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星链卫星网络来势汹汹

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  一个平静的下午,交易员史帝夫突然抬头,注意到屏幕上通知,股票版上有一群人准备炒作一支美股。“太好了,我又可以大赚一笔!”在其他股民的订单都还没送出之前,他已经提前数十毫秒,将自己的订单输入纳斯达克系统。

  接着股价果然如预料上涨,他也顺利的套利了结。当交易的肾上腺素褪去,他觉得肚子饿了。于是调转船头,开船出去吃海鲜。他不用坐在交易厅或者网络遍布的市区,仅仅从太平洋上的一艘小船上领先其他人进行交易,是因为使用了卫星网络服务星链Starlink。

  1.全球星联攒齐计划

  星链是SpaceX的姊妹公司,其实还在测试中,不过已经将完成第一阶段的部署。3月14日早上,一架 SpaceX 猎鹰9号火箭将60颗星链人造卫星送至轨道上,并且成功的在海上降落,结束创纪录的任务。 这一台猎鹰9号是 SpaceX 旗下发射与降落共9 次的老兵。不到数日前,另一架猎鹰 9 号也完成递送 60 颗星链卫星至轨道,让 SpaceX 越来越接近其初步规划的 1440 颗卫星“星座”。

  当前地球的轨道上有约 2000 颗人造卫星,而星链要额外增加 1440 颗!事实上根据星链最新的计划,预计在 2025 年之前发射 1 万 2 千颗人造卫星,后续再考虑发射 3 万颗,总计 4.2 万颗人造卫星!为什么要这么多卫星?因为星链使用的低轨道(Low Earth Orbit, LEO)卫星,离地面近,因此需要大量卫星才能覆盖全球。这跟传统卫星非常不同。

  传统卫星网络是由地球同步卫星(geosynchronous satellite,简称 GEO 卫星)发送,这类卫星固定在地球的相对位置上,离地距离超过2万公里,可以涵盖很大的区域范围,因此只要数十颗就能涵盖整个地球,但相对的频宽比较小。

  而且由于卫星离地太高,地面必须用大体积的天线才能接收到讯号。 若改用近地的 LEO 卫星,无法固定在地球的相对位置上,涵盖范围也比较小,因此需要大量卫星组成一个“小行星带”才能服务全地球,但优点是地面接收器可以大幅度缩小。


  GEO是图中的高轨道卫星,而LEO是低轨道卫星。传统卫星网络公司为何不用 LEO 卫星呢?因为他们没有SpaceX星舰,SpaceX与星链是鱼水关系,火箭与卫星互补。SpaceX 开发出可回收的火箭,大大降低了运货至太空的成本,破坏了太空运输业行情,然而其最大顾客通讯卫星业却来不及反应。

  SpaceX在2012 年就已预见未来可能会无货可送。而LEO卫星貌似最好的选择,LEO 离地面近,涵盖的区域较小,而且容易因大气摩擦而损耗,使用期限短,属于长期客户。星链的卫星预期寿命5年,以3万颗卫星计算每年需补充6千颗卫星。这对传统的卫星业者是天文数字,但这些对SpaceX不是问题。它发射成本低。

  LEO卫星更轻,可以标准化与量产。如果说生产传统GEO卫星像是打造手工超跑,那么做 LEO卫星就像是量产经济型轿车。预估60 颗星链卫星的生产加发射成本低于3千万美元。

  卫星填补了火箭的空舱率,降低了SpaceX的单位成本。而 SpaceX 的低发射成本也提高星链的价格优势。双方可以扩大彼此的规模,进而持续压低成本。而且 SpaceX 还可以用星链来测试成本,即便火箭发射失败,损失也不至于太惨重。例如一开始提到的猎鹰9号,原本规划是能重复发射 10 次,但很明显还没有做到这一步,可重复使用的次数也就2~3次。

  平价卫星网络说起来容易,目前还有许多未知的挑战。例如用户如何连上网络?LEO 卫星无法与地球同步运行,而是以每小时 17500 英里的速度飞驰。而用户的需求首先是必须一开机就能快速接上卫星,同步资料,这需要一颗卫星消失在地平线之前转接下一个卫星才行。要解决此一问题,首先需要卫星数量多,未来的数量将是今天的数十倍。


  未来各国低轨道卫星将包裹全球

  其次,用户约 500 美元,会取得一个相控阵列卫星地面站,类似于现在的“小锅盖”。地面站能自动“扫描”天空,找到最适合的卫星,连线,并追着卫星的位置转动。前一个卫星下线,会通知地面站下一个要连接的卫星的位置,周而复始。


  小锅盖地面站即时扫描对接卫星

  根据初期的测试,目前第一批用户反应良好,许多汇报下载速率约 160 Mb/s,上传速度超过 15 Mb/s,而延迟(latency)则在 40 毫秒以内。可以说是与传统宽频与 4G 网络不相上下,延迟性则更胜一筹。然而频宽是卫星的硬伤。未来用户增加时,会分掉卫星的频宽怎么办?答案还是规模:发射更多卫星!

  卫星的频宽可以叠加。越多卫星覆盖同一区域,频宽越大。因此星链将在不同高度部署卫星。根据星链提交的计划,其第一阶段的卫星将在离地 550公里至 1275 公里之间,分 5 层部署 4408 颗卫星。第二阶段则在非常低轨道的 335 ~345 公里,分 3 层部署 7518 颗卫星。因此同一用户的头顶将有数颗不同高度的卫星。

  更惊人的是,目前星链正在研发卫星与卫星之间的镭射资料传输系统。如果成真,则流量可以进一步分散:一颗卫星满载时,可以呼叫其他卫星分担流量。卫星之间要传输资料,必须同步移动。因此可以想像星链的终极形态,是形成包围地球的 8 个层,就像包着巧克力的 8 层包装纸。


  “包装纸”不断的绕着地球旋转,每一层包含可互相分担频宽的数百颗卫星

  除了自动追踪卫星、频宽叠加、卫星互连技术之外,星链的卫星可以在脱离火箭后自己移动到轨道定位、自动趋避碰撞物、自动微调位置,以及在退役时自动脱离轨道,坠下大气层,并焚烧至少 75%。

  实在很难想像这一切科技的结晶是一个消费性产品,一般人都能买得起,且打开就能用,月费才 99 美元。星链不只是燃料与材料上的创新,它也基于晶片、感测器、软件、电力与连网技术的进步之上。部署初期的1.2 万颗卫星需要 100 亿美元,其实还低于每年更新宽频系统的成本。

  2.星链要怎么赚钱?

  许多人第一个想到赚钱的领域是传统网络服务,例如跟各国的电信公司竞争。但其实马斯克表示:“星链不会是电信商的什么巨大威胁,事实上星链对电信业有利,因为星链将会服务那些电信商原本很难通过线路抵达的族群,以及那些没网络或者连线品质很差的区域。”

  这话要说是洗脑,也并非没道理。的确星链一开始会最吸引那些需求最高的人,例如偏远地区缺乏宽频的人,想像一个在公海航行的渔民,或者山区放养的牧民,会愿意为宽频付多少钱?星链的成本模型与传统电信不同,星链建造基础网络的成本高,但串接到每一位顾客的最后一公里成本却相差无几。

  传统电信商建造基础网络的成本低,因为城市的人口密度高,但要下潜到偏远地区的成本却会快速增加。此外,星链天生是全球级服务,也跟传统电信的市场范畴不同。

  星链一开始会非常吸引边缘的顾客,因为其服务成本跟服务大城市相同,因此价格也合理。边缘包括地理上的边缘,例如乡村、山区、海上等。最先拥抱星链的将是发达国家的乡村,想移向郊区的富豪与科技新贵,接着才是真正的贫穷区域。

  而另一种边缘是使用情境上的尝鲜,例如大城市一些活动突然出现流量高峰,则可更换频道。星链也很适合与电信商合作,作为流量备援或是延伸至偏乡的辅助。此外,LEO 低延迟的特性也适合金融交易。这是因为讯号在真空的传递速度可以逼近光速,约略是海底光缆传输速度的两倍。如果是跨太平洋传输,可以相差数十毫秒。因此高频交易者会抢着付钱。

  星链已经申请将网络用于船、飞机与卡车上,服务飞机乘客、卡车司机与船员们,这符合企业采购的需求。当前星链的成本还在持续降低,不但卫星量产持续加速,SpaceX已经公开了接替猎鹰系列的星舰火箭,号称将能一次承载 400 颗卫星,且可以完全回收。

  国家队入场,未来星链竞争加剧

  在全球星链的竞争者,中国有没有这么方面的规划呢?明确的说,有!近期经国务院批准,新组建的中国卫星网络集团有限公司注册落户雄安新区,据悉,中国卫星网络集团有限公司由国务院国资委代表国务院履行出资人职责,列入国务院国资委履行出资人职责的企业名单。

  中国航天科技集团公司的“鸿雁”星座和航天科工集团的156颗卫星的“虹云”等等已经启动。按照规划,“鸿雁”星座分为两步建设,一期工程将由60颗卫星组网,二期工程将再发射300多颗鸿雁卫星,形成全球覆盖的能力。

  为何大家都想搞“星链”呢,一方面是因为地球卫星轨道资源有限,是先占先得的,这个是重要的资源,所以大家都要抢先占了再说。

  另外一方面,“星链”一旦建成,除了巨大的经济价值之外,还相当于全球都在自己的“监视”之下了。近日中国卫星网络集团有限公司成立,注册资本100亿,其经营范围的主要内容就是卫星互联网,也类似于“星链"这样的产品。很明显,在全球都在争夺地球卫星轨道资源,建立卫星互联网时,中国也正式入局了,国家队入场肯定也会整合目前国内的类似产品,进行统一布局。

  如果未来卫星网络普及之后,会有什么深远的意义?第一个思考角度应该是云服务。星链常被拿来跟贝佐斯的Project Kuiper 相提并论,亚马逊的目标是发射3236颗小卫星,组成一个网络,将高速互联网传输到地球上的任何地方,服务AWS(亚马逊云),虽然目前时间和成本还没有明确的方案,但摩根士丹利分析师强调了该网络的潜力。

  目前卫星网络只能转传资料,但随着运算能力持续提高、成本与耗电量降低,或许将来也可以在卫星上储存跟运算资料?那么星链就有机会成为一个全球级的,不受地理限制的云服务。 如此一来,企业不只可以用星链作为网络应用,也可以拿来备份资料。富豪可以买下一排卫星,拥有独家的网络与储存服务。或许可以在卫星上做交易?比如摩根大通成功的在两颗 LEO 卫星之间完成加密货币交易。未来星链可能成为加货币交易网络,并且协助地面的物联网装置清算,当然卫星也可以作为加密货币的钱包。理论上最低延迟的交易应该是在卫星上完成,此时没有使用星链的交易员就更吃亏了。当卫星科技普及,或许大学或高中生都可以开发太空的工具,然后搭在一颗卫星上送到太空测试,就像我们现在应用宽带网络一般简单。

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