自從馬斯克提出“星鏈計劃”，星鏈（Starlink）這個詞就一直熱度不下。近日，據WCCFTech報道，SpaceX的星鏈衛星物聯網正面臨著來自多個(ge)方面的批(pi)評(ping)，它(ta)計劃發射大約3萬顆第二代(dai)衛星(xing)。
加快推動星鏈計劃為什么會被多方面抗議？NASA對SpaceX計劃作為Starlink第二代升級的一部分而放入軌道的衛星數量之多表示擔憂，一是認為過多的(de)衛星(xing)數量會干(gan)擾其他衛星(xing)網絡(luo)，二是會存在(zai)極高的(de)不同衛星(xing)之間的(de)軌道(dao)碰撞。
同(tong)行OneWeb認(ren)為如果美國聯邦通信委員(yuan)會(hui)（FCC）批(pi)準(zhun)了(le)星(xing)(xing)鏈發(fa)射3萬顆衛(wei)星(xing)(xing)的(de)申(shen)請，那么(me)SpaceX的(de)子公(gong)司(si)應該受到一(yi)(yi)些條件的(de)限(xian)制來(lai)確保OneWeb這樣的(de)小(xiao)型星(xing)(xing)座(zuo)不(bu)(bu)會(hui)受到損害。由于軌(gui)道上的(de)衛(wei)星(xing)(xing)數(shu)量較多，一(yi)(yi)旦(dan)來(lai)自不(bu)(bu)同(tong)公(gong)司(si)的(de)兩顆競爭性衛(wei)星(xing)(xing)被觸發(fa)，OneWeb的(de)衛(wei)星(xing)(xing)將(jiang)100%地(di)發(fa)生波段分(fen)裂事件，OneWeb認(ren)為，目前(qian)關于非地(di)球靜(jing)止(zhi)衛(wei)星(xing)(xing)服務運營(ying)商(NGSO)之間的(de)頻譜(pu)共享規則是(shi)不(bu)(bu)充(chong)分(fen)的(de)，這可(ke)能導致(zhi)更大(da)的(de)星(xing)(xing)座(zuo)利用模糊性來(lai)獲得優勢。
同(tong)時亞馬遜和Dish Network 一樣，單獨向(xiang) FCC 提出了對 SpaceX 計劃(hua)的擔(dan)憂，國內也有不(bu)少企業都表示FCC 應該提出合理的限制條件。既然是這樣，像(xiang)星(xing)鏈這樣的低軌衛(wei)星(xing)通(tong)信路要怎么走？
低軌衛星通(tong)信與(yu)“星鏈計劃”
低軌衛星通信（LEO）是天基互聯網的一種形式，類似地面的基站搬到了太空上。天基互聯網是指利用位于地球上空的各類空天平臺向用戶終端提供寬帶互聯網接入服務的新型網絡。低(di)軌(gui)衛星通信是利用運行在距(ju)地(di)面(mian)約1000公里(li)軌(gui)道(dao)高度(du)的衛星群向地(di)面(mian)提供寬(kuan)帶互聯網接入服務，通過大量衛星組網實(shi)現全(quan)球覆蓋。
而“星鏈計劃”要在2019年至2024年間，在太空搭建由約1.2萬顆衛星部署一個完整的全球覆蓋低軌衛星通信，旨在提供高速互聯網無線微波接入，在全球范圍內提供網絡服務，特別是目前通信網絡無法覆蓋的偏遠地區。這個計劃在2015年被(bei)馬斯克(ke)提出，這一項目被(bei)命名(ming)為(wei)“星鏈(lian)”（Starlink）。2019年5月，美國(guo)太空探索技術公(gong)司利用獵鷹9號運載火箭成功將“星鏈(lian)”首批(pi)60顆衛(wei)星送入軌道。截止目前，星鏈(lian)已經發射了(le)近2100顆衛(wei)星。
衛星通(tong)信的(de)(de)優勢(shi)是覆(fu)蓋面(mian)(mian)廣(guang)，相較(jiao)于地面(mian)(mian)上(shang)的(de)(de)移動通(tong)信系統(tong)只覆(fu)蓋了(le)20%的(de)(de)陸(lu)地面(mian)(mian)積，衛星通(tong)信可以完成全球覆(fu)蓋。同時(shi)衛星位(wei)于太空(kong)，受地面(mian)(mian)條件影響較(jiao)小(xiao)，可實現全天時(shi)不間斷運作。并且，衛星的(de)(de)可用頻帶很寬，加之現階(jie)段被廣(guang)泛采(cai)用的(de)(de)多波束星載(zai)天線(xian)技(ji)術(shu)，提高了(le)系統(tong)容(rong)量(liang)，可支持海量(liang)終端連接(jie)需求。因(yin)而，衛星物聯網更易于對海量(liang)的(de)(de)大范圍運動目(mu)標提供網絡(luo)連接(jie)支持與(yu)服務(wu)。
所以星(xing)(xing)鏈剛出，業內普遍(bian)認為(wei)實(shi)現(xian)“海陸空(kong)天”一體化有了可執行(xing)方(fang)案，但是隨著越來越多(duo)的星(xing)(xing)鏈衛星(xing)(xing)被送上太空(kong)，海量衛星(xing)(xing)部署低軌衛星(xing)(xing)通信(xin)遭到了質疑和擔(dan)憂。
首先，星鏈發射的衛星距離地表也比較近，最近的只有550千米左右。這是什么概念？北京到上海的距離是1200公里。星鏈不同于傳統衛星通信或者GPS導航，只需要幾十或者幾百顆衛星就能完成部署。而星鏈預定的軌道部署由1.2萬顆衛星組成，那么這些衛星群將密密麻麻地將地球包裹著，需要占據大量的軌道資源，容易造成太空擁堵、衛星碰撞。
同時，地(di)球上空(kong)的這些近地(di)軌(gui)道衛星(xing)會繼續反(fan)射太陽光，在夜空(kong)中顯(xian)得非常明亮，對(dui)天文學影響帶來極大的負(fu)面影響。此(ci)前(qian)NASA對(dui)外聲稱，這個在近地(di)軌(gui)道額外部署(shu)3萬顆衛星(xing)的計劃可能造成軌(gui)道“嚴(yan)重擁堵”，增加碰撞風險，影響NASA的科研及載人航天任務。
其次，根據國際電信聯盟的規定，衛星頻率和軌道資源的主要分配形式為“先申報就可優先使用”的搶占方式。沒有明(ming)確的衛星(xing)(xing)(xing)管理指標(biao)，這種不(bu)良性競爭讓衛星(xing)(xing)(xing)部(bu)署變成(cheng)是一(yi)場(chang)“太空圈地”運動，顯(xian)得(de)野(ye)蠻了些。根據測算(suan)，地球的近(jin)地軌道總(zong)共只能容納(na)大約6萬顆(ke)衛星(xing)(xing)(xing)。星(xing)(xing)(xing)鏈目前多用(yong)于(yu)加密部(bu)署軍事通信，且衛星(xing)(xing)(xing)也相當(dang)于(yu)一(yi)顆(ke)高速的“炮彈(dan)”，存(cun)在國際安全隱患。2021年(nian)12月(yue)，星(xing)(xing)(xing)鏈兩次近(jin)距離(li)接觸中國空間(jian)站(zhan)，對中國空間(jian)站(zhan)和上面(mian)搭載的航天員生命健(jian)康構成(cheng)危險(xian)。
第三，發射的衛星在大空中報廢，回收技術的不成熟導致形成大量太空垃圾。2022年2月3日，SpaceX最新部署的一批(pi)49顆(ke)星(xing)鏈衛(wei)星(xing)在(zai)發(fa)射一天后就發(fa)生了磁(ci)(ci)暴，導(dao)致(zhi)40顆(ke)衛(wei)星(xing)報廢(fei)(fei)。所謂磁(ci)(ci)暴，就是因太陽(yang)爆發(fa)引(yin)起的地(di)球磁(ci)(ci)場的劇烈擾動(dong)。一般情況(kuang)下，地(di)磁(ci)(ci)的改變會導(dao)致(zhi)在(zai)軌衛(wei)星(xing)的姿態發(fa)生變化，影響(xiang)正常(chang)通(tong)信(xin)，但這次磁(ci)(ci)暴卻(que)一次性報廢(fei)(fei)了40顆(ke)衛(wei)星(xing)。
第四，搶占資源造成的通信干擾。實際上，衛(wei)星通(tong)信(xin)頻譜資源存量(liang)本身有限，一方面(mian)是覆蓋(gai)全球(qiu)的低軌衛(wei)星頻率協調難度(du)大(da)，另一方面(mian)是地球(qiu)上5G毫米波也在(zai)不斷發展，和(he)衛(wei)星通(tong)信(xin)使用的頻段(duan)相接近可能會造成(cheng)信(xin)號干擾(rao)和(he)阻塞的情(qing)況發生。
目前缺(que)少(shao)一套(tao)太空法案(an)來明文規定(ding)企(qi)業發射衛星(xing)的管理準則，畢竟(jing)低軌衛星(xing)通信在(zai)視(shi)訊通信方面的確(que)是促進各(ge)行各(ge)業發展(zhan)的重(zhong)要技術。
全球發展衛星通信
星(xing)鏈(lian)并不是(shi)全球(qiu)第(di)一個低(di)軌衛(wei)星(xing)，最(zui)早的低(di)軌衛(wei)星(xing)就是(shi)銥星(xing)系(xi)統(tong)（Iridium），77顆衛(wei)星(xing)，拉開了低(di)軌衛(wei)星(xing)通信(xin)的序幕。銥星(xing)系(xi)統(tong)跟當時地面(mian)蜂窩通信(xin)系(xi)統(tong)（GSM）基(ji)本差不多同期，最(zui)后銥星(xing)系(xi)統(tong)申請(qing)破(po)產(chan)并被分(fen)拆。
圖源：網絡
地球上蜂窩(wo)移動(dong)通(tong)信(xin)從2G發(fa)展到了5G，當然衛(wei)星通(tong)信(xin)也在(zai)不(bu)斷(duan)發(fa)展，以(yi)OneWeb來(lai)分析(xi)，公開(kai)的數(shu)據(ju)，低軌衛(wei)星720個，系(xi)統(tong)總容量(liang)5.4Tbit/s，單(dan)用(yong)戶大概可以(yi)達到400兆比特/秒，如(ru)果(guo)平均(jun)用(yong)戶速(su)率是100兆，OneWeb整個系(xi)統(tong)可以(yi)支(zhi)持(chi)并發(fa)的用(yong)戶數(shu)只有5.4萬(wan)個。實際上，單(dan)顆衛(wei)星現在(zai)統(tong)計下來(lai)，包(bao)括(kuo)SpaceX、OneWeb跟5G單(dan)基(ji)站(zhan)的通(tong)信(xin)容量(liang)基(ji)本(ben)上在(zai)同一個數(shu)量(liang)級。
2019 年以來，SpaceX 已將(jiang)共計 2091 顆 Starlink 衛星(xing)發射到軌(gui)道上(shang)(shang)。根(gen)據(ju)(ju)天(tian)文學家的(de)數據(ju)(ju)，截至目前，約(yue)有 1920 顆仍在軌(gui)道上(shang)(shang)。同時(shi)，星(xing)鏈互聯網衛星(xing)已經開始提(ti)供運營服務，目前Starlink星(xing)鏈提(ti)供2套餐，基礎套餐月費下(xia)行(xing)速率(lv)50-250Mbps、上(shang)(shang)行(xing)速度10-20Mbps，延遲20-40ms；而Premium高級付費套餐包含了一根(gen)更高性能的(de)天(tian)線，下(xia)行(xing)速率(lv)150-500Mbps、上(shang)(shang)行(xing)速度20-40Mbps，延遲20-40ms。
而低軌通(tong)(tong)信(xin)衛星(xing)和(he)地面通(tong)(tong)信(xin)系統對比，各有優(you)劣。
類型 | 軌道高度 | 通信延遲 | 缺點 |
低軌通信衛星 | 500-1000km可覆蓋全(quan)球 | 30-50ms | 所(suo)需衛星(xing)數(shu)量(liang)較多，維護和控制比較復雜 |
地面通信系統 | 基站覆蓋范圍 4G：1-3km 5G：100-300m | 無線(xian)蜂窩(wo)通信10-50ms 光纖10-20ms | 基站建設及(ji)運(yun)營成本高(gao)；易受地形、環境影響(xiang) |
目前國外不止馬斯克在部署低軌衛(wei)星通信(xin)系統(tong)，國外已經建成(cheng)了多個能夠提供物聯網(wang)業務的低軌衛(wei)星通信(xin)系統(tong)，比(bi)如軌道通信(xin)（Orbcomm）和高級研究與全球(qiu)觀測衛(wei)星（ARGOS）等(deng)系統(tong)。
而我國也在大力發展低軌衛星通信，2020年4月，國家發改委將“衛星互聯網”列入“新基礎設施”名單，與5G、人工智能、工業互聯網、新(xin)能源充(chong)電(dian)樁并行。
2020年10月26日，天啟6號物聯網衛星在我國(guo)西昌衛星發射中心成功發射，是我國(guo)首個(ge)投入(ru)運營的低軌(gui)衛星物聯網星座。
2021年7月25日，我國(guo)首(shou)次(ci)低軌寬帶(dai)衛(wei)星與5G專網(wang)(wang)融合(he)試驗在(zai)北京和(he)濟南完成(cheng)。衛(wei)星互(hu)聯(lian)網(wang)(wang)“行云工程(cheng)(cheng)”的誕(dan)生，該工程(cheng)(cheng)能為一些(xie)地質災害、海(hai)上(shang)運輸通(tong)信、海(hai)洋環境等提供(gong)監測(ce)，同時打造(zao)覆蓋全(quan)球的天(tian)基物聯(lian)網(wang)(wang)。
2021年9月(yue)27日，吉利宣布(bu)開始批(pi)量(liang)生產商業衛星，成為繼特斯拉之后(hou)全(quan)球第二家做衛星發射(she)的汽車公司(si)。
項目 | 軌道高(gao)度 | 衛星數量(liang) | 頻(pin)段 |
SpaceX-starlink（星(xing)鏈） | 300~500km； | 46000顆(ke) | Ku波段; |
倫敦衛星互聯網(wang)公司-OneWeb | 1200km | 648顆(ke) | KU 頻段； |
加拿大(da)衛星(xing)運營(ying)商Telesat-LEO（LightSpeed衛星(xing)） | 1000km | 近300顆(ke) | Ka頻段（17.8-20.2GHz）1.8GHz的帶寬用于下行鏈路； |
中國航天-GW星座 | 300~500km； | 12992顆 | Ka頻段; |
北(bei)京國電高科科技有(you)限(xian)公司的天啟星座 | 900km | 38顆 | 共同服務于全球物聯(lian)網數據業務 |
虹云(yun)工(gong)程 | 1000km | 156顆 | Ka 頻段(duan)，預(yu)計接(jie)入速(su)率可達到 500Mbit/s，將采用毫(hao)米(mi)波(bo)相控陣技術(shu)，低軌寬帶互(hu)聯網 |
行云(yun)工程(cheng) | 800-1400km | 80顆 | 窄帶物聯(lian)網 |
加拿大HeliosWire公司 | 796km | 30顆(ke) | S波(bo)段30 MHz帶(dai)寬，支持50億個(ge)傳感(gan)器的數據采(cai)集(ji) |
美國開普勒通信公(gong)司(si) | 575 km | 140顆納衛星 | 14~14.5 GHz（上行） |
澳大利亞艦(jian)隊空間技(ji)術公司 | 500~600km | 超過(guo)100顆納衛星 | 幫助(zhu)全球物(wu)聯(lian)網設備實現低(di)帶(dai)寬連接 |
以色列的天(tian)空全球(qiu)公司 | 500~600km | 約200顆納衛星 | S波段，地面終(zhong)端采用8 cm的(de)貼片天線，能夠提供語音、數據和(he)即時(shi)消息 |
亞馬遜-Project Kuiper（柯(ke)伊伯） | 590~630km | 3236 顆 | 最(zui)高(gao)網(wang)速400Mbps，寬帶互聯網(wang)服務 |
吉利天地(di)一體化 | 200~2000km | 168 顆 | 寬帶(dai)互聯網服務 |
來源：物(wu)聯傳媒整(zheng)理(li)
寫在最后
低軌衛星通信目前雖然在太空上被“一家獨大”，但這不會是長久的現象，同時隨著各大衛星的建成使用，低軌衛星物聯網的市場規模將迅速擴大，從2020年的不到2 000萬美元增長至2027年的1.3億美元，平均年增長率接近70%。屆時(shi)，通過低軌衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)物聯(lian)網獲取應用的終端數量將突(tu)破 370 萬。在此期間(jian)，低軌衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)技術發(fa)展需要提升，以及太(tai)空衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)管理法案亟待出(chu)臺。
參考資料：
電信科學：《低軌(gui)衛星物聯(lian)網的發展背景(jing)、業務特(te)點和(he)技術(shu)挑戰》
快科技(ji)：《月費3000 網速500Mbps！星(xing)鏈最新(xin)49顆衛星(xing)上天》
極果：《中國版「星(xing)(xing)鏈」來(lai)了！無線網覆蓋全球，未來(lai)能用衛星(xing)(xing)上網》
華經情報網(wang)：《中國低軌道衛(wei)星行業運行現狀，低軌道衛(wei)星系統將是未來6G技術基礎》
