從經濟角度看，通過空地協(xié)同，構建功能完備的智能化體系，為各個領域提供高效、安全、可靠的信息傳輸和協(xié)同工作能力，可以滿足軍事、民用、商業(yè)等多領域需求，創(chuàng)造巨大的經濟價值。從社會角度看，通過信息資源的綜合利用和共享，尤其在地面通信難以有效應對的領域，為政府決策、社會服務、科學研究等方面提供全面支持，提高公共服務水平和質量，促進社會可持續(xù)發(fā)展。
總之，空天地一體化作為 6G 網絡的重要組成部分，是未來通信技術的發(fā)展方向，具有廣泛的應用前景和卓越價值。
一、國內外發(fā)展現(xiàn)狀
空天地一體化作為 6G 核心組成已列入多國創(chuàng)新戰(zhàn)略，成為全球搶占的戰(zhàn)略制高點，國內外加速衛(wèi)星互聯(lián)網部署，以推動空天地一體化進程。截至 2021年，全球至少有 20 家公司對外公布了覆蓋全球低軌星座計劃。最典型的如SpaceX 公司的 Starlink 計劃。衛(wèi)星互聯(lián)網領域，低軌衛(wèi)星及其采用的Ku及Ka通信頻段，因其成本、增益效果等因素，成為戰(zhàn)略稀缺性資源。歐美憑借強大的衛(wèi)星制造和發(fā)射能力，搶得先機。預計到 2029 年，近地軌道空間以及Ku及Ka通信頻段資源將所剩無幾。
近年來，我國已建立了較為完整的衛(wèi)星制造和發(fā)射體系，但在衛(wèi)星互聯(lián)網建設方面，與歐美較有差距，主要體現(xiàn)在網絡覆蓋范圍有限，空間基礎設施建設成本偏高，產業(yè)市場化程度不高幾個方面。鑒于衛(wèi)星互聯(lián)網發(fā)展的緊迫性要求，我國自 2017 年相繼啟動多個近地軌道衛(wèi)星星座計劃。2020 年，衛(wèi)星互聯(lián)網首次納入新基建范疇，上升為國家戰(zhàn)略性工程。2021年 4 月底，中國衛(wèi)星網絡集團有限公司成立，以“國家隊”身份進行統(tǒng)籌規(guī)劃及運營，加速我國衛(wèi)星互聯(lián)網產業(yè)鏈上下游協(xié)同發(fā)展。目前已完成兩個低軌衛(wèi)星星座的申報，并將于 2027 年完成共計 12992 顆衛(wèi)星的發(fā)射和信號驗證工作。
二、空天地一體化關鍵技術發(fā)展情況
空天地一體化是一種創(chuàng)新的計算架構，涉及航天、通信、計算機、電子等多領域技術。當前發(fā)展重心聚焦在多網融合、組網優(yōu)化、高效運控、超大容量等方面。典型技術包括切換接入技術、星上轉發(fā)器技術、星間鏈路技術、與地面融合技術等。
1.切換接入技術。切換接入技術是實現(xiàn)在空網與地網、不同衛(wèi)星系統(tǒng)、不同頻率之間平滑切換的關鍵技術，用以確保高動態(tài)下的服務連續(xù)性。當前，歐美國家在衛(wèi)星與地面基站切換等方面已有一定進展，而國內還處于起步階段。中國衛(wèi)通集團與電信運營商已合作開展衛(wèi)星和 5G 之間切換技術的研發(fā)工作。
該領域面臨的主要挑戰(zhàn)包括：切換延遲大、切換策略優(yōu)化、兼容性與標準不統(tǒng)一等。
2.星上轉發(fā)器技術。星上轉發(fā)器是設置在衛(wèi)星上的信息中繼負載，其工作模式主要有以下兩種：a). 透明轉發(fā)工作模式，轉發(fā)器僅當作信號中繼，不進行業(yè)務數據處理。優(yōu)點是技術簡單，成本低；缺點是不支持星間協(xié)作，智能化程度低。b).“再生式”星上轉發(fā)工作模式，又稱作基站上星，此模式下轉發(fā)器具備數據星上處理能力，實現(xiàn)更智能的路由轉發(fā)與業(yè)務調度。國內外新興巨型星座大多采用此種工作模式。
當前，該領域面臨的主要挑戰(zhàn)包括：小型化設計、精確星間指向等。
3. 星間鏈路技術。星間鏈路技術是指星間的信息中繼和組網技術。當前激光通信因其高吞吐、高帶寬、強抗干擾、高安全性等優(yōu)點，正成為星間鏈路的主要傳輸方式。
該領域發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)包括：高動態(tài)下對星捕獲與跟蹤、大容量信息傳輸以及星間網絡的智能化協(xié)同管理等。
4. 與地面融合技術。地空深度融合包括地空站資源的開放共享、地基云計算與天基平臺的結合、地面大數據與天基監(jiān)測的協(xié)同應用等。SpaceX 已在全球部署了數百個地空站負責衛(wèi)星網絡與地面網絡的對接。中國航天科技集團聯(lián)合多家單位共同研發(fā)的“天地一體化衛(wèi)星應用云平臺”，整合了遙感、通信、導航等多種空間信息資源，面向用戶提供空間數據服務。這些都是融合技術的典型案例。
該領域發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)包括：管理體制的制約、統(tǒng)一標準的缺失，以及天地協(xié)同機制建立等。
三、國內產業(yè)鏈布局及典型企業(yè)
1. 上游：包括空間基礎設施與載荷研制、地面設備制造與集成、通訊網絡建設與運營，以及算力與存儲設備制造與集成。
a.空間基礎設施與載荷研制：包括衛(wèi)星平臺的設計制造，載荷設備的研發(fā)生產，以及火箭的設計發(fā)射。典型企業(yè)有：航天科技、航天科工等。
b.地面設備制造與集成：包括地面站的設計制造，以及終端設備的研制與系統(tǒng)集成。典型企業(yè)有：中國衛(wèi)通、海格通信等。
c.通訊網絡建設與運營：包括地面網絡和衛(wèi)星通信網絡的建設與運營。典型企業(yè)有：三大運營商、中國廣電等。
d.算力與存儲設備制造與服務：包括算力與存儲設備研制、云計算平臺等。典型企業(yè)有：浪潮、中科曙光等。
2.中游：包括衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設與運營，以及空間數據傳輸與處理。
a.衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設與運營：包括衛(wèi)星星座的設計和發(fā)射計劃制定，以及通信系統(tǒng)的建設與運營。典型企業(yè)有：中國衛(wèi)通、中電科等。
b.空間數據傳輸與處理：構建時空大數據，提供數據服務和應用落地。典型企業(yè)有：中國資源衛(wèi)星應用中心、中國空間等。
3. 下游：主要包括空間信息服務和產品化應用。
a.衛(wèi)星導航：用于交通運輸領域的精準導航、無人駕駛等場景。空天地一體化下，可以大幅提升定位精度與覆蓋范圍，同時導航與通信的有機組合，增強了導航體驗。典型企業(yè)有：北斗導航、百度地圖等。
b.衛(wèi)星通信：用于陸海空立體綜合通信保障、應急救援、通信廣播等場景。空天地一體化下，將實現(xiàn)空地資源統(tǒng)一調度，支持移動性和業(yè)務多樣性。典型企業(yè)有：中國衛(wèi)通、航天云網等。
c.遙感監(jiān)測：用于城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測、精準農業(yè)等場景。空天地一體化網絡將顯著提升監(jiān)測精度、密度、覆蓋范圍，大幅拓展應用場景和經濟效益。典型企業(yè)有：北斗云網、綠城智谷等。
面向萬物互聯(lián)的大時代，天地資源的深度融合與協(xié)同應用是實現(xiàn)泛在智能連接的關鍵所在。空天地一體化網絡充分利用天基高清視野與地面高密接入的優(yōu)勢，構建起實時、動態(tài)、按需分配的新型通信體系，是實現(xiàn)海量異構終端可靠鏈接的基石。空天地一體化市場已經成為一個充滿創(chuàng)新與機遇的領域，未來必將釋放巨大的經濟和社會效益。
