光纤激光通信使用光纤作为介质传输，而空间激光通信以真空或大气作为介质进行传输，是两种不同的技术路线。
光纤通信里会涉及到光纤的非线性效应等，传输时有延迟、损耗等方面的问题，而真空传输不存在这些问题，因为在空间中激光是准直地、点对点地传输，所以需要做对准。空间激光通信有一个很重要的捕获、跟踪、瞄准技术（ATP 技术）。我们的核心技术就是让天上两颗卫星在高速运动过程中实现高速对准并进行双向通信。
Founder Park：激光通信是对微波通信的替代，还是增量性需求催生的？
谭俊：更多是增量，因为很多场景下微波通信是无法被替代的，比如地面站的测控信号等。但随着激光通信技术逐渐成熟，同时像卫星互联网等大型星座新概念的提出，更多新的需求会选择用激光通信方式来实现，因此我们认为是增量市场。
激光通信概念图 | 来源：氦星光联官网
Founder Park：与其他通信方式相比，激光通信的成本如何？
谭俊：首先要在同一个维度上对比激光和微波，如果按照 10Gbit/s 左右的传输速率来看，激光不管是功耗、体积还是成本都碾压微波通信；如果降一个规格，在 1-2Gbit/s 左右的速率上，激光也比微波通信稍微好一点。
但从量产角度看，当前研发激光通信的方式还是人工，成本非常高，尤其是光机装调部分。打个比喻，可能一个老师傅带着两个徒弟用一个月的时间才能把整个激光通信终端的光机装调部分改得非常好，这是非常复杂的过程。甚至说，螺丝拧得紧一点、松一点都会影响整体性能和效果。
我们公司也在逐步发展半自动或全自动的量产，虽然早期还是以半自动量产的状态来实现批量化。但我们希望通过类似小卫星的 AIT（总装集成测试）改造，借鉴一些其它的比如激光雷达测试或组装的经验，从而让自己作为激光通信终端生产制造厂家，通过量产的方式降低成本。
Founder Park：激光通信看好哪些应用方向？
谭俊：卫星激光通信在通信、遥感和导航方面都有自己的核心应用。比如在遥感卫星上，激光通信可以实现高速传输，把图像数据从卫星观测站无法直接观测到的地点，通过星间链路传输到中国上空。此外，通信星座用激光通信也很合适，因为原本就是大通量的需求，并且无频段限制。所以我们是通过赋能卫星互联网，再由卫星互联网去赋能金融、救灾信息、自动驾驶导航等新的应用领域和场景。
Founder Park：为什么詹姆斯·韦伯空间望远镜没有使用激光通信？
谭俊：受限于几点。
第一，这是超远距离通信，这种情况下激光的 ATP（搜捕、跟踪、瞄准技术）要非常精准才能保证远距离通信；第二在于它的寿命，激光器件目前在深空中，还不能实现 10 年在轨寿命；第三，詹姆斯·韦伯空间望远镜如此高的造价，耗费大量时间，它对可靠性的要求是极高的。制造团队更倾向于选择成熟的，甚至更保守的技术放到詹姆斯·韦伯上实现通信。
不是激光通信不够好的问题，而是激光通信有自己的缺点，比如说因为涉及到高精度的对准要求，所以哪怕在地面测试得非常好，到天上还是要有标校的过程：让卫星带来的误差以及激光终端在天上重力释放后，在环境恶劣的情况下能通过标校来校正误差。另外每一次断链到再重新建立都需要时间，所以目前会有不太稳定的状态。但随着技术的不断迭代，还有大系统的控制能力，可以做到首次建链几分钟，多次建链十几秒，甚至可以满足 20 秒以内建链的需求。
02
核心挑战是生态搭建
Founder Park：单独讨论卫星激光通信领域，它的发展阶段大概是怎样的？
谭俊：欧空局、NASA、包括日本很早就启动了月地激光通信，但他们做的是深空通信，做得非常大，研发周期也很长，价格也非常昂贵，因为是超远距离的通信，光学镜头必须做得非常大才能补偿激光信号的损失。
由于低轨星座的兴起，我们发现在近距离比如 2000 - 5000 公里，甚至是 7000 公里的通信距离上更加需要激光通信。所以近几年我们开始从深空远距离激光通信逐步转向到低轨的星间激光通信，也就是逐步克服两颗卫星之间高速对准的技术难题。
卫星激光通信在中国已经发展了近 20 年，近几年才逐步从实验室走向工业界。我们认为目前的状态恰好处于「可以用」到「好用」的过程。所以我们公司存在的价值和意义也是希望让激光通信更好用，性价比更高。
卫星互联网概念图 | 来源：互联网
Founder Park：卫星激光通信的市场规模有多大？
谭俊：如果说有效市场，目前中国星网计划发射 1.3 万颗低轨通信卫星，要在 7 年或 14 年之内打完，早期量相对较少，之后量会越来越大，倘若就取平均值，我们可以测算出它的市场量，再乘以单价，大约是百亿量级甚至是千亿量级。
同时低轨卫星是耗材，并非固定资产，目前整个卫星互联网或商业航天的主流思路是不维护，通过低成本可量产的方式发更多卫星到天上，一旦出现问题，坠毁到地面重新发射。而即便正常运行下来，一般每 5 年卫星就会被淘汰，需要再重新打一颗星上去。所以说这样的市场是反复滚动迭代的过程，并非一次性过程。
Founder Park：怎么看待 SpaceX 和中国商业航天目前的发展？
谭俊：SpaceX 和国内不太一样，SpaceX 既造卫星、又造火箭、也做分系统，它是通过系统级别的优化更新让通信系统达到最佳状态。比如它可以通过卫星平台的让步和补偿，让激光通信更好用。而不一定只专注于卫星的激光通信能不能更高效、更低功耗或更便宜。
我们不太一样，中国商业航天是多家分工合在一起的。有卫星总体设计、运营商、分系统等等，每家的指标都是相对独立的。在相对独立的分系统里，会追求某一个分系统能否达到极致的性能和性价比。所以行业里 SpaceX 确实是龙头，也是我们值得学习的对象，但中国还是有符合我们自己的发展道路。
Founder Park：目前卫星激光通信面临哪些核心挑战？
谭俊：我认为主要是生态的构建，我们希望通过努力，包括外部资金的帮扶、政府的支持以及行业内玩家们的相互支持，让整个生态更大。从另外一个角度来说，目前整个商业航天更倾向于项目制，也就是一个项目对应一个终端。要为这个终端定制一款产品，必然是昂贵的。所以在标准化的路上我们肯定是要推进的，现在国家已经在做这方面的事情，比如定义卫星平台大概是什么样的、分析系统平台大概是什么样的等，但这是一个循序渐进的过程。
我们从不认为在市面上和友商是竞对关系，我们更倾向于多方合作。比如我们侧重通信，您侧重光学，就在这方面合作。我们希望呼吁形成一个共识：以合作共赢，而不是竞争内卷共输。
Founder Park：激光赋能卫星互联网会带来哪些不一样的应用？
谭俊：举个金融方面的例子：高频交易一般利用的是交易所和交易所之间建立的专用海底光缆，比如纽交所和伦敦交易所之间会建立这样的光缆。但如果采用卫星激光通信，用激光的方式进行传输，传输速率就会更快。打个比方，激光在真空中传输和在光纤中传输，相当于一个人在塑胶跑道上跑和在泥土地里跑，肯定是前者更快。反推到物理层面，真空中光的传输速率是 3×10 的 8 次方米/秒，也就是光速；而在光纤中传输受限于介质的折射率，大约是 2×10 的 8 次方米/秒，约有 1.45 倍的时间差距。
所以卫星激光通信可以应用于金融行业，相当于可以比别人提前十几毫秒知道行业信息，做出相应的决断，对于金融行业来说这是极其重要的。
03
工程思维+企业家精神
Founder Park：你们目前做了哪些产品？
谭俊：我们主要做激光通信终端的整个系统，一个是通信星座的激光通信终端，一个是导航星座的激光通信终端，以及遥感星座的星间和星地通信终端，共分为 4 款产品。除此以外，我们还会往上一层做它的核心部件。因为降成本的逻辑就是要把系统进行拆分，识别哪些是不可靠的器件，哪些是昂贵的器件，如果是自研的，成本自然会降低。所以我们也在做核心的激光器、探测器、放大器，包括通信和控制的主控电箱，这些都是我们自研的产品。
Founder Park：氦星光联的核心竞争力体现在哪些方面？
谭俊：从去年成立到现在，我知道的就有十几家公司在做激光通信，但这个行业在细分领域的竞争压力还是相对较少的，更多还处于合作或早期共同研发、共同推进的状态。
对于氦星光联来说，我们在光机上有核心的 Know-How；同时我们有在轨经验；此外在激光器、探测器、通信能力等方面都有我们最核心的 Know-How，而且在逐步扩充；我们也做了非常多的算法优化工作。所以我们的核心竞争力是全方位体现的，从光学、机械、通信到组网，都有自己核心的竞争优势。
Founder Park：为什么选择出来创业？看见了怎样的机会？
谭俊：我在空间激光通信行业干了 9 年多，对行业非常敏感。后来外部环境变化和国家支持让我看到了机会的爆发点。再加上我们也认为技术上已经达到了从实验室到工程到量产，或者半量产的变化。所以我们希望通过工程，把勇攀珠峰的高价值科研成果转化为民用，转化成大家看得见、摸得着的东西。
当时我在国内一个比较大的通信科技公司里从事研发任务，主管告诉我一定要以「工程思维」和「企业家精神」来做事情，我很受触动。企业家的思维更多是两方面，一方面是责任感，另一方面因为是做企业，还是要为社会创造价值，社会才能反哺实现企业的自身价值。我们看到激光通信具备这样的价值，也看到了机会点，同时我们有工程思维，所以顺理成章地开始创业。
Founder Park：未来发展规划是什么样的？
谭俊：目前专注于做激光通信的管道，提供星间和星地的激光通信设备。在未来时机成熟的时候会转变为基于卫星互联网的地面应用/服务商，开拓更大的市场。
*以上嘉宾观点不代表 Founder Park 立场，也不构成任何投资建议。
公司：氦星光联
领域：商业航天、卫星互联网、激光通信
融资状态：PreA+轮
主要投资人：真格基金、奇绩创坛、首业资本、启迪之星、中关村发展前沿基金
官方网站：http://www.histarlink.cn
氦星光联科技（深圳）有限公司，创始人、执行董事、CEO，中科院半导体所博士。他深耕空间激光通信行业 10 年，曾在国内一流通信科技公司及航天院所工作，在卫星激光通信领域的科研和工程实践等方面均有丰富经验，同时具备敏锐的市场洞察力和开阔的前沿视野。
成立于 2021 年，是国内对标 Starlink 星上激光通信技术的民营企业，致力于低功耗小型化星载激光通信终端以及地面通信接收系统的研制，希望通过持续创新来解决卫星互联网中高成本、低速率、高延迟的通信痛点。