中國，距離衛(wèi)星有多遠(yuǎn)？
1957年10月，蘇聯(lián)“斯普特尼克一號”人造衛(wèi)星成功升入太空。幾乎在同一時間，竺可楨、錢學(xué)森、趙九章聯(lián)名上書，建議開展中國的人造衛(wèi)星研究。彼時的中國人，才剛剛看到人造衛(wèi)星的價值。距離真正發(fā)射一顆衛(wèi)星，還有很遠(yuǎn)的路要走；距離在衛(wèi)星領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)領(lǐng)先，更是一件不敢設(shè)想的事情。
在那之后，1958年中國正式提出了東方紅一號衛(wèi)星預(yù)研計劃。1965年正式啟動研制，最終在1970年4月24日于酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功實現(xiàn)了東方紅升空。這就是我們耳熟能詳?shù)摹皟蓮椧恍怯媱潯标P(guān)鍵組成部分。
一轉(zhuǎn)眼，來到了2022年。華為Mate50系列利用北斗三號系統(tǒng)的短報文功能，并在技術(shù)體制上進行全面升級，最終實現(xiàn)了衛(wèi)星通信能力與智能手機結(jié)合。華為Mate50就此成為全球首款支持北斗衛(wèi)星消息的智能手機，而中國科技也在衛(wèi)星通信史上寫下了至關(guān)重要的一筆。
這件事，入選了《南方周末》評選的“2022中國十大高燃瞬間”。這一天，中國用“關(guān)鍵科技全球領(lǐng)先”的方式，把與衛(wèi)星之間的距離無限縮短。
從東方紅升空，到歷經(jīng)二十余年的北斗建設(shè)，再到Mate 50成為全球首款支持北斗衛(wèi)星消息的智能手機。如果給整個故事加個關(guān)鍵詞，我能想到的第一個詞是：浪漫。
衛(wèi)星登天，通信落地，在這場漫長的探索里，有太多鮮為人知的關(guān)隘和困難?？朔@些困難，靠的不是某位天才的靈感，而是一群人又一群人的接力與跋涉，最終才讓看似不可能的目標(biāo)變成現(xiàn)實。在華為開發(fā)者大會2022期間，我們有機會了解到Mate 50系列完成手機衛(wèi)星通信背后的故事。就像東方紅、北斗的故事一樣，這段故事里也充盈著那種心懷星空，腳踏泥土的中國式浪漫。
從兩彈一星元勛，到萬千北斗人，再到華為工程師，衛(wèi)星的故事，是中國科技人寫給國家，寫給人民，寫給世界的一封無言情書。
這封情書里寫著：哪怕用數(shù)十年時間，哪怕經(jīng)過千難萬險。任他翻山越嶺，任他時光飛逝，我也要讓星光向你而來。
從東方紅到北斗三號，
中國衛(wèi)星的全球時代
我們在中學(xué)時代，都背誦過這樣的知識點：于1970年4月24日成功發(fā)射的東方紅一號衛(wèi)星，重173千克，由長征一號運載火箭送入近地點441千米、遠(yuǎn)地點2368千米。
如果說，東方紅完成了中國人造衛(wèi)星從無到有的變局。那么歷經(jīng)二十余年發(fā)展的北斗體系，則成功將中國衛(wèi)星事業(yè)推進到了全球時代。
2020年6月23日，隨著西昌衛(wèi)星發(fā)射中心將一枚“長三乙”運載火箭發(fā)射升空，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的第55顆衛(wèi)星成功進入軌道。這標(biāo)志著北斗三號最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星就位，北斗三號部署比原計劃提前半年順利完成。
從1994年開始啟動北斗一號工程算起，到北斗三號全面完成共用了二十六年。毫不夸張地說，這其間北斗人克服了千難萬險，經(jīng)歷了千辛萬苦。按照北斗系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃，北斗一號實現(xiàn)服務(wù)中國，二號實現(xiàn)服務(wù)亞太。而北斗三號的落成，則標(biāo)準(zhǔn)北斗系統(tǒng)具有了服務(wù)全球的能力。進入新時代、新階段的北斗，面臨著一個全新問題：全球時代的中國衛(wèi)星，應(yīng)該如何縮短與其他具有先發(fā)優(yōu)勢系統(tǒng)的差距，塑造自己的差異化價值？
手機衛(wèi)星通信的戰(zhàn)略意義，就在這個節(jié)點上浮現(xiàn)了出來。在目前階段，手機衛(wèi)星定位已經(jīng)成為了通用能力，但衛(wèi)星的另一項關(guān)鍵價值衛(wèi)星通信，則還無法與大眾生活、生產(chǎn)進行緊密聯(lián)接。另一層面看，空天地一體化的通信網(wǎng)絡(luò)，幾乎已經(jīng)確定是6G時代的發(fā)展方向。將北斗納入6G探索，對于中國衛(wèi)星事業(yè)來說具有不可替代的戰(zhàn)略機會。
但這個機會，也意味著更多的困難。
翻過山峰之后，是另一座山
華為能夠在Mate 50系列這一代就能成功實現(xiàn)手機衛(wèi)星通信，其實是遠(yuǎn)超產(chǎn)業(yè)界早先預(yù)期的。
一方面是因為北斗三號剛剛建成兩年，而手機核心技術(shù)能力，比如通信能力的規(guī)劃周期，一般要提前兩代左右開始。換句話說，我們倒推一下時間表就會發(fā)現(xiàn)，早在北斗三號剛剛建成時，華為就必須馬上開始規(guī)劃、探索、實驗如何基于北斗體系完成手機通信。
所謂手機衛(wèi)星通信，本質(zhì)是將衛(wèi)星當(dāng)作通信的中繼設(shè)備。用戶將通過衛(wèi)星，完成與地面上其他通信設(shè)備的聯(lián)系。這項技術(shù)聽起來簡單，但要真正實現(xiàn)卻要面對非常嚴(yán)峻的問題。在北斗三號翻越山嶺建成之后，華為開始探索基于北斗的手機衛(wèi)星通信可能，面對的是另一座技術(shù)與工程的高山。
首先，第一個問題就是衛(wèi)星太高了。
北斗三號系統(tǒng)的衛(wèi)星運行軌道高度大約在3.6萬公里。而衛(wèi)星越高，就意味著發(fā)射信號的傳輸損耗越大，地面發(fā)射的信號更加難以被衛(wèi)星接收。相比來說，我們知道蘋果手機在今年也推出了衛(wèi)星信息能力。但蘋果接入的是低軌道衛(wèi)星。低軌道衛(wèi)星（LEO）的軌道高度僅是高軌道（GEO）衛(wèi)星的二十分之一，甚至八十分之一，其通信傳輸難度也隨之急劇下降。北斗作為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的后起之秀，還無法提供大量的中低軌道衛(wèi)星群。所以如何在北斗特性的基礎(chǔ)上完成通信信號的“高空攀登”，就成為擺在華為面前最關(guān)鍵的問題。
接下來，第二個問題也隨之展現(xiàn)：硬件功率過低。
高軌衛(wèi)星傳輸?shù)男盘枔p耗很高，意味著地面設(shè)備必須以更強的功率進行信號發(fā)射。但手機輕薄的機身決定了其功率發(fā)射器件必須很小。解決手機功率太低，成為第二道必答題。
另外一個難題，在于智能手機的收發(fā)天線，相比專用終端增益低。
衛(wèi)星電話能夠進行衛(wèi)星通話的前提，是其內(nèi)置了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積碩大的手法天線。但手機的天線設(shè)備不可能如此，這就導(dǎo)致天線收發(fā)帶來的增益很低。如何解決天線問題，也成了一大挑戰(zhàn)。
以技術(shù)，以時間，以跋涉
手機衛(wèi)星通信是否有前景？當(dāng)然有。是否有最快實現(xiàn)的必要？當(dāng)然有。
在這個答案之下，所有的難關(guān)都必定被攻克。在Mate 50成功實現(xiàn)北斗通信之前，華為首先對一系列手機衛(wèi)星通信的關(guān)鍵技術(shù)進行了攻關(guān)。構(gòu)建了一套能夠滿足手機衛(wèi)星通信需求的通信協(xié)議。其中包括全新的通信體制、協(xié)議棧和應(yīng)用底層協(xié)議?？墒钦f是從零開始，完整勾勒出了手機與北斗的聯(lián)接方案。
而通信協(xié)議只是第一步。接下來，華為就需要突破那些關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。
面對硬件功率不足的問題，華為在Mate 50系列中全新設(shè)計了高性能硬件。其中包括高功率的PA、低損耗射頻鏈路，以及收發(fā)方向圖一致的天線設(shè)計。這些硬件能力的疊加下，可以有效提升手機的長距離通信功率，減少手機與衛(wèi)星之間通信的信號損耗。確保手機衛(wèi)星通信的精準(zhǔn)、可靠。
在硬件層面的性能提升基礎(chǔ)上，為了進一步解決手機通信增益不足的問題。華為專門設(shè)計了全新的編解碼算法，引入了高增益的Polar編碼方案。從而可以降低衛(wèi)星信號傳輸過程中的干擾和噪聲，提升信號解碼率。新的高增益算法，可以讓信號更加聚焦，減少在傳輸過程中的發(fā)散，最終確保信號直達(dá)北斗。
另一方面，我們知道衛(wèi)星的運行軌跡是固定的。如果手機天線能夠準(zhǔn)確對準(zhǔn)衛(wèi)星，會讓信號傳輸有更好的效果。為此，華為專門在Mate 50系列中加入了專用的UX設(shè)計。通過專有的尋星引導(dǎo)UX，可以讓用戶通過可視化的操作方式，更準(zhǔn)確幫助手機確定衛(wèi)星的位置，從而建立更準(zhǔn)確的衛(wèi)星聯(lián)接。
技術(shù)準(zhǔn)備之后，還需要大量龐雜、繁瑣的功能性驗證工作。作為一項全新通信嘗試，沒有人知道能不能手機衛(wèi)星通信的邊界在哪里，其通信覆蓋能力究竟是怎樣的。尤其重要的是，手機衛(wèi)星通信的使用場景往往是極端的天氣、環(huán)境條件中。因此功能驗證必須更加極端，更加富有耐心，才能確保手機衛(wèi)星通信能夠肩負(fù)起它的重任。
為了驗證北斗手機衛(wèi)星通信的可用性，華為的工程師們建立起了完整的測試、驗證閉環(huán)，構(gòu)建了系統(tǒng)性的開發(fā)和驗證環(huán)境。通過尋星引導(dǎo)向模擬衛(wèi)星發(fā)出信號，利用終端設(shè)備接收信號，建立起了包括“測試地面北斗衛(wèi)星信號發(fā)射設(shè)備-北斗衛(wèi)星信號接收設(shè)備-地面通信系統(tǒng)信息處理”在內(nèi)的整套通信流程。這也是全球首個北斗三號端到端星地融合通信驗證系統(tǒng)。
經(jīng)歷了18個月的外場測試，踏遍了31個省。進入過無人區(qū)，穿越過戈壁沙漠、高山叢林、江海湖泊、草原盆地。最終，華為的工程師們將可靠、可信的手機衛(wèi)星通信能力，通過Mate 50獻給了用戶。
在5月的西藏尼瑪縣。華為的研發(fā)測試人員要每天早晨迎著大雪，哈著白氣，測試北斗衛(wèi)星消息功能。在被稱為人類禁區(qū)的可可西里，華為工程師們脫下防曬服，馬上換上羽絨服，依靠間接性吸氧來對抗高原反應(yīng)，只有這樣才能保證持續(xù)測試北斗衛(wèi)星消息。在烈日當(dāng)空的秦嶺，測試人員登上3000米的澇峪八里坪秦嶺，在用8元一瓶的礦泉水奢侈地洗了一把臉后，測試北斗衛(wèi)星消息功能。他們最終讓手機北斗通信能力，早于大眾期待成為現(xiàn)實，以技術(shù)，以時間，以跋涉。
從2019年12月立項，到2020年4月完成可行性分析，再到2021年2月完成實驗室聯(lián)接。歷時15個月，華為工程師成功發(fā)出了第一條北斗衛(wèi)星消息。上面寫著：星辰大海，縱橫相依。搖搖星光，向你而來。
這時距離1957年中國提出“要有自己的衛(wèi)星”，已經(jīng)六十五年過去了。中國科技，終于揭開了全球衛(wèi)星通信史上新的大幕，在衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵創(chuàng)新上世界領(lǐng)先。
這是一個關(guān)于與時間賽跑的故事，是一種關(guān)于遠(yuǎn)大征程的浪漫。
又豈在朝朝暮暮
所有人都能看到，手機衛(wèi)星通信絕不是一個小功能、小技術(shù)。頻譜資源注定有限，但人類的通信需求卻是無限擴張的。所有在某個時刻，人類通信將注定走入太空。
而華為能夠在業(yè)界率先實現(xiàn)衛(wèi)星通信進入智能手機，讓手機具備真正意義上的通信無死角覆蓋。不僅在特殊行業(yè)、戶外探險、應(yīng)急求生等領(lǐng)域提供了不可替代的價值，更是對未來人類通信必然性的率先挖掘。每個時代，都需要有科學(xué)界、科技企業(yè)、工程團隊率先抵達(dá)未來。而這一次，前哨站里是華為與北斗。
這一切，都不是一朝一夕的成功，而是一種中國科技特有的長期主義使然。我們愿意在一件意義非凡的事情上投入全力，愿意數(shù)十年如一日地為之奉獻，愿意跋山涉來找尋答案。這是中國科技，或許也是北斗，是華為的浪漫主義——兩情若是久長時，又豈在朝朝暮暮。
這個故事依舊處在進行時。
在太空中，10月31日，長征五號B遙四火箭搭載著“夢天”實驗艙在海南文昌發(fā)射場成功發(fā)射。與“夢天”實驗艙一起升空的還有北斗短報文通信子系統(tǒng)。這意味著，北斗短報文通信首次在空間站上開展驗證，成為航天員與地面通信鏈路的全新保障。
而在大地上，華為開發(fā)者大會2022上，華為宣布HUAWEI Mate Xs 2北斗衛(wèi)星消息功能正式開啟眾測，HUAWEI Mate Xs 2成為全球首款支持衛(wèi)星消息的折疊屏手機。這意味著，北斗衛(wèi)星消息必然將在未來更多華為手機中登場，并且不斷成長。同時也意味著折疊屏與衛(wèi)星通信，這兩項頗具未來感的技術(shù)開始交織，醞釀新的化學(xué)反應(yīng)。華為不懈創(chuàng)新的精神，正像以往一樣，拓展著手機衛(wèi)星通信、折疊屏，乃至更多技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的邊界。引領(lǐng)手機行業(yè)走向星空深處、6G時代的無限可能性，為行業(yè)未來的技術(shù)升級之路鋪就基石。
北斗三號全面建成時，有記者采訪了時任北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計師助理、工程總體室主任的郭樹人?！斑@十年，您最大的欣慰是什么？”郭樹人的答案是：“通過不計其數(shù)的計算、論證設(shè)計出的方案，終于得到肯定，取得統(tǒng)一意見?！?/p>
對于手機衛(wèi)星通信技術(shù)，對于華為的工程師們來說，或許也是一樣的。不計其數(shù)的技術(shù)嘗試、工程性打磨、性能驗證，最終才能讓不可能成為可能。當(dāng)信號穿越三萬米的距離，在星空與北斗三號相遇。金風(fēng)玉露一相逢，便勝卻人間無數(shù)。
險阻終究可以被翻越，難題終究圍困不住時間。
哪怕天長地久，也要讓他成真；即使千難萬險，也要讓星光向你而來。
從北斗登天，到Mate落地，這是中國式的科技創(chuàng)新，也是中國式的星空浪漫。
