太空物聯(lián)網(wǎng)
——星鏈計劃的建構(gòu)與哲思

陳姝元

（大邱大學(xué)，慶山 38453）

1 星鏈計劃概述

2015年，美國太空探索計劃公司（SpaceX）啟動了一個名為星鏈（Starlink）的太空高速互聯(lián)網(wǎng)項目，該項目計劃在2019~2027年間，以極低的成本建造出42 000顆位于340~1 300 km的三層近地軌道衛(wèi)星星座，用戶只需要一個信號接收設(shè)備，即可享受全天候、全球覆蓋、高速率、低成本的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

星鏈技術(shù)集成有其自身突出的特點與先發(fā)優(yōu)勢。其一，星鏈真正實現(xiàn)了全球無縫覆蓋和快速通信。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)突破了傳統(tǒng)陸地基站的固定連接模式，解決了現(xiàn)代移動通信設(shè)備依賴電磁波的問題，實現(xiàn)了星地互聯(lián)和星星互聯(lián)，從而達(dá)到全球無縫覆蓋。從技術(shù)實現(xiàn)能力來看，星鏈計劃提供的網(wǎng)速已經(jīng)大大超過傳統(tǒng)光纖。其二，星鏈的發(fā)射成本低。星鏈計劃的“獵鷹9號（Falcon 9）”運載火箭擁有全球最先進(jìn)的火箭回收技術(shù)，極大地降低了火箭的發(fā)射成本。在此之前，SpaceX每次火箭發(fā)射的費用為6 000萬美元，且所有進(jìn)入軌道空間的火箭在發(fā)射后都會被摧毀或丟失。實現(xiàn)回收技術(shù)以后，星鏈計劃每顆衛(wèi)星的制造和發(fā)射成本已低于50萬美元。其三，星鏈計劃擁有巨大的商業(yè)價值。例如，在海事領(lǐng)域和航空領(lǐng)域，星鏈一旦被商用，會迅速改變?nèi)蚝Ｊ隆⒑娇胀ㄐ鸥窬帧Ｐ擎溣媱澋某踔允墙⒁粋€連點成線、織線成網(wǎng)的衛(wèi)星星座，為全球提供高速率、低成本的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。盡管馬斯克表示，星鏈不會取代傳統(tǒng)的地面電信網(wǎng)絡(luò)，然而在星鏈計劃的發(fā)展與美軍存在全方位、多領(lǐng)域的密切互動中，其自身具備的國際市場空間與新技術(shù)產(chǎn)業(yè)價值領(lǐng)域已經(jīng)具備極強的競爭力。目前，該計劃已同美國政府和軍方達(dá)成深度合作，SpaceX將星鏈的應(yīng)用范圍拓寬到了衛(wèi)星通信與傳輸、衛(wèi)星成像、遙感等服務(wù)。星鏈計劃在國防、產(chǎn)業(yè)價值鏈、信息主權(quán)與監(jiān)管、軌道與頻譜資源使用、太空空間利用和天文探索等方面，給國際太空安全帶來了巨大的挑戰(zhàn)，其背后依托的是美國太空安全戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)型，蘊含的戰(zhàn)略意義不容小覷。

2 太空物聯(lián)網(wǎng)：星鏈計劃的發(fā)展與應(yīng)用

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地面環(huán)境中的應(yīng)用普及，已經(jīng)有公司將衛(wèi)星用于基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)及廣域網(wǎng)絡(luò)，如Myriota9和SpaceX Starlink。國際電信聯(lián)盟提出，信息與通信技術(shù)（ICT）的目標(biāo)已經(jīng)從人與人（H2H）之間的通信，發(fā)展到人與物（H2T）、物與物（T2T）之間的連接與交互，無所不在、無處不連通的物聯(lián)網(wǎng)通信時代即將開始[1]。本文在星鏈計劃的基礎(chǔ)上，對太空物聯(lián)網(wǎng)未來應(yīng)用的推測大致如下：

2.1 智能建筑與太空建筑

在未來太空生活中智能建筑的設(shè)計與建造作為一個有趣的研究途徑，具有獨特的設(shè)計和開發(fā)挑戰(zhàn)。遠(yuǎn)程控制大型機械臂進(jìn)行裝配需要大量的時間來同步操作人員的命令和動作，此方法極難實現(xiàn)，因此需要組裝任務(wù)序列的自動執(zhí)行。早在2002年，NASA就演示了一種自動組裝和拆卸8米平面結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)由102個桁架單元組成，覆蓋12個面板[2]。不同類型的大型物體可以在太空中自動組裝，尤其針對一些體積過大、不能整體發(fā)射到太空中的物體。機器人自動化技術(shù)已經(jīng)在各類不同的項目中展開了研究，其每部分在作為傳感器節(jié)點的同時配備自主感知與計算能力，從而實現(xiàn)太空定位，并與其他部分連接形成大型結(jié)構(gòu)。自動組裝系統(tǒng)在小范圍內(nèi)已經(jīng)得到驗證，可以設(shè)想在大型建筑物或車站中同樣以此方式建造。這涉及前沿信息通信技術(shù)，包括物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的連接技術(shù)將越來越多地與人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù)驅(qū)動的計算和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理能力相結(jié)合。

除了用于自動組裝部件的大型機械手臂，諸如“Teledroid”一類機器人未來可能會成群居住在空間站中幫助人類完成各項任務(wù)。最近關(guān)于機器人物聯(lián)網(wǎng)（IoRT）的概念，人們關(guān)注的焦點在于機器人協(xié)同運作與核心連接的問題。對于此類機器人，如何利用邊緣與云計算來增強機器人性能，并實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和維護是關(guān)鍵性問題。

2.2 行星移民

近年間，NASA已經(jīng)要求諾基亞在月球上建立4G網(wǎng)絡(luò)，雖然處于計劃階段，卻已然映射出在其他星球上建設(shè)、發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施的新視野，其中包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、定位導(dǎo)航（或本地化）的基礎(chǔ)設(shè)施和人類居住必需的數(shù)據(jù)通信等。目前，其他行星上并沒有定位系統(tǒng)，但可以通過行星探測器的計算機視覺技術(shù)和圖像比較進(jìn)行定位導(dǎo)航，或使用探測器本身的傳感器來跟蹤車輛的運動，也有相關(guān)研究人員提出基于天線陣列的參考站等方法。

目前，對于行星宜居的探索仍然是一個懸而未決的問題。馬斯克認(rèn)為，2060年人類將可以在火星上生存，這需要大量研究的支持。根據(jù)近期《科學(xué)報告》的數(shù)學(xué)模型[3]估計，考慮到人類需要工作和生產(chǎn)電力、水源和氧氣等生存所需的條件，因此需要至少110人的群體協(xié)同工作并得到技術(shù)支持。以當(dāng)下的科技水平想要在一個新的星球上從零開始，仍然存在許多問題。目前，實驗生物再生站（EBIOS）已經(jīng)開始在地球上模擬人類在火星的生存。除技術(shù)問題外，在新的星球上生存的人類文明、道德倫理以及社會和心理因素等問題仍非常值得關(guān)注。展望未來，人類終將走出地球，火星或許不會成為人類永恒的居所，卻是人類太空旅程中重要的一步。

2.3 太空軍事體系

隨著5G技術(shù)的發(fā)展以及對6G技術(shù)的探討，人類社會的網(wǎng)絡(luò)空間不斷向外拓展。太空物聯(lián)網(wǎng)作為一項新的突破，由于當(dāng)前世界網(wǎng)絡(luò)空間復(fù)雜嚴(yán)峻，圍繞網(wǎng)絡(luò)信息安全和國際治理的討論陷入了長時間的停滯。星鏈的出現(xiàn)使傳播信道發(fā)生變革，同時也給國際安全與太空治理方面帶來了新的挑戰(zhàn)。

星鏈計劃的產(chǎn)生和發(fā)展，與美國太空安全戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的需求十分契合。SpaceX在獲得美國政府和軍方的扶持后，參與了美國軍方多個領(lǐng)域的合作研發(fā)。美國空軍的全球閃電計劃（Global Lightning Program）于2018年初獲得SpaceX公司2 800萬美元的資助，并進(jìn)行項目測試。此項目在星鏈系統(tǒng)最初兩顆測試衛(wèi)星的輔助下，將無線電波發(fā)射到美軍C-12型軍用運輸機所搭載的終端，其610 Mbps的傳輸速率是當(dāng)時美軍戰(zhàn)區(qū)所需最低傳輸速率的102倍，擁有非常可觀的進(jìn)一步拓展應(yīng)用的潛力。SpaceX通過美國的軍方任務(wù)、合同和技術(shù)指導(dǎo)，積極實施技術(shù)共享和研發(fā)合作，并利用美國中小科技企業(yè)的創(chuàng)新能力，從成功發(fā)展的民營企業(yè)中獲取高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品。這種新的混合式“軍民融合”體制使SpaceX在短時間內(nèi)取得巨大突破，同時也成為造就今日美國航天產(chǎn)業(yè)走向良性健康持續(xù)發(fā)展的根本原因[4]。

3 現(xiàn)代科學(xué)困境下的理性啟蒙

SpcaeX與NASA首度合作的載人龍飛船成功在墨西哥灣降落，實現(xiàn)星際旅行的“星艦”計劃也在推進(jìn)，此外，馬斯克還始終致力于腦機接口和人工智能的技術(shù)研發(fā)和商業(yè)布局。從宏觀的宇宙探索到微觀的腦神經(jīng)科學(xué)，以馬斯克為代表的研究者們正沿著兩個看似背離的方向探尋其模糊的邊界。馬斯克提出的“矩陣模擬假說”認(rèn)為，我們身處的現(xiàn)實世界是由更高維度的“計算機”模擬而成。這一思想假說并非近代科學(xué)的產(chǎn)物，可一直追溯到古希臘和先秦時期。人類正是由此開啟了認(rèn)識世界的大門。

“可以言論者，物之粗也；可以意致者，物之精也；言之所不能論，意之所不能察致者，不期精粗焉[5]”。此中所講“精”和“粗”，都是限于有形跡的東西，也就是客觀現(xiàn)象；“意之所不能察致”的至精無形之物，已經(jīng)由感官可見的宏觀世界深入到無法察致的微觀世界。與此同時，古希臘哲學(xué)的開山鼻祖畢達(dá)哥拉斯學(xué)派中有一群“有著哲學(xué)思維的科學(xué)家”，他們并沒有止步于對一般現(xiàn)象的描述和普遍規(guī)律的探尋，而是要在這個混亂的世界中尋找它的本原。他們認(rèn)為數(shù)即是萬物的本原，宇宙中首先有了極微小的數(shù)，才有了幾何學(xué)中的第一個點，因而生出二維的線、面以及三維的體。萬物都依照數(shù)的原則，以一定數(shù)量的比例規(guī)律而構(gòu)成了和諧的宇宙系統(tǒng)，正如我們通過計算機的數(shù)字技術(shù)來模擬現(xiàn)實世界從而制造出一個全新的元宇宙數(shù)字世界。

從理論上，如果人類的實驗精度一直無法追尋到物理世界最小的空間尺度（即最小的數(shù)），人們就無法徹底弄清宏觀與微觀、真實與虛擬的邊界。人類理智的概念世界是“客觀、不變和真實的”，而感覺的經(jīng)驗世界卻是“抽象、變化和虛擬的”。自人的生命之靈住進(jìn)身體的一剎那起，人類才初次有了“物”的概念：“透過軀殼的七孔向外望去，生命由緊張而松弛，空間遂展開于‘我’之前，物體遂展開于‘我’之前，就在這一瞬間，是物之始，亦是知之始[6]”，感官所得為物，時空則出于理智推計。而那些原本僅僅由神經(jīng)元放電所難以產(chǎn)生的東西奇跡般地涌現(xiàn)出來，那就是人們的意識。盡管數(shù)字宇宙的假說難以被證偽，但人卻因意識的存在而天然擁有突破邊界、跳出有限系統(tǒng)與宇宙合而為一的潛力?！段鞑渴澜纭分械臋C器人覺醒于人類的情感，而人類則可覺醒于生活、藝術(shù)與哲學(xué)。

而人腦背后的意識——那接通宇宙天地的神秘力量究竟是何物？這是人類歷史上偉大的提問者們從未解開的難題?？茖W(xué)無法回答的問題，只好訴諸藝術(shù)與哲學(xué)。并不是說藝術(shù)和哲學(xué)最終就可以解決，而是這種問題沒有人可以回答，但藝術(shù)和哲學(xué)在嘗試回答的過程中自然化解了問題。在永恒的膠著和爭執(zhí)中，永遠(yuǎn)有一股蒸騰向上的氣。也正因為沒有最后的結(jié)論，因此永遠(yuǎn)都有希望，永遠(yuǎn)都飽含生命力。也正是在這不斷地追問和回答中，人們的靈魂得到了安頓。

4 結(jié)束語

宇宙和大腦，是人類路漫漫其修遠(yuǎn)、不斷上下求索的兩大終極科學(xué)。隨著前沿科技的成熟，一方面將火星移民、太空探索以及元宇宙等曾被認(rèn)為是未來主義的想法變?yōu)榭赡?，對此國際社會更應(yīng)從其政治、經(jīng)濟、環(huán)境等多方面著手，對其進(jìn)行規(guī)范和治理。另一方面，腦科學(xué)領(lǐng)域也進(jìn)入了前所未有的高速發(fā)展期。而人類作為宇宙搭車客，站在大腦的懸崖眺望未知。面對即將到來的智能時代，若想從“數(shù)字矩陣”的全面捆綁中脫離出來，則需要踏上一條反其道而行的向心之路。■