“太空互聯網來了！衛星信號直達你家，比5G更快！ ”——有網友這麼說
SpaceX 公司宣稱，“星鏈計劃”可以向全球任何地區的任何用戶提供至少 1Gbps 帶寬的互聯網服務，而且費用超低。
這個天上掛著的星鏈，真的是有那麼香嗎？榕哥幫你分析分析。
星鏈計劃是什麼？
星鏈（Starlink），是美國太空探索技術公司（SpaceX）的一個項目，項目計劃在2019年至2024年間在太空搭建由約1.2萬顆衛星組成的衛星群。
衛星群包括：分佈在1150km高度(最近已調低到550km高度)的4425顆衛星，和分佈在340km左右的7518顆衛星，可以較好地實現全球覆蓋。
60顆衛星在太空中依次展開
2020年4月22日，馬斯克利用自己公司的可回收火箭，將第7批60顆衛星送上了太空，累計已發射了422顆。在今年內還將發射1000顆衛星並開始實測。
除了已獲FCC（美國聯邦通信委員會）批准的這1.2萬顆衛星，SpaceX公司另外3萬顆也已提交申請，屆時“星鏈”衛星總量達到約4.2萬顆。為了完成這一海量衛星計劃，SpaceX 還在華盛頓州雷德蒙市開設了一個新的工廠來研製生產這些衛星。
截至 2019 年 1 月 9 月，全球在軌正常運行衛星數量為 2062 顆，其中通訊衛星 776 顆。
相比較而言，數量龐大的4.2萬顆衛星是多恐怖！
擁擠不堪的地球衛星軌道
星鏈衛星將支持四種波段的通信模式，Ku波段（12-18GHz），Ka波段（26.5-40GHz），V波段（50-75GHz）和星間激光通信。550km高度衛星採用Ku、Ka波段，340km高度衛星作為數據中繼站採用V波段。附波段頻率對照表
衛星通信波段頻率對照表
星鏈計劃，因其龐大衛星規模，引起世界集體關注！這就是“狂人”馬斯克的風格，驚世駭俗！
衛星互聯網中，星鏈不是第一
最早的衛星通信系統，要數美國摩托羅拉公司開發的銥星系統，主要提供衛星電話服務。她在1991年就正式立項，但1998年才提供服務，錯失了發展良機，2000年3月18日，銥星項目揹負40多億美元債務正式破產。
銥星系統概念圖
之後成功的例子，有谷歌參與投資、成立於2007年的“O3b Networks”初創公司，創始人格里格·維勒的初衷“other 3 billion（people )”，意為要為地球上另外30億人提供網絡服務。它自2014年提供商業服務，僅用半年就達到原計劃一年1億美元的收入水平。O3b Networks公司2016年在亞太地區合同網絡吞吐量高達7.5 Gbps，總使用帶寬同比增長約30%。
O3b Networks
後來，格里格·維勒在2012年又單獨創立了 OneWeb公司。OneWeb計劃通過“低軌衛星互聯網星座計劃”以構建高速、低延時的網絡連接。到2020年3月，他已經發射了74顆衛星，可是新冠疫情的到來，打亂了OneWeb的計劃，2020年3月27日，OneWeb公司申請破產保護，可見發展低軌互聯網星座將面臨諸多風險。
受O3b Networks商業成功的激勵，更多低軌互聯網星座計劃相繼提出，準備在潛在的巨大市場中分一杯羹。其中包括SpaceX 提出的 Starlink（1.2萬顆衛星）、LeoSat公司提出的LeoSat（108顆衛星）、加拿大 TeleSat 公司的 TeleSat LEO（298顆衛星）、亞馬遜的 Kuiper（3236顆衛星）、航天科工集團的虹雲工程（156顆衛星）、航天科技集團的鴻雁星座（300顆衛星）、航天科工集團的行雲工程（80顆衛星）、銀河航天的銀河 Galaxy（1000+衛星） 等。
O3b和已經成熟的GEO高通量衛星，其數據傳輸速率大大超過了銥星和全球星系統，雖然其系統容量無法與地面通信手段相比，但對於地面設施無法覆蓋的地區，已經能夠滿足基本的寬帶需求。
低軌衛星星座計劃層出不窮，國際電信聯盟在頻率分配上承受越來越大壓力，頻率現已成為高度稀缺的資源。
按照國際電信聯盟“先登先佔”的規則，衛星頻率軌道資源成為國家發展的戰略性稀缺資源，是空間基礎設施建設的基礎。
中國版“星鏈”
虹雲工程
虹雲工程是中國航天科工五大商業航天工程之一， 脫胎於中國航天科工的“福星計劃”，計劃發射156顆衛星，運行在1000km軌道上。虹雲工程定位的用戶群體主要是集群的用戶群體，包括飛機、輪船、客貨車輛、野外場區、作業團隊以及一些偏遠地區的村莊、島嶼等。無人機、無人駕駛行業等，也是虹雲工程未來可能服務的行業。
按照規劃，整個虹雲工程被分解為“1+4+156”三步。第一步計劃在2018年前，發射第一顆技術驗證星，實現單星關鍵技術驗證；第二步到“十三五”末，發射4顆業務試驗星，組建一個小星座，讓用戶進行初步業務體驗；第三步到“十四五”末，實現全部156顆衛星組網運行，完成業務星座構建。
虹雲工程首發星
2018年12月22日，我國虹雲工程技術驗證星成功發射入軌。
鴻雁星座
鴻雁全球衛星星座通信系統是中國航天科技集團公司計劃2020年建成的項目。該系統將由300顆低軌道小衛星及全球數據業務處理中心組成，“鴻雁星座”一期預計投資200億元，在2022年建成由60顆衛星組成的通信網絡；二期預計2025年完成建設，目標是構建“海、陸、空、天”一體的衛星移動通信與空間互聯網接入系統，實現全球任意地點的互聯網接入。
鴻雁星座示意圖
2018年12月29日，已成功發射“鴻雁”全球衛星通信星座首顆星。
行雲工程
行雲工程作為中國首個投資建設的天基物聯網星座，是中國航天科工集團佈局的“五雲工程”商業航天重點項目之一。它是面向物聯網的低軌窄帶衛星通信系統，將是實現萬物互聯的5G網絡的有力補充。
行雲工程示意圖
行雲工程將分3階段實施：計劃在2019年完成兩顆試驗星的發射，2020年發射完12顆衛星，2023年發射完80顆衛星，形成覆蓋全球的天基物聯網系統，並廣泛進行國內外市場的推廣。
受疫情影響，原計劃於4月中下旬發射的行雲工程首發星——行雲二號01、02號衛星，目前尚未完成發射。
銀河 Galaxy
銀河航天星座計劃是第一家由民營商業航天企業銀河航天公司投資建設的低軌寬帶衛星通信系統。
銀河航天星座計劃由上千顆5G通信衛星在1200千米的近地軌道組成星座，無縫擴展地面通信網絡，實現對陸地、海洋及天空全覆蓋。銀河航天計劃在3年內發射144顆衛星，使星座帶寬總量達到20TB，打造中國版的“星鏈”系統。
2020年1月16日，銀河航天自主研製的首顆Q/V頻段衛星成功發射，這是中國首顆通信能力達10Gbps的民營5G低軌寬帶衛星。
除了以上幾個星座計劃，更多的中國企業也開始加入這一競爭中來，中國的星鏈計劃將逐漸在世界舞臺嶄露頭角。
為什麼星鏈不能替代5G
終端原因
互聯網需要雙向通信，市面上再大功率的手機的傳播距離超不過10公里，所以別指望300公里以上的衛星收到你的信號。
再一個目前手機工作頻段在0.8GHZ~5GHZ之間，和衛星工作頻段不在一個頻段，所以直接通信也是不可能的。
所以，SpaceX公司申請了100萬個地面“用戶終端”的許可，用於接收這些微型衛星群發射的信號，提供給用戶以接入高速互聯網。
按馬斯克的說法，這些用戶終端就像“棍子上的小型UFO”，便於插拔式安裝，對著天空就能接收到“星鏈計劃”衛星群發射的信號，然後將信號轉成Wifi信號，用戶就上網了。據說它長這樣，有點像收看衛星電視的小鍋頭。
棍子上的小型UFO
你是願意頂著小飛碟出門呢，還是揹著個小黑鍋出門呢？即使你願意，對不起你還得牽著根電源線的尾巴。
帶寬速率
根據Space X提交的資料，星鏈計劃每顆衛星的設計峰值帶寬為20G，計劃給每個用戶提供1Gbps的帶寬。1.2萬顆衛星的總帶寬就是24萬G，可供24萬用戶以5G入門峰值帶寬同時上網。中國4G用戶超過12億，按全球佔比40%計算，全球應該有30億4G用戶，這24萬用戶放到全球還不到萬分之一。所以這個網只能是少數人使用。這號稱300億美金的投資，即使分攤在100萬用戶身上，人均3萬美金，真也不便宜！
連接數量
假設不考慮1G的理想帶寬，每用戶連接平均帶寬低至10M，一個衛星能提供的連接能力每平方公里不過2000個。根據標稱550km軌道高度，天線覆蓋範圍是64萬平方公里。
星鏈衛星的覆蓋範圍示意圖
這個連接密度和5G網絡要求的每平方公里能連接100萬個在線設備相比，簡直可以忽略不計。全球4.2萬顆衛星，和北京市7.5萬個4G基站相比，你就知道這個差距有多大，何況5G基站密度至少是4G基站的2-4倍。
空口時延
5G網絡要求達到小於1ms的信息處理信息延時，以滿足無人駕駛、工業互聯網、遠程醫療手術、雲VR、雲遊戲等場景的要求。而星鏈所能提供的端到端時延至少在25ms以上，顯然無法滿足未來物聯網的許多場景需求。
4萬顆衛星覆蓋全球，對一個城市的覆蓋，每時每刻最多隻有幾十顆衛星。你知道北京有多少個4G基站嗎？根據2018年底的統計，北京市的移動，聯通和電信這三大運營商，在北京市一共有7.5萬個4G基站。而為了5G基站的數量將是4G基站數量的4倍以上。
總之一句話，星鏈計劃不是為屌絲準備的，更可能是有特別需求的企業。替代5G的說法，就是扯淡。
星鏈不是6G
星鏈怎麼扯上6G了？只是因為它是衛星互聯網，但6G的衛星互聯網不會是現在星鏈的衛星互聯網。
6G網絡將致力於打造一個集地面通信、衛星通信、海洋通信於一體的全連接通信世界，沙漠、無人區、海洋等如今移動通信的“盲區”有望實現信號覆蓋。這裡地面通信主要指6G地面蜂窩網絡，衛星通信就是指衛星互聯網。
從5G到6G，移動通信網絡將在5G基礎上提升10-100倍，目前已知提升的技術指標包括：
•單用戶最高傳輸速率達1Tbps
5G由小於6GHz擴展到毫米波頻段，6G將邁進太赫茲（THz）時代。
•網絡時延達0.1ms（極端工業控制場景）
•定位精準度達釐米級
•設備同步時延在1μs內
•連接設備密度達每立方米數百個
還有超安全和超可靠、數據隱私保護、人工智能與無線網絡融合等特性。
星鏈目前的互聯網技術指標，既夠不著5G，也更夠不著6G。它只是個太空裡的普通互聯網，十幾年後星鏈衛星的設備從芯片到設備、從硬件到軟件都要更換才能跟上6G節奏。
星鏈計劃的目標還是5G網絡覆蓋不了的地區和用戶，只是5G網絡的補充。
星鏈計劃影響太空探索
5月1日晚上，新一批“星鏈”衛星將過境廈門。40顆肉眼可見的“星鏈”衛星一字排開，宛如一輛“銀河號列車”，在晚上7時48分從西北方向“駛”入廈門上空，過程持續9分鐘。
星鏈過境廈門夜空
吃瓜群眾好不熱鬧，可是卻苦了天文學家和愛好者！
國際天文學界一直對數量龐大的互聯網衛星可能影響天文學觀測並存在與航天器碰撞的風險表示擔憂。
因為每顆衛星都帶有太陽能電池板，有時會將太陽光反射向地球，這會破壞地面天文臺拍攝的照片。並且這些衛星還發射無線電頻率，可能威脅地球上的射電望遠鏡觀測。如果星鏈大規模發射，這種影響可能會非常大。
（地面天文臺拍攝出了星鏈衛星的軌跡，很明顯可以看到對其他星光的干擾）
上圖是美國西北大學在11月18日使用暗物質照相機在塞羅·託洛洛美洲天文臺拍攝的。19條Starlink衛星的軌跡穿越了6分鐘曝光的照片中。
比如對於大型綜合巡天望遠鏡LSST來說，星鏈計劃一旦完成，LSST20%的觀測將會變得毫無價值。
2019年9月2日，歐航局“風神”氣象衛星與太空探索技術公司“星鏈44”衛星險碰撞。歐洲航天局對一顆所屬衛星採取緊急變軌操作，才避免了一場可能發生的“太空交通事故”。
太空探索的價值，和“星鏈”衛星互聯網的商業價值，誰優誰劣？目前並沒有一個現存的規則和制度來權衡。
人類的共同利益有可能被少部分人所掌握和利用！星鏈，沒有人們想象的那麼美好！
星鏈計劃的背後考量
經濟上逐利
O3b Networks的成功，說明5G網絡覆蓋不到的地方有一個潛在的藍海市場，資本逐利是天性！
頻率軌道資源搶佔
根據國際電信聯盟“先登先佔”的規則，在衛星發射前的2-7年內，向國際電聯申報擬建衛星系統的無線電頻譜和軌道的技術參數即衛星網絡資料。
國外衛星互聯網星座頻率軌位的爭奪再次說明頻率的重要性和核心地位。
所以只要佔用了，衛星沒落地，資源就是你的。馬斯克的4.2萬顆衛星的計劃，不是因為1.2萬顆通信容量不夠，而是未來發展對頻率軌道搶佔的需要。
美國FCC毫不猶豫地批准了星鏈計劃龐大的衛星申請，也說明了問題。
國家綜合實力的競爭
衛星互聯網是航空航天領域發展的一個分支，隨著數字地球概念的深入人心，地球每一寸土地都需要數據化。未來的技術將是面向三維立體的空間，比如VR/AR/全息投影，這些技術都需要立體空間的網絡通信技術的支持。
5G技術，美國已經落敗，自然寄希望於在面向6G及未來的技術方面扳回一城！歡迎閱讀我的文章——美國選擇WiFi 6，恰是對華為5G及WiFi技術領先地位的無奈！
搶佔技術制高點，無疑是各個國家的最重要的戰略考量。星鏈的背後是美國國家的支持。當然這需要國家有強大的綜合實力，它本身也是國家強大實力的表現，畢竟這是大國間的遊戲！
對未來的建議
雖然美國星鏈計劃衛星數量龐大，但是單一的衛星互聯網是無法撐起萬物互聯世界的天空的！中國有5G技術的積澱，6G技術的研發將會更加有優勢，只要能及時補充完善中國的太空互聯網的能力，就一定能在6G的技術競爭中奪得先機！
所以面對美國星鏈計劃的挑戰，中國版的“星鏈”一定要加快戰略佈局，早日搶佔資源，避免在太空互聯網的競爭中落後！
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