天外Wi-Fi或將蓋全球

李忠東

開啟互聯網 ? ? 新紀元

美國當地時間2月6日，美國太空探索技術公司（簡稱Space X公司）成功發(fā)射了世界現役運力最強的“獵鷹重型”運載火箭。而后僅隔半月，該公司于2月22日在位于美國加利福尼亞州的范登堡空軍基地SLC-4E發(fā)射場，又讓 “獵鷹9號”火箭成功升空，2分鐘后火箭一二級分離。大約11分鐘后，配備先進雷達裝置的西班牙地球觀測衛(wèi)星PAZ到達距離地球上方約514千米處的軌道，部署成功。

雖然此次發(fā)射的主要有效載荷是地球觀測衛(wèi)星PAZ，但是人們卻對同時升空的代號分別為Microsat-2a和Microsat-2b的兩顆互聯網衛(wèi)星更為關注。它們會在接下來一年內對地面進行通信測試，表明衛(wèi)星互聯網計劃“星鏈（Starlink）”正式啟動。Space X公司創(chuàng)始人埃隆·馬斯克在個人推特中表示，兩顆衛(wèi)星的WiFi ID 分別是“Tintin A”（丁丁A）和“Tintin B” （丁丁B），丁丁是法國偵探漫畫《丁丁歷險記》主角的名字，密碼為“martians”（火星人），現在相應區(qū)域的用戶可以用手機接收到這個信號。美國著名互聯網速度測試公司Ookla最近發(fā)布報告顯示，截至2017年11月，全球互聯網寬帶的平均下載速度達到每秒40Mbps，全球移動通訊的平均下載速度達到每秒20Mbps。而“星鏈”計劃的終端頻段為11Gbs，可提供“類光纖”的連接速度，終端用戶側只需要一個筆記本大小的平板終端來接收信號，即可完成連接。

早在2014年，馬斯克就曾宣布其發(fā)射互聯網衛(wèi)星的夢想：“ 努力讓我們公司在火箭方面的成功，也能復制到衛(wèi)星方面。寬帶衛(wèi)星互聯網預定在 2020 年代中段鋪設完成，能擁有超過4000萬用戶，意味著將為公司帶來每年超過300億美元的收益。這將是登陸火星的重要資本，可以為未來定居火星計劃提供資金支持?！?/p>

2016年11月，Space X公司向美國聯邦通訊委員會遞交了首批發(fā)射4425顆互聯網衛(wèi)星的申請，表示“星鏈”計劃將主要用于為全球個人用戶、商業(yè)用戶、機構用戶、政府和專業(yè)用戶等提供各種寬帶和通訊服務，為全球用戶提供1Gbps的高速上網服務。首批部署的約800顆衛(wèi)星主要用于覆蓋美國本土和波多黎各等地，當近地軌道的4000多顆衛(wèi)星完全優(yōu)化后，能為全球消費者和商業(yè)用戶提供每戶1Gbps的高帶寬、低延時上網服務。待到全部衛(wèi)星部署成功，理論上可以提供無處不在的全球互聯網服務，消除傳輸數據的延遲問題。因此，該系統被認為有望開啟人類溝通方式的新紀元。

然而，Space X公司能否像在火箭發(fā)射行業(yè)通過回收火箭帶來變革一樣，在衛(wèi)星領域再次驚艷世人，不少人心存疑慮。這里主要有四方面的問題。一是價格問題。Space X公司副總裁帕特麗夏·庫珀表示，“星鏈”計劃具有很高的性價比。他們打算以不同價格銷售不同的數據包，以滿足各種需求。二是費用問題。項目投資預估需要50～100億美元。作為一個龐大的系統工程，除了制造、發(fā)射衛(wèi)星外，地面上還需要同步建設控制設施、網關地面站以及終端用戶地面站，這些都需要龐大的資金支持。三是協調問題。美國聯邦通信委員會批準了一網衛(wèi)星公司（One Web）、挪威航天公司（Space Norway）和加拿大電信衛(wèi)星公司（Telesat of Canada）利用衛(wèi)星在美國市場提供或者擴大寬帶服務，按規(guī)定Space X公司在部署衛(wèi)星時需與其進行協調。四是太空垃圾問題。數萬顆轎車大小的衛(wèi)星聚集在地球周圍，會被質疑為太空垃圾，因此要讓這些小衛(wèi)星在使用壽命臨近結束時有序離軌，并采用先進技術減少可能產生的碎片。

助推衛(wèi)星通訊 ? ? ?新飛躍

“星鏈”計劃是在地球周邊軌道構建的一個由衛(wèi)星組成的“蜘蛛網”，目的是為全球消費者提供高速互聯網接入服務。對于航空航天行業(yè)來說，“星鏈”計劃將產生重大影響。現在的衛(wèi)星都是小量定制，一個型號的衛(wèi)星制造一兩個，最多的造幾十個。小量生產意味著單價貴，研發(fā)成本分攤大，限制了衛(wèi)星的發(fā)展。Space X公司制造4425顆衛(wèi)星的計劃，直接把生產批量提高了兩個數量級。而衛(wèi)星價格從億美元計算，下跌到百萬美元，也是兩個數量級。

火箭發(fā)射是Space X公司的強項，通過火箭回收等一系列顛覆性創(chuàng)新，大大降低了火箭的發(fā)射成本和發(fā)射服務頻率。隨著2018年“獵鷹9號”BLOCK 5的投入使用，Space X公司計劃逐步實現單個火箭10次復用，大大降低了發(fā)射成本。如果維持現有生產能力不變，實際發(fā)射能力將提高10倍。按照這個計算，把全世界的商業(yè)發(fā)射統統都交給Space X公司都綽綽有余。尋找更多載荷是Space X公司面臨的現實問題，而衛(wèi)星互聯網正好填補了這項空白。

由于偏遠欠發(fā)達地區(qū)人口密度低，基礎設施如電力供應、骨干網絡鋪設等方面的不完善，一般運營商很難提供普遍服務。而應運而生的衛(wèi)星互聯網能以極低成本（相對于全球鋪設蜂窩移動基站）實現全球網絡覆蓋，在經濟上顯然切實可行。

“星鏈”計劃是自實現了全球小終端衛(wèi)星電話的摩托羅拉“銥星（Iridium）”系統后，人類面向個人用戶衛(wèi)星通訊的第二次飛躍。

科技巨頭 ? ?搶占灘頭

截至2017年6月，全球互聯網普及率為51.7%。按地理區(qū)域劃分則為：非洲31.2%、亞洲46.7%、中東58.7%、拉丁美洲和加勒比62.4%、大洋洲69.6%、歐洲80.2%、北美88.1%。由于沙漠、山脈和海洋等環(huán)境因素，世界上還有一半的人口沒有接入互聯網，信息的匱乏限制了當地經濟文化的發(fā)展。這個龐大的數字對于任何一家追求未來發(fā)展?jié)摿Φ墓緛碚f都極具誘惑力，未來衛(wèi)星互聯網將成為一個激烈競爭的熱門領域。

中國航天科工集團公司構建的以“虹云工程”為代表的天基互聯網系統，正在打造一張無差別覆蓋全球的寬帶網絡。這是一個很好的商業(yè)航天產業(yè)發(fā)展的支撐平臺，有助于培育“互聯網+”航天新興產業(yè)。

作為中國航天科工五大商業(yè)航天工程之一，“虹云工程”產生于中國航天科工此前提出的“福星”計劃。“虹云工程”在中國首次提出建立基于小衛(wèi)星的低軌寬帶互聯網接入系統，計劃發(fā)射156顆衛(wèi)星，在距離地面1000千米的軌道上組網運行，構建一個星載寬帶全球移動互聯網絡?！昂缭乒こ獭本邆渫ㄐ?、導航和遙感一體化、全球覆蓋、系統自主可控的特點，能提供極低的通信延時、極高的頻率復用率，做到真正的全球覆蓋，滿足中國及國際互聯網欠發(fā)達地區(qū)、規(guī)?；脩魡卧瑫r共享寬帶接入互聯網的需求。同時，“虹云工程”也可滿足應急通信、傳感器數據采集以及工業(yè)物聯網、無人化設備遠程遙控等對信息交互實時性要求較高的應用需求。目前，“虹云工程”定位的用戶群體主要是集群，包括飛機、輪船、客貨車輛、野外場區(qū)、作業(yè)團隊以及一些偏遠地區(qū)的村莊、島嶼等。按照規(guī)劃，整個“虹云工程”被分解為“1+4+156”三步。第一步計劃在2018年內發(fā)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(fā)射4顆業(yè)務試驗星，組建一個小星座，讓用戶進行初步業(yè)務體驗;第三步到“十四五”末，實現156顆衛(wèi)星組網運行，完成業(yè)務星座構建。預計2022年底具備全面運營條件，同年完成星座部署。

除了Space X公司和中國航天科工集團公司外，波音公司、臉書、空中客車公司和谷歌公司等科技巨頭都已經有了各自的行動計劃和試點項目。