美国SpaceX已部署近600颗“星链”卫星 却存在五大局限

2020年8月9日,美国SpaceX公司宣布已经成功发射并部署了第十批“星链”卫星。到目前为止,通过10次发射, Spacex已经实现成功部署总共595颗“星链”卫星(其中2颗失效),成为全球最大的商业卫星网络拥有者,据估计将在2020年末期为美国和加拿大客户提供在轨应用服务,2021年再将服务区域扩大到全球其他地区。星链计划作为低轨卫星星座,最终目标是形成一个低成本、全覆盖的天基全球通讯系统,也计划向科研组织和军方提供卫星服务。

“星链”计划的本质其实就是低轨通信星座,其概念其实已经提出多年。摩托罗拉在上世纪90年代就提出了近地轨道卫星组建无线通信网络的概念,提出了“铱星计划”,原计划由77颗卫星(实际为66颗)构建,共耗资超过50亿美元,可提供全球范围内的电话通信业务然而由于当时地面2G网络已经逐渐发展成熟,用户数量与日俱增,相比之下铱星计划的总用户数刚刚超过5万,远远少于盈亏平衡所需的60多万用户,严重入不敷出,最终在1999年8月宣告破产,后来被美国国防部接手。

从卫星的原理和功能上,星链计划和铱星计划其实相差不大,两者的区别在于:一是,铱星为用户提供语音通信这类“窄带”服务,而“星链”专门为用户提供上网连接服务这类“宽带”服务;二是,“星链”计划的卫星数量更多,量产成本更低,猎鹰9号火箭重复使用发射成本更低。

正是由于“星链”计划本身作为低轨道通信星座的本质,决定了“星链”计划会有很多应用限制,具体如下:

由于“星链”卫星工作在Ka、Ku和V波段,与日常手机上的WIFI不是一个频段,因此“星链”无法实现手机直连,需要有专门的接收终端,且无法集成到目前的便携手机中,这是日常使用上一个巨大的限制。马斯克更早时候就曾坦言,地面人员在使用“星链”的专用路由器后才能成功享用“星链”WIFI功能。

由于卫星通讯信号无法穿透钢筋水泥等建筑物,甚至下雨时雨水也会隔断信号,因此卫星电话在室内不能正常接收到卫星信号,这是日常使用上另一个巨大的限制,必须通过外接专门的卫星天线将信号引入室内,天线尺寸约0.48米,安装在屋顶或屋外,并需要对准开阔的天空

由于“星链”卫星是轨道高度340km~1300km的低轨卫星,距离地面更近,信号传输的时延可达到15ms~20ms,与有线互联网水平相当,虽然比轨道高度6000km的地球同步卫星的250ms时延已经小了一个数量级,但还是远高于地基5G无线通信的1ms时延,对于无人驾驶等对时延要求苛刻的应用场景无法应用,可以与5G网络实现互补,实现万物互联和全球覆盖。

“星链”单颗卫星的设计带宽大小为17~20Gbps,42000颗卫星全部部署完成后总带宽就是84万Gbps,若按5G入门标准上网速度1Gbps计算,仅能同时供84万用户使用,若降到4G标准的100Mbps,能同时供84万用户使用;这就意味着仅能提供给全球部分或高端用户使用,无法成为全球范围内的大众化通信网络。

从成本角度来看,“星链”计划总共发射的数量巨大,一颗卫星的成本约100万美元,42000颗卫星光造价就是420亿美元,按理想情况猎鹰9号火箭重复使用10次,单次发射成本为1000万美元,700次发射费用约70亿美元,再加上部署后的维修,以及定期的扩张网络与更换卫星,保守估计整个“星链”计划的研制、部署和维持需要耗资高达1000~2000亿美元以上,Spacex是否能够融到足够资金支持这样的高成本投入是一个疑问。在需要投入如此巨额的费用的情况下,如何盈利又成为一个问题,如上面分析,星链有各种应用限制,注定无法成为全球普罗大众日常使用的通信网络,主要用户群仍然是有特殊通信需求的少数用户的美国军方。前车之鉴就摆在眼前, OneWeb成立之初就成为马斯克最有力的竞争对手,也是通过卫星组网的方式实现天地无线通信,但在发射74颗卫星、创始以来逛花30多亿美元后,账面上依然未有盈利,再加上疫情影响新的融资无望,今年三月份已宣布破产,原计划的650颗卫星发射计划也被搁浅。

路漫漫其修远兮,尽管“星链”计划如火如茶的进展之中,但我们不得不看到“星链”计划仍有不少限制,发展过程也存在很多挑战。我国也该正视低轨道互联网卫星星座计划的优势和局限,加快部署适应我国发展需要的低轨道通信星座,在与强国的新一轮信息网络技术竞争迎头赶上。(作者 张洪礼)

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