60顆衛(wèi)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(shù)公司)提出的星鏈計劃所部署的首批衛(wèi)星。
近日，這些星鏈衛(wèi)星在美國弗羅里達州卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空。
星鏈計劃試圖實現(xiàn)科幻一般的“太空互聯(lián)網(wǎng)”。SpaceX公司宣稱，星鏈計劃屬于下一代衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，它能夠以可靠且成本低廉的互聯(lián)網(wǎng)寬帶服務(wù)連接全球，尤其是那些未被互聯(lián)網(wǎng)覆蓋的人群。
用12000顆衛(wèi)星提供網(wǎng)絡(luò)信號
SpaceX公司所描繪的星鏈計劃藍圖是，向地球近地軌道發(fā)射12000顆星鏈衛(wèi)星，為全球終端用戶提供低延遲、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)寬帶服務(wù)。
已發(fā)射的首批60顆星鏈衛(wèi)星，每顆重量約為227千克。這種重量設(shè)計可最大化實現(xiàn)衛(wèi)星大批量生產(chǎn)并利用獵鷹9號火箭的運載能力。據(jù)報道，這是SpaceX目前發(fā)射出的最重載荷。
由于計劃發(fā)射的衛(wèi)星總數(shù)大得驚人，SpaceX希望加快衛(wèi)星部署速度。目前其計劃是每次發(fā)射60顆，每年發(fā)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(diào)起來，并表示：“星鏈計劃涉及很多新技術(shù)，要實現(xiàn)它十分困難。”
星鏈計劃也許是最引人矚目的近地軌道衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計劃，但并非唯一。
在國外，OneWeb公司在經(jīng)歷若干次推遲后，于今年2月發(fā)射了其首批衛(wèi)星。亞馬遜前不久公布其衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計劃，Telesat公司也有相關(guān)計劃。
“在國內(nèi)，中國航天科技集團公司計劃組建‘鴻雁’全球衛(wèi)星通信星座系統(tǒng)，中科院與上海市計劃聯(lián)合組建一個寬帶衛(wèi)星星座，商業(yè)航天公司也在雄心勃勃地進行自己的寬帶衛(wèi)星計劃。” 中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院微納衛(wèi)星研究所所長陳宏宇在接受科技日報記者采訪時介紹道。
在近地軌道部署衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)
為什么衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計劃受到如此熱捧?
首先必須強調(diào)的是，目前已在太空提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的衛(wèi)星，它們一般是地球同步衛(wèi)星，軌道高度36000公里。而上述諸多衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計劃的不同之處在于，它們使用多顆近地軌道衛(wèi)星提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。這些衛(wèi)星將在距離地球2000公里以內(nèi)的軌道上，與地球互通信號。
陳宏宇介紹，無論是地球同步衛(wèi)星還是近地軌道衛(wèi)星，都可以作為空中節(jié)點實現(xiàn)地面通信。地球同步衛(wèi)星的優(yōu)點是可以固定在某個區(qū)域上空運轉(zhuǎn)，但其缺點也很明顯。
“地球同步衛(wèi)星距離地球36000公里，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(yīng)用，比如實時通信和諸如網(wǎng)絡(luò)游戲類的互聯(lián)網(wǎng)場景。” 陳宏宇說，此外衛(wèi)星距離太遠，通信所需能量就比較大，衛(wèi)星天線的功率也比較大。因此地球同步衛(wèi)星一般是大型衛(wèi)星，所載能源充足，成本也很高。
正是出于這些原因，很多企業(yè)和機構(gòu)提出使用近地軌道衛(wèi)星提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的方案。陳宏宇介紹，這種衛(wèi)星的優(yōu)點，一方面是通信信號延遲低;另一方面衛(wèi)星功率無需太高，屬于小型化衛(wèi)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(wèi)星數(shù)量就越多。理論上來講，3顆地球同步衛(wèi)星就可以覆蓋地球表面。近地軌道衛(wèi)星難以做到這一點，所以采取這種方案組建衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，需要發(fā)射更多衛(wèi)星。
“天上的通信衛(wèi)星就像地面基站一樣，鋪設(shè)得數(shù)量越多，覆蓋就越好。而且單顆衛(wèi)星通信帶寬有限，每顆衛(wèi)星服務(wù)的用戶數(shù)量越少，用戶所享受的帶寬就越高。”陳宏宇說。
這就是SpaceX提出的星鏈計劃，要發(fā)射多達12000顆衛(wèi)星的原因。
相關(guān)技術(shù)門檻正在不斷降低
當然，除了衛(wèi)星數(shù)量，通過近地軌道衛(wèi)星組建衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，還有其他門檻。軌道上的星座鋪設(shè)、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(wèi)星軌道鋪設(shè)好。因為衛(wèi)星在天上的運行并非雜亂無章，而會在天上組網(wǎng)，這就需要為衛(wèi)星選取合適的節(jié)點，在太空組成比較規(guī)律的星座。”陳宏宇解釋道。
而且，近地軌道通信衛(wèi)星的特點是，用多顆衛(wèi)星代替一顆地球同步衛(wèi)星來運行，相互之間需要經(jīng)常切換信號和數(shù)據(jù)，所以衛(wèi)星對地通信的協(xié)議、頻率要設(shè)計好。
此外，多顆衛(wèi)星在天上組網(wǎng)，還需要解決衛(wèi)星與衛(wèi)星之間通信的問題。目前比較可行的方案是用激光實現(xiàn)星間高速通信，這也是實現(xiàn)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
“太空互聯(lián)網(wǎng)”近幾年進展較多，在陳宏宇看來，原因之一是相關(guān)技術(shù)迅速迭代升級，技術(shù)門檻不斷降低。不僅如此，衛(wèi)星和火箭發(fā)射的成本也顯著降低。
談到星鏈計劃讓全球都實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的雄心壯志，陳宏宇認為：“單純從技術(shù)層面來看，是沒有問題的。因為通信衛(wèi)星圍繞地球運轉(zhuǎn)，可以實現(xiàn)全球覆蓋。”
但也有人質(zhì)疑，星鏈計劃提供的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)是否真夠用。
“根據(jù)星鏈計劃公布的官方文件，一顆星鏈衛(wèi)星的典型覆蓋面積是353萬平方公里，相當于9個多德國和220個北京。”通信行業(yè)觀察人士張弛質(zhì)疑說，即使考慮到衛(wèi)星采用了相控陣技術(shù)，真正服務(wù)地區(qū)比覆蓋面積小些，但一顆衛(wèi)星為上百個北京這么大的區(qū)域提供服務(wù)，速率也是不夠的。
每年收入300億美元遭質(zhì)疑
商業(yè)前景恐怕是星鏈計劃遭受質(zhì)疑最多的點。
據(jù)報道，星鏈計劃預(yù)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(shè)光纖信號傳輸速率比較高，但在海上鋪設(shè)光纖難度很大，同時在偏遠地區(qū)鋪設(shè)光纖性價比不高，而衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)卻可以解決這些問題。
“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)更多是面向不適宜架設(shè)地面基站的地區(qū)，包括海上、南北極、荒漠等地區(qū)。” 陳宏宇補充道，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在災(zāi)難救援、應(yīng)急服務(wù)方面也有應(yīng)用需求。
航天合作組織空間政策和戰(zhàn)略中心高級項目負責人凱倫·瓊斯接受外媒采訪時分析認為，未來衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商可能會采取所謂的“吸脂訂價”策略，也就是在服務(wù)剛剛進入市場時先以航班、艦船以及北極地區(qū)的剛需用戶等高端客戶為目標，將價格定在較高水平。然后隨著時間的推移，再逐步降低價格并擴大市場。
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(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計劃是否能盈利，陳宏宇認為，衛(wèi)星和火箭發(fā)射的成本十分關(guān)鍵。“目前來看，它們的成本還有進一步降低的空間。”陳宏宇說，隨著技術(shù)的不斷迭代升級和成本的逐步降低，現(xiàn)在仍是稀缺品的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，未來也許會變得人人可及。
關(guān)鍵詞： 星鏈計劃 太空互聯(lián)網(wǎng)
