銥星到星鏈，衛星互聯網要來了嗎？

馬點秋

2021年9月20日15時10分，天舟三號貨運飛船在海南文昌發射

9月17日，神舟十二號返回艙在東風著陸場安全著陸，標志著為期90天的載人航天任務圓滿結束。而天舟三號貨運飛船也于9月20日發射升空，為天宮空間站帶去下一次載人任務所需要的各類物資。

天宮空間站如此密集的發射計劃，離不開一套完備的“低延時”空天地一體通信系統。而近年來一股“將網絡建設到太空”的熱潮，也同樣在席卷大洋彼岸的美國。

SpaceX于2015年公布的星鏈計劃，將在今年10月結束其去年底開始的Beta測試，進入正式運營階段。其在美國市場的平均下載速度可以達到97.23 Mbps，與固定光纖寬帶的速度相當。那么，看上去如此“美麗”的衛星互聯網，會成為未來的主流嗎？

我們其實可以從它的“前身”摩托羅拉于1990年代建設的銥星低軌星座通信系統中，窺見一斑。

低軌衛星通信熱潮

銥星計劃是早期“3顆同步衛星覆蓋全球”思想的產物。其以銥原子命名，試圖如圍繞銥原子的77顆電子般，打造一個由77顆（后來降為66顆）近地低軌衛星構成的高速通信網絡。

地球上空的氣象衛星

和位于同步軌道的高軌衛星不同，低軌衛星的覆蓋范圍小，需要多顆衛星組成“星座”這樣的星間通信網絡，才能實現全球覆蓋。但也因為離地球更近，信號傳輸的時延大幅降低，用戶體驗大幅提升。

銥星計劃于1998年11月1日正式投入使用。美國時任副總統戈爾特意捧場，在白宮玫瑰園撥打了第一通銥星電話。而在其之后，包括高通的GlobalStar全球星、軌道通信公司的Orbcomm等一系列衛星通信計劃，在全球吸引了百億美元的投資，在世紀末引發了一陣衛星通信熱潮。

天宮空間站如此密集的發射計劃，離不開一套完備的“低延時”空天地一體通信系統。

但命運和摩托羅拉開了一個巨大的玩笑。1990年代，得到蓬勃發展的不僅是衛星通信技術。大名鼎鼎的第二代移動通信技術GSM網絡、GPRS移動互聯網，也在全球范圍內如火如荼地建設開來。輔以海底光纜和鐵塔式移動基站，人們逐漸意識到，實現全球移動通信也許并不需要高大上的“衛星”，而只要一個個看似不起眼的地面基站即可。

而在銥星計劃提出的1980年代末，移動通信還主要依靠同樣是摩托羅拉研發的、采用第一代模擬信號的“大哥大”。摩托羅拉沒有料想到，移動通信技術的發展如此迅速，而且和自己往“天上走”的想法背道而馳。銥星計劃在正式上線15個月后，因用戶規模只有預期的1/10，營收甚至不能償還貸款的利息，而宣告失敗。

銥星公司申請破產保護，摩托羅拉也陷入巨大危機。圍繞著地球的66顆造價高昂的衛星，難逃墜入大氣層焚毀的命運。有趣的是，最后該計劃被美國國防部收購，至今在遠洋貨輪、登山探險等場景和軍用領域發光發熱。由此看來，基于近地軌道的衛星通信仍有其用武之地，只不過與摩托羅拉最初的構想大相徑庭罷了。

上太空更“親民”

既然有了摩托羅拉的前車之鑒，SpaceX又為何在十余年后重啟低軌通信衛星計劃呢？這其實和SpaceX的“獵鷹9號”可回收火箭所帶來的超低衛星發射成本有關。

在“獵鷹9號”之前，造價從幾千萬到數億美元的火箭，都是不可回收的。唯有航天飛機可以做到重復利用。但航天飛機高昂的維護成本，使得每次的發射成本甚至比火箭還高，達到4億到15億美元，同時結構復雜，故障率居高不下，以至于在近年，美國宇航員要想去國際空間站，還得依靠俄羅斯的“聯盟號”火箭。

而SpaceX的“獵鷹9號”可回收火箭，于2010年首次發射，在2015年12月完成首次成功回收。而星鏈計劃同樣在2015年被提出，擬打造一個由4.2萬顆通信衛星組成的龐大衛星通信網絡。

美國時任副總統戈爾特意捧場，在白宮玫瑰園撥打了第一通銥星電話。

今年9月15日，“獵鷹9號”還利用載人“龍”飛船，將4名不屬于職業航天員的普通平民送入了太空，完成了為期三天的旅程。“獵鷹9號”能夠將15噸載荷，以3000萬美元甚至更低的報價送到近地軌道;原本動輒耗資上億美元的太空任務，瞬間變得“親民”了起來。

同時，SpaceX借鑒了特斯拉超級工廠的自動化生產線，將以往以月為計算單位的衛星制造周期，提升到了每日2顆，基本上能做到每月發射50～60顆衛星，這在以往是不可想象的。并且，衛星的設計思路和傳統通信衛星完全不同，零部件多數為自行設計，集成度更高，表現也遠好于同類產品。

SpaceX如此低廉的成本，和如此之高的發射效率，讓星鏈計劃最大的競爭對手之一OneWeb不堪重負。后者在2020年3月申請了破產保護，隨后被英國政府和印度電信巨頭Bharti收購。

加速搶占頻譜

星鏈計劃在美國受到熱捧，和美國中西部地廣人稀的國情有關。

2G基站的覆蓋半徑有5～10公里，5G基站只有100～300米，同時造價與功率都非常高。蜂窩移動網絡這種先天的特性，讓在地廣人稀的地區建設高速移動網絡成了一項虧本生意。而這部分地區人民對于高速網絡的需求，顯然通過衛星互聯網實現更為合適。

2021年9月15日，SpaceX將4位平民送進太空軌道

“星鏈”的信號接收設備，未來甚至可以安裝在車頂，實現“車基WiFi”，車開到哪，信號就跟到哪。衛星互聯網的這些優勢，完美擊中了美國、加拿大這類低人口密度國家的網絡建設痛點。

另外，SpaceX以如此快的速度建設星鏈網絡，還意在搶占極其有限的頻譜資源：由于無線電波的傳播特性，在同一個頻率下能容納的信號數量是有限的。而又因為低頻電波無法攜帶大量信息，高頻電波在空氣中的衰減過大，所以在現有的技術條件下，適合用于通信的頻段基本上在100Mhz—70Ghz這個范圍。

而國際電聯在2003年確立的衛星通信頻譜使用標準，是“先到先得”。如果照此標準繼續使用，現如今的通信衛星頻譜資源，在幾年內就會被蠶食一空。針對這一情況，2019年的國際電聯通信大會，更新了“非靜止軌道衛星星座頻譜的申請和使用準則”。

然而，新的準則并沒有大家想象中嚴格，這為各個國家和企業仍然留下了不小的操作空間。馬斯克極力推行的“星鏈”計劃，顯然已經在這場太空頻譜大戰中占得先機，為其以后計劃登陸月球乃至移民火星打下了堅實基礎。

中國也在去年，將衛星互聯網列入了新基建名單，以航天科技集團、航天科工等國企為首的諸多航天類企業，也在加緊布局中國版的“星鏈”計劃。在不久的將來，我們或許也能在家中用上來自太空的網絡信號了。