通信卫星|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 。
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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 。
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“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 。
【通信卫星|美国SpaceX已部署近600颗“星链”卫星 却存在五大局限】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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