《麻省理工科技评论》2020年"全球十大突破性技术"系列之超级星座卫星

    "超级星座卫星的意义在于能让高速互联网,也可以让地球的卫星轨道变成一个充满垃圾的雷区。"

SpaceX"星链"计划

    面对全球一半的人口未接入互联网这个缺口,知名"狂人"埃隆·马斯克向全世界宣布,用1.2万颗低轨卫星满足这部分人群的连网需求,并为地球提供全天候、高速、低成本的高速互联网。这一项目被命名为"星链"计划,亦称为Starkline,即一个最终计划超过一万颗通信卫星的卫星星座,通过KA和KU波段为地面提供互联网服务预计在2019年至2024年间落实。一旦成功,将为SpaceX带来每年至少300亿美元的收益。

    2018年3月,SpaceX猎鹰九号火箭发出"星链"计划的试验星,本次任务搭载了2颗小卫星,为"星链"计划拉开了帷幕。

    今年6月13日,SpaceX猎鹰9号火箭成功发射第九批"星链"卫星,本次共搭载58颗小卫星,"星链"卫星在近地轨道上的总数超过了500颗。

    一箭搭载60个卫星的进度将超过SpaceX部署卫星进程的预期。这对于其他国家来说只是其中一个梦魇,更为刺激的是,2019年10月,SpaceX的"星链"计划将卫星发射总数量从1.2万颗更新到了令人咋舌的4.2万颗,按照计划日程,2020年底前共有800颗卫星为北美地区提供互联网骨干网服务。

    4.2万颗是个什么概念呢?目前,人类发射的仍然在轨的卫星数量仅为2000颗左右,若4.2万颗卫星飞天成功,分布在离地表500多公里的近地轨道,使得太空的卫星密度提高20倍,卫星间的平均距离在240公里左右,将近地外太空分割成北京城大小的区域,实现全球范围内的无死角精准定位。

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    精准定位将利好马斯克的电动汽车业务,低轨卫星网络将为自动驾驶的特斯拉提供高精定位服务,实现导航增强功能,满足自动驾驶对于复杂路况的及时反馈需求。

最难开发的市场也是潜力最大的市场

    全球96%的人口生活在拥有移动蜂窝网络覆盖的地区,其中有 90%的人使用3G及以上的互联网。但是全球有半数人口未接入互联网,原因之一在于现有网络资费昂贵,贫困地区人口难以负担。

    数据显示,截止2018年年底,全球39亿人接入了互联网,接网率为51.2%。在所有国际电联区域中,非洲报告的增长率最为强劲,其中使用互联网的人口比例从2005年的2.1%增加到2018年的24.4%,尽管增长速度肉眼可见,但互联网在非洲的覆盖集中,大部分非洲人口依然没有接入互联网,可谓前路漫漫。

航空、航海等领域有望成为最早的一批用户

    万物联网的时代,网络服务成为反映企业综合服务能力的指标之一,尤其对于民航企业。未来低轨互联网星座有望成为航空公司提供Wi-Fi服务的另一选择。2018年,全球航空公司运送旅客44亿人次,部分航空公司借助高轨通信卫星提供机载Wi-Fi,表现出速度慢和流量限制等问题,而多数航班在提供机载Wi-Fi上有心无力。低轨互联网星座建成后,预计将和高轨通信卫星产生竞争,低轨互联网星座有望凭借更优异的网络表现争夺市场。

    2019年初全球总共有95402条航运船,航运船上的海员上网主要通过海事卫星,而上网普及率较低。2019年全球邮轮乘客人数达到3000万,比上一年增加近200万,邮轮乘客对网络需求较为旺盛。航运船与邮轮对互联网接入需求较为强烈。

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政府、国防订单将是星座运营的重要基石,轨道资源的争夺成为各国焦点

    低轨互联网星座可提供全球性不间断连续通信服务,可作为政府应急以及国防通信的重要补充手段,政府、国防订单将是星座运营的重要基石。

    传统卫星体积大,覆盖面广,但距地表远、高延迟、连接不稳定。低轨卫星距地表近,覆盖范围有限,但由多个卫星连接而成的星座可以兼顾到低延时和广覆盖的要求。近地轨道资源基本是"谁先占谁所有",目前国际卫星通信界和联合国也奉行这一原则。对于近地轨道优质频段的争夺成为大国间的战略性布局,各国都显得剑弩拔张。

国内低轨互联网星座建设迫在眉睫,重点关注上游制造业

    卫星发射的后发劣势十分明显,当前,以SpaceX和OneWeb公司为代表的低轨互联网卫星星座企业已经进入了卫星大批量部署阶段,其卫星星座规模庞大,将占据宝贵的空间轨道频率资源。我国亟需加快低轨互联网卫星星座的建设,推动卫星产业链的发展。

    国内的国营企业和民营资本在低轨互联网星座建设上表现积极。2017年,中国推出了自己的"星链"计划——虹云工程,该工程由中国航天科工执行;中国航天科技集团推出鸿雁星座计划,在2022年建成由60颗卫星组成的通信网络;二期计划到2025年部署320颗卫星,构建"海、陆、空、天"一体的卫星通信与空间互联网接入系统,实现全球任意地点的互联网接入;民营商业航天公司中,九天微星的物联网星座则包含72颗卫星。

低轨互联网星座产业链上游为卫星及地面系统制造、运载火箭制造、用户站制造,卫星运营为中游,电信运营等卫星应用为下游。

    低轨互联网星座首先要建设的是卫星,因此卫星制造产业链和运载火箭产业链将率先受益;地面系统与卫星同步建设或紧随其后,包括信关站、测控站等。卫星星座和地面站建设完成系统可以提供服务后,用户站制造将开始放量。最后是卫星运营商的客户规模逐渐扩大。

    然而,在建成全球网络无死角覆盖的同时又衍生出许多问题。数量庞大的卫星在有限的空间资源上运动,一旦发生一起碰撞事故,就会导致多米诺骨牌效应,最终形成无数空间碎片。这种灾难所带来的危害是及时性的也是延时性的,使得当前人类无法再使用卫星服务,更会阻碍未来人们对太空的探索。2019年9月,Starlink的一颗卫星与欧洲航天局的一颗气象卫星擦边而过,为此人们都捏了一把冷汗,这使得我们意识到还完全没有做好准备,维持如此大量的卫星在轨运行,一套完善的卫星管理系统是卫星发射和运行的重要保障,显然,我们还未曾拥有这样的系统。另外,一些来自学界的研究者对这项计划非常不满,原因在于大量卫星会对天文学的研究造成干扰。

    外界对"星链"计划的异议,是为各学科的共同繁荣发展发声、也是人们心系未来发展的表现。但我们无法否认,"未来十年内,这些巨形卫星互联网星座的命运将决定地球轨道空间的未来。"


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卫星

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海上卫星通信

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