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SpaceX“太空互联网”即将问世,可覆盖全球

来源:房东经济学 2020年04月28日 01:18

太空互联网,听上去遥不可及,目前我们生活中用到这类卫星网络的场景很少,而且费用高体验差。以达美航空为例,在飞机上使用基于卫星的互联网每24小时需要16美元,而且速度极慢,整架飞机共享2Mbps网速,大多数乘客宁可忍着也不愿掏这个钱。

这个情况或许很快将发生改变,科技狂人马斯克正在行动。就在4月22日,SpaceX在肯尼迪太空中心成功使用可回收的猎鹰9号火箭发射了60个人造卫星进入太空,这已经是SpaceX第八次成功发射卫星了,而且八次之中没有一次失败。

SpaceX自2018年以来已8次发射卫星,第二次开始每次发送60颗卫星

目前SpaceX公司在太空的卫星已达到了422颗,这个数字超过了美国以外任何国家和卫星公司。猎鹰9号这次发射的另一个最重要意义在于,它已超越阿特拉斯五号火箭,成为美国现役发射次数最多的火箭,而它达成这一目标所用的时间,还不到阿特拉斯五号火箭的一半。

SpaceX如此大规模发射卫星的目的,就是要建设“星链”(Starlink)

什么是“星链”?

“星链”是一项通过近地轨道卫星群覆盖全球的高速互联网接入服务真正实现可用、经济、高速的天基互联网。

这前八次发射升空的累计422颗卫星只是“星链”计划的开始,SpaceX最初的计划是要在2020年代中期之前在三个轨道上部署接近12000颗卫星:首先在550千米轨道部署约1600颗卫星,然后是在1150千米轨道部署约2800颗波段卫星,最后是在340千米轨道部署约7500颗波段卫星。

但SpaceX的野心不止于此,就在2019年十月,SpaceX 再次高调宣布“星链”增新计划,并已进入官方审批流程,一旦通过,它将在原有计划的基础上再新增30000颗卫星,即“星链”计划总计将包括42000颗卫星。

“星链”示意图

SpaceX认为,未来20年,全球将有近半数的网络上天,无信息死角的数字地球将成为现实,“星链”将打造一张覆盖全球的天基自组通信网络,彻底摆脱传统路基通信的区域限制。

对于北美、非洲等不少地区来说,由于地广人稀,基站之间平均距离太远,铺设光纤的投入产出比很低,相对东亚人口密集地区来说,北美和非洲并不适合路基光线+基站组网的传统方案。

“星链”的成功部署将在大量地区补充或替代过去那种高成本和低可靠性的通信网络,弥补互联网覆盖的漏洞,目前该项目的预期年收入达到300亿美元,如果我们参考传统网络运营商的营收状况,面向全球市场的“星链”一旦完善,每年收入300亿美元可能还只是一个保守的预测。

“星链”与我们普通人见面的时间也远比预期的早,4月23日,马斯克在推文中表示,他们会先在3个月内开启内测、然而在6个月内进行公测。

马斯克近期推文透露内测和公测时间

良好体验与成本控制

“星链”相比传统光缆,它最显著的特点就是传播速度快,低延时。“星链”的信号传播速度接近真空中光速每秒30万公里,而光信号在光纤中的传播速度为每秒20万公里。星链不用像远距离光纤通信那样,一段段接起来,可以做到点对点,所以即使是考虑空地往返,“星链”的速度还是更快。

“星链”服务的网速怎么样呢?如果你还在拿现在国际航班上的卫星网络作为参考那就错了。SpaceX第一次发射“星链”卫星是在2018年2月22日,当时只发射了两颗试验卫星,它们的设计下行速度是1440Mbps,在测试过程中,测试者在一架飞行的C-12运输机上测到了610Mbps的速度,这个速度是前所未有的,比全美2018年的平均网速(93.98Mbps)快得多,也比新一代铱星对地服务的速度快两个数量级。

美国平均网速

发射几万个卫星上天,还要构建太空互联网,这不是一件简单的事,肯定要烧很多钱,根据SpaceX的计划“星链”将耗资100亿美元,这个数字多不多?要看和谁比,在2013-2017年,中国光建设4G基站的总投资就达到了8000亿,这样看,100亿美元并不多。

不过SpaceX是一个私营公司,100亿美元对马斯克来说还是有压力的,好在他在商业方面取得了巨大进展(过去一年的特斯拉牛气冲天);另一方面,马斯克还考虑让SpaceX上市。不用怀疑,这是一个真正掌握核心科技而且未来发展空间远大于特斯拉的公司,市场将迎来新的投资机会、SpaceX将得到充足资金,各取所需。

今年二月的消息,马斯克考虑让SpaceX上市

为了降低“星链”的成本,SpaceX几乎在每一个重要环节都做到极致。

这其中最值得一提的就是“一箭多星”,这种方式是指的是用一枚运载火箭同时或先后将数颗卫星送入地球轨道的技术,全世界只有少数国家掌握这种技术,中国的长征六号火箭曾一次送20颗卫星上天,创下“一箭20星”的亚洲记录。

SpaceX从第二次到第八次发射都是单次携带60个卫星上天,这家公司的航空技术已经比绝大多数国家还要强了。SpaceX未来可能一次携带更多的卫星,因为只有这样才有可能满足上万个的卫星总数。

在运载火箭内打包好的60个卫星,批量上天,降低成本

在节省成本的措施中,最拉风的要属运载火箭回收技术。当初猎鹰火箭的回收是网络直播的,引起了全世界的关注,火箭降落地面的那一刻仿佛是在播放火箭发射的倒带,平稳的让人难以置信。要知道,单个猎鹰火箭的成本在5000-6000万美元,熟练掌握回收技术代表每次发射卫星都将节约这样一笔费用。

SpaceX猎鹰火箭返回地球,运载工具回收,进一步降低成本

太空互联网的概念很多人都可以想到,但如果落实,恐怕也只有SpaceX这种拥有顶尖技术的公司才能做到。无论是“一箭多星”还是火箭回收,缺少任何一个关键技术都没法用可行的开支建设出“星链”。

SpaceX的太空技术不是一天得来的,研发之路也不是顺风顺水的,就在不远的2016年,SpaceX遭遇了火箭爆炸和第四次回收失败,马斯克甚至被很多人质疑是骗子。在一步步实现梦想的过程中,SpaceX经历过的挫折或许远比我们想象的要多。

SpaceX火箭爆炸

SpaceX海上回收火箭失败

与正在构建的“星链”相比,传统的陆基互联网成本也不低。以中印光缆为例,它跨越青藏高原和喜马拉雅山上千公里的高海拔无人区,连接了成都-拉萨-日喀则-乃维拉-勒克瑙-新德里,虽然新德里和成都之间直线距离不到2600公里,这个光缆长度和其他一些海底光缆相比不算什么,但由于它所通过的地形特殊,未来建设维护成本注定极为昂贵。但如果“星链”成型,新德里到成都之间的直接通讯将没有任何额外成本。

“星链”的其他优势还包括:星链是低轨卫星,具备太阳能电推功能,不会成为太空垃圾,一旦丧失动力就会自己掉下来,也不用担心火箭发射污染问题,SpaceX用的是环保火箭。

与5G的关系:互补大于竞争

说过“星链”的强大竞争力,你可能已经想到了另一个正在崛起的通讯技术,那就是5G。对于中国读者来说,5G如雷贯耳,它似乎被赋予了特殊的意义,它被视作互联网下半场的基石以及日常生活、自动驾驶、人工智能、物联网、工业互联网等场景不可缺少的基础设施。

但是SpaceX步步推进,每一步都快于大多数人的预期,马斯克更表示:星链计划将实现个人用户带宽超过1Gbps,接入速率能达到目前家庭宽带的30多倍,这和5G相比已经颇有竞争力。

有网友表示:“星链”可能比5G还厉害。毕竟5G全球布局的成本远高于“星链”,而且只能大城市布局,很多人口密度低的小城市都可以用“星链”代替,比5G便宜的多!

不过马斯克倒没有说要用“星链”替代传统通信,他只是表达了星链未来可以承担全球互联网一半流量的愿景。对于“星链”来说,要替代4G和5G也是不现实的,但他们之间可以进行非常好的搭配,因为“星链”的优势恰好就是5G的弱点。

5G和2G、3G、4G的主要区别在哪里?

简单来说就是频率更高、速度更快,但频率越高穿透力就越弱:一个2G基站理论上可以覆盖6-8公里、3G基站覆盖4公里、4G基站覆盖2公里、到了5G只能覆盖几百米甚至更低,考虑到成本,5G基站想达到4G这样的大范围覆盖范围几乎是不可能的。在这种情况下,“星链”对于5G覆盖不到的地方可以提供补充。

带来的问题

“星链”并不是完美的,对于“星链”的批评主要出现在天文学界,有天文学家表示,“星链”将导致可见卫星的数量将超过可见星的数量,并且它们在光学和无线电波长上的亮度都会严重影响科学观测。

国际空间站上看到的“星链”

后来,SpaceX表示将尽可能把卫星对科学观测的影响降到最小,他们把一颗卫星做了涂层以减少它的反光率,可是经过观察这个减少的幅度非常小,对天文学界来说远远不够。因为卫星反光主要来自太阳能板,如果把太阳能板也加上涂层,那就彻底收集能量的功能了,这个问题目前看来还找不到解决的有效方法。

对美国的意义

对美国来说,“星链”具有很大的战略价值,美国企业的卫星占满天空,其他国家可利用的空间轨道资源会越来越少;从产业来看,由于“星链”这种太空互联网的前期投入很大,一旦“星链”成熟,其他公司或其他国家在同类领域几乎不可能与之匹敌,有助于美国强化自己在通信领域的地位。

另一方面,“星链”卫星拥有发射全向波束的能力,说简单点就是它也可以对航天器进行遥测,跟踪和控制。所以如果SpaceX和美国军方合作,这个系统可以针对世界上任何地方发射的导弹进行计算、模拟、预测,然后再进行拦截。借助“星链”密集的低空卫星群,美国可以开启上帝模式进行导弹拦截,这会让那些瞄准美国的洲际弹道导弹彻底沦为玩具,虽然这是防御能力的提升,但还是会打破军事平衡,并不是一件好事。

从已有的信息看,美国军方显然已经注意到“星链”的价值了,在2019年8月,美国阿拉巴马州2019年度太空与导弹研讨会议上,美国空军将领O'Shaughnessy高度评价了SpaceX的工作,他认为SpaceX公司成功开拓低成本大载荷发射的星链项目具有非凡意义,改变了太空防卫格局。

对世界的意义

根据SpaceX的官方介绍,“星链”不能直接连接手持设备,但连接“星链”只需要一个披萨盒大小的终端,这个终端带有相控阵天线且可以追踪卫星,终端以部署在任何能看见天的地方,然后终端再产生一个wifi信号供周边的人使用互联网。

“星链”最重要的意义不在一个国家,而在全人类。有了它,人类可以把互联网服务投送到世界上任何一个角落,无论山有多高、路有多远,对于卫星来说都是小事一桩。因此“星链”有助于改善很多国家的信息便捷度,让地球村变得更小,对于落后国家发展经济、提高教育、扩大开放、融入世界都具有举足轻重的意义。


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