低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的夢想與挑戰(zhàn)

王政霄

近年來，低軌衛(wèi)星領(lǐng)域風(fēng)起云涌，國外資本巨頭紛紛進入，以SpaceX、OneWeb為代表的一批創(chuàng)新企業(yè)狂飆突進，牢牢搶占了發(fā)展的主動權(quán)，短短兩三年時間，徹底顛覆人們對衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的固有觀念，對國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和安全監(jiān)管勢必產(chǎn)生巨大影響。

富有爭議的項目

知乎上有一個問題：如何評價SpaceX 的星鏈（Starlink）計劃？有近20萬次的瀏覽量，數(shù)百人在討論。有人覺得技術(shù)方案完美，但是落地有困難；有人認為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)成本太高，很難有市場競爭力；有人非常看好星鏈的前景，也有人覺得馬斯克在忽悠投資人?？偠灾@是一個富有爭議的項目計劃。

地球衛(wèi)星軌道分低軌、中軌、高軌。低軌一般是指位于地球表面500-2000公里的范圍。軌道越低，一顆衛(wèi)星覆蓋的范圍越小，通常需要由幾十顆至幾千顆不等的低軌衛(wèi)星進行組網(wǎng)，才能實現(xiàn)全球?qū)崟r、無縫的寬帶服務(wù)，這種低軌衛(wèi)星系統(tǒng)被稱為星座。相比較高軌衛(wèi)星系統(tǒng)、地面光纖系統(tǒng)，低軌衛(wèi)星星座具有全球覆蓋、部署簡便、高速傳輸?shù)葍?yōu)勢，最近兩年發(fā)展勢頭非常迅猛。美國硅谷科技狂人馬斯克創(chuàng)立的SpaceX是其中的佼佼者，他推出的星鏈計劃，想法十分超前大膽。

星鏈計劃將在未來幾年內(nèi)發(fā)射1.2萬顆低軌衛(wèi)星，為地球上任何位置的用戶提供高達1Gbps的無線寬帶上網(wǎng)服務(wù)。什么概念？按馬斯克的說法，這個前所未有的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)將“使寬帶網(wǎng)絡(luò)的速度達到目前全球平均水平的180倍”。作為比較，目前我國4G移動網(wǎng)絡(luò)的下載速度大約是100Mbps。如果馬斯克能實現(xiàn)這一網(wǎng)絡(luò)速度，加上全球覆蓋的絕對優(yōu)勢，將對我們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生顛覆性的影響。鑒于馬斯克以往創(chuàng)造的商業(yè)奇跡，讓業(yè)界對這個星鏈計劃充滿期待。

很多人認為，低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)一旦實現(xiàn)，將迅速蠶食當前移動衛(wèi)星通信的企業(yè)和個人業(yè)務(wù)，并搶占當前由地面通信運營商壟斷的移動電話和互聯(lián)網(wǎng)運營市場。更進一步來看，這種覆蓋全球的新業(yè)務(wù)，在救災(zāi)、航海等民用領(lǐng)域?qū)l(fā)揮巨大的作用，勢必創(chuàng)造出更多新業(yè)態(tài)和新價值。

當然，也有人看衰，認為在馬斯克之前，也有很多人設(shè)想過、實踐過這樣的衛(wèi)星星座計劃，但至今沒有人成功。由于衛(wèi)星研制發(fā)射周期長、成本高，前期投資太大，通信費用高昂，根本無法與地面通信競爭。

先驅(qū)者以失敗告終

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)并不是什么新鮮話題。上個世紀九十年代，很多企業(yè)都提出了這樣的計劃。如果更進一步，將范圍擴大到語音通信業(yè)務(wù)，先驅(qū)者應(yīng)該是摩托羅拉的銥星計劃。

現(xiàn)在流行找“痛點”，有“痛點”的地方就有機會。銥星計劃的緣起也是一個偶然發(fā)現(xiàn)的“痛點”。一位在海邊度假的摩托羅拉工程師，偶然聽到妻子抱怨說，海灘太偏，電話信號難以覆蓋。工程師就想，如果環(huán)繞全球用衛(wèi)星組建一個星座，不就解決了全球覆蓋的問題了嗎？這個想法得到摩托羅拉高層的高度認可，很快啟動了銥星計劃。之所以叫銥星計劃，是因為該系統(tǒng)由77顆低軌道通信衛(wèi)星組成，與金屬元素“銥”的原子序數(shù)一樣。1996年，第一顆銥星衛(wèi)星上天，運行在780公里的低軌道上，兩年后，銥星項目最終發(fā)射66顆衛(wèi)星，開始組網(wǎng)運行。遺憾的是，一直到2000年，銥星系統(tǒng)只賣出5.5萬部衛(wèi)星電話，用戶寥寥無幾，項目嚴重虧損，摩托羅拉公司不得不以2億美元的極低價格將整個銥星系統(tǒng)賣給了美國軍方。

銥星計劃是低軌衛(wèi)星通信的先驅(qū)，也是20世紀最悲壯的科技項目之一。除了銥星計劃外，同期的還有全球星系統(tǒng)、軌道通信系統(tǒng)、天空之橋系統(tǒng)、泰利迪斯系統(tǒng)等，這些項目無一不以失敗告終。

這些項目失敗的原因主要有三個：一是衛(wèi)星星座研發(fā)部署周期太長、成本太高。以銥星項目為例，它從開始論證，到最終部署完畢，足足花費了十年時間，投資超過30億美元。由于技術(shù)能力限制，單顆衛(wèi)星的容量有限，根本滿足不了大量用戶的通話和網(wǎng)絡(luò)接入需求。二是對地面通信發(fā)展的錯誤估計。在衛(wèi)星系統(tǒng)研制和部署的十年間，蜂窩電話迅猛發(fā)展，GSM系統(tǒng)已經(jīng)成熟，地面基站已經(jīng)覆蓋了大部分移動通信用戶，待到衛(wèi)星上天具備服務(wù)能力之時，無論是通話質(zhì)量、通信費用，還是手機終端、覆蓋范圍，都已經(jīng)無法與地面通信相抗衡。三是市場運營模式并不成熟。從銥星來看，一開始他就定位服務(wù)于高端用戶，只為少數(shù)“高層次的國際商務(wù)旅行者”用戶提供服務(wù)。用戶數(shù)量太少就意味著資金回籠太慢，運營成本抵不過收益，最終失敗的命運就不可避免。

后來者面臨突破

隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)的普及，廣大用戶的消費、生活習(xí)慣發(fā)生了翻天覆地的變化。覆蓋更廣、速度更快、延時更低的網(wǎng)絡(luò)成為廣大消費者的迫切需求。地面通信發(fā)展速度非常迅速，一定程度上滿足了用戶的需求，但是在更為廣大區(qū)域內(nèi)還沒有可靠的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。這部分需求，引起了一部分人的關(guān)注，他們依然希望通過衛(wèi)星組網(wǎng)來解決問題，只不過技術(shù)能力和成本控制，早已經(jīng)不可跟十幾年前的銥星系統(tǒng)同日而語。2012年OneWeb應(yīng)運而生。相較于公眾對SpaceX的關(guān)注，OneWeb的知名度稍微不如，但是在業(yè)內(nèi)卻是實打?qū)嵉拿餍莿?chuàng)業(yè)公司。

回顧銥星系統(tǒng)的失敗經(jīng)驗，可以預(yù)知OneWeb面臨的困難。如何控制高昂的衛(wèi)星研制發(fā)射成本？如何處理衛(wèi)星與地面的關(guān)系？他們還面臨新的難題，如何獲得有限的軌位和頻率資源？這三個問題，都是制約衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)開展的重要因素，是所有低軌衛(wèi)星星座面臨的共同難題。

如何控制高昂的衛(wèi)星研制發(fā)射成本？

按照OneWeb的星座計劃，他們在未來幾年內(nèi)要將1980顆衛(wèi)星布置在1200公里的軌道上。要知道，目前所有的在軌衛(wèi)星也不過2000多顆，單單衛(wèi)星的研制成本，就是一個天文數(shù)字，而且傳統(tǒng)衛(wèi)星的研制都是以年為單位的，研發(fā)生產(chǎn)周期過長。過去5年，全球每年大概只發(fā)射了200顆衛(wèi)星，但是單單OneWeb一家，每年發(fā)射的數(shù)量就將達到300-400顆。現(xiàn)有的衛(wèi)星發(fā)射能力，遠遠不能滿足未來幾年衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座的發(fā)射需求。

技術(shù)的進步為OneWeb控制成本提供了解決之道：產(chǎn)品向小型化、量產(chǎn)發(fā)展。它通過與空客集團合作建設(shè)衛(wèi)星工廠，將航空飛機的批量制造經(jīng)驗融合到衛(wèi)星研制當中，批量化生產(chǎn)衛(wèi)星，進而達到大幅度降低生產(chǎn)成本的目的。衛(wèi)星工廠正在研制高度自動化的機器人生產(chǎn)線，并且利用人工智能對生產(chǎn)流程進行優(yōu)化，預(yù)計每天可以生產(chǎn)2顆衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星重量僅150公斤，單顆成本只有驚人的50萬美元，比傳統(tǒng)衛(wèi)星造價降低了一個數(shù)量級。2015年OneWeb與阿里安航天公司簽署了用聯(lián)盟火箭共21次發(fā)射衛(wèi)星的合同，發(fā)射成本下降到傳統(tǒng)發(fā)射的1/5。

如何處理衛(wèi)星與地面的關(guān)系？

銥星失敗的一個重要教訓(xùn)，就是商業(yè)模式不成熟。OneWeb吸取銥星的失敗教訓(xùn)，充分吸收O3b的成功經(jīng)驗，將個人消費者作為目標客戶，不出手類似銥星電話那樣的專用衛(wèi)星終端設(shè)備，不與發(fā)展較快的智能手機和平板電腦爭奪用戶，相反，用戶可以繼續(xù)使用現(xiàn)有的智能手機和平板電腦訪問衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。OneWeb還選擇與休斯網(wǎng)絡(luò)公司合作，利用其完善的銷售渠道和豐富的銷售經(jīng)驗，主攻傳統(tǒng)行業(yè)用戶，同時還創(chuàng)造性地與可口可樂公司合作，利用可口可樂遍布全球的銷售網(wǎng)點，更加貼近大眾消費市場。

資本在OneWeb的發(fā)展中扮演了關(guān)鍵角色，為OneWeb打通了產(chǎn)業(yè)鏈的上下游。無論是衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、標準與芯片研發(fā)，還是終端研制、地面系統(tǒng)、信關(guān)站建設(shè)、產(chǎn)品分銷等，OneWeb都和傳統(tǒng)領(lǐng)域具備深厚經(jīng)驗的公司建立了成熟的商業(yè)合作模式，進而形成了完備、協(xié)同的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)。截至2017年12月，OneWeb已經(jīng)完成四輪融資，共計22億美元，融資額已經(jīng)足夠支持其首期882顆衛(wèi)星的制造發(fā)射。

如何獲得有限的軌位和頻率資源？

頻率和軌位資源是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項目的命門，它就好比蓋房子，什么都齊備了，卻沒空地開工。軌位和頻率資源就是蓋房子用的土地資源。

衛(wèi)星頻率和軌道資源是國際性資源，必須按照國際電信聯(lián)盟的規(guī)定依法使用。一般認為，兩顆低軌衛(wèi)星之間要相差50公里的高度，才能保證安全。一個軌道高度上部署了衛(wèi)星，其他公司就不能再用這個高度。這樣一來，軌位資源就相當稀缺。頻率資源也是一樣，國際電聯(lián)的規(guī)則是“先登先得”，后面登記的人要跟前面的協(xié)調(diào)。常規(guī)的C和Ku頻段資源已經(jīng)被瓜分殆盡，在衛(wèi)星技術(shù)成熟的L、S、擴展C、擴展Ku以及Ka頻段的使用也逐漸接近飽和。2015年以來全球掀起衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)熱潮，很多企業(yè)都向國際電信聯(lián)盟提出頻率軌位申請，OneWeb在這件事上又搶先一步，獲得了Ku頻段的使用權(quán)，搶占了發(fā)展的先機。

按照OneWeb的計劃，今年5月他們將發(fā)射首批10顆衛(wèi)星，明年為阿拉斯加全境提供服務(wù)，2020年覆蓋美國。目前來看，項目成功的可能性極大。一旦其取得成功，占據(jù)了市場的主動權(quán)，在軌位和頻率資源十分有限，技術(shù)能力相差甚遠的情況下，勢必對我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成極大的影響。

是不是風(fēng)口？

站在臺風(fēng)口，豬都能飛上天。互聯(lián)網(wǎng)時代的風(fēng)口論，讓一批又一批的人不遺余力地尋找著下一個風(fēng)口。低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是不是風(fēng)口？就世界范圍內(nèi)來看，低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)無疑是風(fēng)口，是潮流，是趨勢。

技術(shù)的進步是低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的內(nèi)在動力，特別是衛(wèi)星制造技術(shù)和衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)的進步?，F(xiàn)在衛(wèi)星設(shè)計不僅重量輕而且容量大，OneWeb單顆衛(wèi)星的容量大于8Gbps，SpaceX單顆衛(wèi)星的容量據(jù)說可以達到TB級別，完全可以滿足高速的互聯(lián)網(wǎng)接入。

社會資本已經(jīng)瘋狂涌入這一領(lǐng)域。軟銀、高通、谷歌、空客、波音等多家巨頭已經(jīng)布局低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，甚至可口可樂、臉書等企業(yè)都參與了投資，資本的力量將助推衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展。

用戶需求的變化才是風(fēng)口最大的成因。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能的發(fā)展，用戶對網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋、低延時等要求更高，以智能汽車為例，如果要實現(xiàn)無人駕駛，不可避免地就是要解決網(wǎng)絡(luò)延遲問題，當前的4G技術(shù)存在一定的信息延遲問題，隨著5G技術(shù)的發(fā)展，信號延遲問題有望得到解決，但是覆蓋范圍又有限，難以滿足用戶需求，提供媲美5G速度的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可以完美解決這一問題。

最近兩年，低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)爆炸式的發(fā)展，也印證了這一判斷。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界已經(jīng)公布的低軌星座計劃有13個，總規(guī)劃衛(wèi)星數(shù)超過2.4萬顆，是目前全球在軌衛(wèi)星的近15倍。

馬云曾對“風(fēng)口論”有一番評論：豬碰上風(fēng)也會飛，但是風(fēng)過去摔死的還是豬，因為你還是豬，每個人要思考怎么把控這個風(fēng)，怎么提升自己，不應(yīng)該去尋找風(fēng)口，而是真正把自己變得一點點風(fēng)就能夠飛起來。

我們幾乎可以肯定，在低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)上，馬云的論斷一樣會成真。如此多的星座計劃，最終能成功的肯定寥寥無幾。頻率軌位資源的限制、技術(shù)能力的限制、前期巨大的投入、發(fā)展的不確定性，相互之間以及與5G技術(shù)發(fā)展普及之間的競爭，都可能讓這些星座計劃最終以失敗收場，重演當年銥星的慘劇。所不同的是，在激烈的競爭中，總有人會勝出，區(qū)別只在于誰會勝出罷了。

何去何從？

在十幾家星座計劃里，我們看到國內(nèi)有三家，其中鴻雁、虹云都是國有航天企業(yè)開展的項目，擁有雄厚的技術(shù)能力和資本實力；九天微星是一家民營企業(yè)，其創(chuàng)始人在航天系統(tǒng)工作十年，而且已經(jīng)成功發(fā)射了一顆試驗衛(wèi)星，發(fā)展勢頭很好，它避開了風(fēng)頭正勁的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，轉(zhuǎn)而從提供衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)做起，避免直接與國際巨頭正面競爭，為其發(fā)展壯大提供了潛在可能性。

毋庸置疑，國內(nèi)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項目必定面臨更大的壓力。一方面，技術(shù)能力與國外同類公司有明顯的差距，同樣研制300公斤級別的衛(wèi)星，我們的研發(fā)周期和制造成本都要高出很多，發(fā)射成本也相對更加高昂。由于政策、技術(shù)門檻、資金需求量等方面的限制，國內(nèi)社會資本對衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項目熱度并不高，很難形成技術(shù)、資本的堆積效應(yīng)。另一方面，我國在軌道和頻率資源協(xié)調(diào)方面，也落后于主要競爭對手美國，比如OneWeb已經(jīng)取得了Ku頻段的使用權(quán)，其他企業(yè)想要使用就必須跟OneWeb進行協(xié)調(diào)，這樣協(xié)調(diào)難度就非常大，因為彼此之間是競爭關(guān)系，OneWeb勢必百般阻攔。這將成為制約我國低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最重要因素。

國內(nèi)的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)勢頭，遠遠談不上火熱。我們談得比較多的是共享單車、互聯(lián)網(wǎng)金融、人工智能，很少有聽到資本大規(guī)模涌入低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。九天微星近期完成了2億元的A輪融資，相較于國外動輒數(shù)億、數(shù)十億美元的融資來看，相對于衛(wèi)星項目巨大的前期投入來看，聊勝于無。在國有企業(yè)擁有壟斷地位的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，社會資本很難有所貢獻，在國內(nèi)低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展問題上，需要有更加深遠的考慮。面對國外巨頭的強勢沖擊，如果我們不把握機遇，迅速謀求發(fā)展，一旦被國外公司牢牢占據(jù)有限的頻率軌位資源，我們再想發(fā)展就不太可能了。

站在十字路口，何去何從，我們拭目以待。