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用卫星让全球联网 马斯克的星链计划会掉链子吗

来源:科技日报    作者:    发布时间:2019-11-12 09:14    编辑:张启杰
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  60颗卫星像一列“火车”浩浩荡荡驶过夜空。这是SpaceX公司(美国太空探索技术公司)提出的星链计划所部署的首批卫星。

  近日,这些星链卫星在美国弗罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空。

  星链计划试图实现科幻一般的“太空互联网”。SpaceX公司宣称,星链计划属于下一代卫星互联网,它能够以可靠且成本低廉的互联网宽带服务连接全球,尤其是那些未被互联网覆盖的人群。

  用12000颗卫星提供网络信号

  SpaceX公司所描绘的星链计划蓝图是,向地球近地轨道发射12000颗星链卫星,为全球终端用户提供低延迟、高带宽的网络宽带服务。

  已发射的首批60颗星链卫星,每颗重量约为227千克。这种重量设计可最大化实现卫星大批量生产并利用猎鹰9号火箭的运载能力。据报道,这是SpaceX目前发射出的最重载荷。

  由于计划发射的卫星总数大得惊人,SpaceX希望加快卫星部署速度。目前其计划是每次发射60颗,每年发射1000到2000颗。

  谈到这项计划,SpaceX公司掌门人埃隆·马斯克罕见地低调起来,并表示:“星链计划涉及很多新技术,要实现它十分困难。”

  星链计划也许是最引人瞩目的近地轨道卫星互联网计划,但并非唯一。

  在国外,OneWeb公司在经历若干次推迟后,于今年2月发射了其首批卫星。亚马逊前不久公布其卫星互联网计划,Telesat公司也有相关计划。

  “在国内,中国航天科技集团公司计划组建‘鸿雁’全球卫星通信星座系统,中科院与上海市计划联合组建一个宽带卫星星座,商业航天公司也在雄心勃勃地进行自己的宽带卫星计划。”中国科学院微小卫星创新研究院微纳卫星研究所所长陈宏宇在接受科技日报记者采访时介绍道。

  在近地轨道部署卫星互联网

  为什么卫星互联网计划受到如此热捧?

  首先必须强调的是,目前已在太空提供互联网服务的卫星,它们一般是地球同步卫星,轨道高度36000公里。而上述诸多卫星互联网计划的不同之处在于,它们使用多颗近地轨道卫星提供互联网服务。这些卫星将在距离地球2000公里以内的轨道上,与地球互通信号。

  陈宏宇介绍,无论是地球同步卫星还是近地轨道卫星,都可以作为空中节点实现地面通信。地球同步卫星的优点是可以固定在某个区域上空运转,但其缺点也很明显。

  “地球同步卫星距离地球36000公里,信号往返时间较长,延迟比较明显,无法满足需要低延迟的应用,比如实时通信和诸如网络游戏类的互联网场景。”陈宏宇说,此外卫星距离太远,通信所需能量就比较大,卫星天线的功率也比较大。因此地球同步卫星一般是大型卫星,所载能源充足,成本也很高。

  正是出于这些原因,很多企业和机构提出使用近地轨道卫星提供互联网服务的方案。陈宏宇介绍,这种卫星的优点,一方面是通信信号延迟低;另一方面卫星功率无需太高,属于小型化卫星,成本也低。

  只不过轨道越低,让通信信号覆盖整个地球表面所需要的卫星数量就越多。理论上来讲,3颗地球同步卫星就可以覆盖地球表面。近地轨道卫星难以做到这一点,所以采取这种方案组建卫星互联网,需要发射更多卫星。

  “天上的通信卫星就像地面基站一样,铺设得数量越多,覆盖就越好。而且单颗卫星通信带宽有限,每颗卫星服务的用户数量越少,用户所享受的带宽就越高。”陈宏宇说。

  这就是SpaceX提出的星链计划,要发射多达12000颗卫星的原因。

  相关技术门槛正在不断降低

  当然,除了卫星数量,通过近地轨道卫星组建卫星互联网,还有其他门槛。轨道上的星座铺设、天地之间通信载荷以及星间激光通信等是最基本的几个方面。

  “首先需要将卫星轨道铺设好。因为卫星在天上的运行并非杂乱无章,而会在天上组网,这就需要为卫星选取合适的节点,在太空组成比较规律的星座。”陈宏宇解释道。

  而且,近地轨道通信卫星的特点是,用多颗卫星代替一颗地球同步卫星来运行,相互之间需要经常切换信号和数据,所以卫星对地通信的协议、频率要设计好。

  此外,多颗卫星在天上组网,还需要解决卫星与卫星之间通信的问题。目前比较可行的方案是用激光实现星间高速通信,这也是实现卫星互联网的关键技术之一。

  “太空互联网”近几年进展较多,在陈宏宇看来,原因之一是相关技术迅速迭代升级,技术门槛不断降低。不仅如此,卫星和火箭发射的成本也显著降低。

  谈到星链计划让全球都实现联网的雄心壮志,陈宏宇认为:“单纯从技术层面来看,是没有问题的。因为通信卫星围绕地球运转,可以实现全球覆盖。”

  但也有人质疑,星链计划提供的互联网服务是否真够用。

  “根据星链计划公布的官方文件,一颗星链卫星的典型覆盖面积是353万平方公里,相当于9个多德国和220个北京。”通信行业观察人士张弛质疑说,即使考虑到卫星采用了相控阵技术,真正服务地区比覆盖面积小些,但一颗卫星为上百个北京这么大的区域提供服务,速率也是不够的。

  每年收入300亿美元遭质疑

  商业前景恐怕是星链计划遭受质疑最多的点。

  据报道,星链计划预计将至少花费100亿美元。即便得以成功实施,如此昂贵的计划,其目标客户到底是谁?

  陈宏宇认为,尽管目前在陆地上铺设光纤信号传输速率比较高,但在海上铺设光纤难度很大,同时在偏远地区铺设光纤性价比不高,而卫星互联网却可以解决这些问题。

  “卫星互联网更多是面向不适宜架设地面基站的地区,包括海上、南北极、荒漠等地区。”陈宏宇补充道,卫星互联网在灾难救援、应急服务方面也有应用需求。

  航天合作组织空间政策和战略中心高级项目负责人凯伦·琼斯接受外媒采访时分析认为,未来卫星互联网服务提供商可能会采取所谓的“吸脂订价”策略,也就是在服务刚刚进入市场时先以航班、舰船以及北极地区的刚需用户等高端客户为目标,将价格定在较高水平。然后随着时间的推移,再逐步降低价格并扩大市场。

  马斯克的期待是,每年从星链计划获得300亿美元的收入。美国北方天空研究组织分析师沙根·萨赫德娃不留情面地指出,至少在本世纪中叶之前,整个市场需求都很难达到每年300亿美元。

  对于卫星互联网计划是否能盈利,陈宏宇认为,卫星和火箭发射的成本十分关键。“目前来看,它们的成本还有进一步降低的空间。”陈宏宇说,随着技术的不断迭代升级和成本的逐步降低,现在仍是稀缺品的卫星互联网,未来也许会变得人人可及。(刘园园)

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