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用衛星讓全球聯網 馬斯克的星鏈計劃會掉鏈子嗎
2019-06-12 08:21:38 來源: 科技日報
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  60顆衛星像一列“火車”浩浩蕩蕩駛過夜空。這是SpaceX公司(美國太空探索技術公司)提出的星鏈計劃所部署的首批衛星。

  近日,這些星鏈衛星在美國弗羅裏達州卡納維拉爾角空軍基地發射升空。

  星鏈計劃試圖實現科幻一般的“太空互聯網”。SpaceX公司宣稱,星鏈計劃屬于下一代衛星互聯網,它能夠以可靠且成本低廉的互聯網寬帶服務連接全球,尤其是那些未被互聯網覆蓋的人群。

  用12000顆衛星提供網絡信號

  SpaceX公司所描繪的星鏈計劃藍圖是,向地球近地軌道發射12000顆星鏈衛星,為全球終端用戶提供低延遲、高帶寬的網絡寬帶服務。

  已發射的首批60顆星鏈衛星,每顆重量約為227千克。這種重量設計可最大化實現衛星大批量生産並利用獵鷹9號火箭的運載能力。據報道,這是SpaceX目前發射出的最重載荷。

  由于計劃發射的衛星總數大得驚人,SpaceX希望加快衛星部署速度。目前其計劃是每次發射60顆,每年發射1000到2000顆。

  談到這項計劃,SpaceX公司掌門人埃隆·馬斯克罕見地低調起來,並表示:“星鏈計劃涉及很多新技術,要實現它十分困難。”

  星鏈計劃也許是最引人矚目的近地軌道衛星互聯網計劃,但並非唯一。

  在國外,OneWeb公司在經歷若幹次推遲後,于今年2月發射了其首批衛星。亞馬遜前不久公布其衛星互聯網計劃,Telesat公司也有相關計劃。

  “在國內,中國航天科技集團公司計劃組建‘鴻雁’全球衛星通信星座係統,中科院與上海市計劃聯合組建一個寬帶衛星星座,商業航天公司也在雄心勃勃地進行自己的寬帶衛星計劃。” 中國科學院微小衛星創新研究院微納衛星研究所所長陳宏宇在接受科技日報記者採訪時介紹道。

  在近地軌道部署衛星互聯網

  為什麼衛星互聯網計劃受到如此熱捧?

  首先必須強調的是,目前已在太空提供互聯網服務的衛星,它們一般是地球同步衛星,軌道高度36000公裏。而上述諸多衛星互聯網計劃的不同之處在于,它們使用多顆近地軌道衛星提供互聯網服務。這些衛星將在距離地球2000公裏以內的軌道上,與地球互通信號。

  陳宏宇介紹,無論是地球同步衛星還是近地軌道衛星,都可以作為空中節點實現地面通信。地球同步衛星的優點是可以固定在某個區域上空運轉,但其缺點也很明顯。

  “地球同步衛星距離地球36000公裏,信號往返時間較長,延遲比較明顯,無法滿足需要低延遲的應用,比如實時通信和諸如網絡遊戲類的互聯網場景。” 陳宏宇説,此外衛星距離太遠,通信所需能量就比較大,衛星天線的功率也比較大。因此地球同步衛星一般是大型衛星,所載能源充足,成本也很高。

  正是出于這些原因,很多企業和機構提出使用近地軌道衛星提供互聯網服務的方案。陳宏宇介紹,這種衛星的優點,一方面是通信信號延遲低;另一方面衛星功率無需太高,屬于小型化衛星,成本也低。

  只不過軌道越低,讓通信信號覆蓋整個地球表面所需要的衛星數量就越多。理論上來講,3顆地球同步衛星就可以覆蓋地球表面。近地軌道衛星難以做到這一點,所以採取這種方案組建衛星互聯網,需要發射更多衛星。

  “天上的通信衛星就像地面基站一樣,鋪設得數量越多,覆蓋就越好。而且單顆衛星通信帶寬有限,每顆衛星服務的用戶數量越少,用戶所享受的帶寬就越高。”陳宏宇説。

  這就是SpaceX提出的星鏈計劃,要發射多達12000顆衛星的原因。

  相關技術門檻正在不斷降低

  當然,除了衛星數量,通過近地軌道衛星組建衛星互聯網,還有其他門檻。軌道上的星座鋪設、天地之間通信載荷以及星間激光通信等是最基本的幾個方面。

  “首先需要將衛星軌道鋪設好。因為衛星在天上的運行並非雜亂無章,而會在天上組網,這就需要為衛星選取合適的節點,在太空組成比較規律的星座。”陳宏宇解釋道。

  而且,近地軌道通信衛星的特點是,用多顆衛星代替一顆地球同步衛星來運行,相互之間需要經常切換信號和數據,所以衛星對地通信的協議、頻率要設計好。

  此外,多顆衛星在天上組網,還需要解決衛星與衛星之間通信的問題。目前比較可行的方案是用激光實現星間高速通信,這也是實現衛星互聯網的關鍵技術之一。

  “太空互聯網”近幾年進展較多,在陳宏宇看來,原因之一是相關技術迅速迭代升級,技術門檻不斷降低。不僅如此,衛星和火箭發射的成本也顯著降低。

  談到星鏈計劃讓全球都實現聯網的雄心壯志,陳宏宇認為:“單純從技術層面來看,是沒有問題的。因為通信衛星圍繞地球運轉,可以實現全球覆蓋。”

  但也有人質疑,星鏈計劃提供的互聯網服務是否真夠用。

  “根據星鏈計劃公布的官方文件,一顆星鏈衛星的典型覆蓋面積是353萬平方公裏,相當于9個多德國和220個北京。”通信行業觀察人士張弛質疑説,即使考慮到衛星採用了相控陣技術,真正服務地區比覆蓋面積小些,但一顆衛星為上百個北京這麼大的區域提供服務,速率也是不夠的。

  每年收入300億美元遭質疑

  商業前景恐怕是星鏈計劃遭受質疑最多的點。

  據報道,星鏈計劃預計將至少花費100億美元。即便得以成功實施,如此昂貴的計劃,其目標客戶到底是誰?

  陳宏宇認為,盡管目前在陸地上鋪設光纖信號傳輸速率比較高,但在海上鋪設光纖難度很大,同時在偏遠地區鋪設光纖性價比不高,而衛星互聯網卻可以解決這些問題。

  “衛星互聯網更多是面向不適宜架設地面基站的地區,包括海上、南北極、荒漠等地區。” 陳宏宇補充道,衛星互聯網在災難救援、應急服務方面也有應用需求。

  航天合作組織空間政策和戰略中心高級項目負責人凱倫·瓊斯接受外媒採訪時分析認為,未來衛星互聯網服務提供商可能會採取所謂的“吸脂訂價”策略,也就是在服務剛剛進入市場時先以航班、艦船以及北極地區的剛需用戶等高端客戶為目標,將價格定在較高水平。然後隨著時間的推移,再逐步降低價格並擴大市場。

  馬斯克的期待是,每年從星鏈計劃獲得300億美元的收入。美國北方天空研究組織分析師沙根·薩赫德娃不留情面地指出,至少在本世紀中葉之前,整個市場需求都很難達到每年300億美元。

  對于衛星互聯網計劃是否能盈利,陳宏宇認為,衛星和火箭發射的成本十分關鍵。“目前來看,它們的成本還有進一步降低的空間。”陳宏宇説,隨著技術的不斷迭代升級和成本的逐步降低,現在仍是稀缺品的衛星互聯網,未來也許會變得人人可及。(記者 劉園園)

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【糾錯】 責任編輯: 冉曉寧
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