美國時間 10 月 26 日晚間，有用戶貼出特斯拉 CEO 埃隆?馬斯克旗下太空探索技術(shù)公司 SpaceX 的一封郵件，其內(nèi)容表明該公司的 “星鏈”（Starlink）衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項目已經(jīng)開始下一階段的測試工作。

報道稱，未明確數(shù)量的用戶已經(jīng)收到 SpaceX 的官方電子郵件，邀請其加入 “聊勝于無（Better Than Nothing）Beta” 測試。這對于 SpaceX 和馬斯克來說，是一個里程碑，標(biāo)志著 “星鏈” 網(wǎng)絡(luò)邁出了商業(yè)化的第一步。

野心勃勃的 “星鏈” 計劃

“星鏈” 是 SpaceX 推出的一項通過近地軌道衛(wèi)星群，提供覆蓋全球的高速互聯(lián)網(wǎng)接入的項目，其初衷是為了在全球范圍內(nèi)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，尤其是目前網(wǎng)絡(luò)不可及的偏遠(yuǎn)地區(qū)。

最初的設(shè)想是在地球上空的預(yù)定軌道部署由 1.2 萬顆衛(wèi)星組成的巨型衛(wèi)星星座。截至目前，SpaceX 已經(jīng)成功發(fā)射了 15 批星鏈互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星，入軌衛(wèi)星總數(shù)達(dá)到 893 顆，如果包括 2018 年發(fā)射的 2 顆原型衛(wèi)星，入軌衛(wèi)星總數(shù)則為 895 顆。雖暫時不足以覆蓋全球，但已經(jīng)能為美國西北地區(qū)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

圖 | 不斷增長的 “星鏈” 星座

郵件還顯示，“星鏈” 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)最初的定價將為 99 美元 / 月，同時用戶需要支付 499 美元購買 “星鏈” 上網(wǎng)設(shè)備，包含終端接收設(shè)備、三腳架和 WiFi 路由器等。此外，一款名為 “Starlink” 的 App 也已經(jīng)在 Android 及 iOS 應(yīng)用商店上架。

該項目團(tuán)隊表示，希望參與測試的用戶暫時不要有過高的期待。

未來幾個月內(nèi)，“星鏈” 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度預(yù)計在 50Mbps 至 150Mbps 之間，網(wǎng)絡(luò)延遲控制在 20ms 至 40ms。之后，2021 年夏季，隨著發(fā)射更多的衛(wèi)星和建設(shè)更多的配套地面站，網(wǎng)絡(luò)延遲預(yù)計將降低到 16ms 至 19ms。當(dāng)然，測試期間不排除偶爾出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷的情況。

圖 | Reddit 用戶貼出的郵件截圖

在郵件的最后，SpaceX 添加了購買鏈接。一名 Reddit 這樣寫道，“香！我在華盛頓東部時間晚上 7:38 分收到郵件，立刻就完成了下單購買，雖然扣除運(yùn)費(fèi)和稅費(fèi)價格也有將近 600 美元，雖然還需要再花 100 美元訂購將其安裝在皮卡上的配件，但一個字，值！”

此前，馬斯克曾公開表示，不需要特殊的額外裝置，任意類型的屋頂都可以輕松安裝 “星鏈” 終端設(shè)備，用戶只需要將其指向天空，便可以輕松使用 “星鏈” 服務(wù)。如今這一衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)正式開始測試，將極大改善 4G 和 5G 基站覆蓋率不高的國家人民和深入無人區(qū)的探險家和科研人員的工作生活體驗。

據(jù)悉，位于德克薩斯州的埃克托縣獨立學(xué)區(qū)（Independent School District）將成為第一個與 SpaceX 達(dá)成服務(wù)的學(xué)區(qū)，“星鏈” 將為沒有互聯(lián)網(wǎng)或連接不暢的家庭提供寬帶服務(wù)。

單純民用可能會虧掉內(nèi)褲

今年 5 月，美國陸軍與 SpaceX 簽署了一項協(xié)議 —— 測試在軍事網(wǎng)絡(luò)中使用 “星鏈” 來傳輸數(shù)據(jù)。這項協(xié)議簽署于 5 月 20 日，并允許美國陸軍在三年時間內(nèi)使用 “星鏈” 的服務(wù)。

對此，北京郵電大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院博士生導(dǎo)師呂廷杰教授在此前接受采訪時斷言，純粹民用的“星璉” 計劃不可能盈利，一定是出于軍事目的。

他為大家算了一筆賬。

國際上通用的算法，發(fā)射一顆衛(wèi)星需要 2 億 2 千萬美元，其中衛(wèi)星本身的成本占一半，另一半是火箭的成本、保險費(fèi)用等。而由于馬斯克掌握了 “火箭回收” 和 “一箭多星” 的技術(shù)，導(dǎo)致他每次發(fā)射衛(wèi)星的成本大幅下降，所以姑且算發(fā)射單顆衛(wèi)星的成本總計 1 億美元，那么 1.2 萬顆衛(wèi)星，就是 1.2 萬億美元。

“星鏈” 計劃從 2019 年開始，2025 年結(jié)束。每次發(fā)射衛(wèi)星 60 顆，平均每年發(fā)射 2400 顆，截止 10 月底發(fā)射了大概 7.5% 的發(fā)射量。馬斯克的預(yù)見是 2025 年有四千萬人使用該 “星鏈” 網(wǎng)絡(luò)，那么 1.2 萬億美元的成本能收回來嗎？

2019 年中國三大運(yùn)營商的年收入是 1.31 萬億人民幣。如果到了 2025 年，中國運(yùn)營商里邊的 1/40 的用戶也就是 4000 多萬的人用星鏈網(wǎng)絡(luò)，那么按中國現(xiàn)在的資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，一年中國市場 1/40 的人能產(chǎn)生 46 億美元的收益，1.2 萬億美元的投資，需要 260 年才能收回成本，顯然這筆買賣并不劃算。

在投入產(chǎn)出差距如此巨大的情況下，為什么馬斯克還要做這件事呢？無疑是出于軍事層面的考慮。

還有一些細(xì)節(jié)需要注意，星鏈網(wǎng)絡(luò)采用的是 QV（毫米波）波段，同國際無線電協(xié)會規(guī)劃的 6G 預(yù)留頻段重合，相較于傳統(tǒng)的 KU 和 KA 波段，它頻率更高，載荷量更大，為了解決高通量，所以才需要密集放星。

而使用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和日常的 4G 網(wǎng)絡(luò)是不一樣的。

首先是信號問題。室內(nèi)是沒有衛(wèi)星信號的，通過專用的設(shè)備接收到信號之后，手機(jī)等智能設(shè)備還需要將數(shù)據(jù)傳送回衛(wèi)星，這需要相當(dāng)大的功率，因此我們在電視上看到的衛(wèi)星通信器材才顯得很笨重。

其次是時延問題。星鏈計劃 1.2 萬顆衛(wèi)星，8 千顆衛(wèi)星放置在距離地面 550 公里的低軌道上，另外 4 千顆星放置在高 1200 公里的軌道上，而電磁波是有傳輸速度的?？梢韵胂?，從衛(wèi)星到地面，550 公里的時延接近 4 毫秒，1200 公里的時延大概 8 毫秒。

而高可靠低時延的 5G，相同的指標(biāo)僅 1 毫秒，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在用戶體驗方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如常規(guī)網(wǎng)絡(luò)。

GPS 的潛在 “備胎”？

近日，一家由美國軍方資助的研究得出結(jié)論，這個日漸龐大的巨型衛(wèi)星群可能有了一個新的次要用途 —— 用作全球定位系統(tǒng)（GPS）的替代品。

并且相比 GPS，由于星鏈衛(wèi)星屬于近地軌道（LEO）衛(wèi)星，因此具有成本低、精度高、傳輸速度快、幾乎不受干擾等特點，當(dāng)星鏈衛(wèi)星的密度足夠，將可以替代 GPS 為全球提供導(dǎo)航服務(wù)。

得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校無線電導(dǎo)航實驗室的托德?漢弗萊斯（Todd Humphreys）和彼得?伊安努奇（Peter Iannucci）在非同行評審論文中聲稱，他們已經(jīng)設(shè)計出一個系統(tǒng)，可以借助傳統(tǒng)的 GPS 信號，用相同的衛(wèi)星來提供比 GPS 精確 10 倍的定位精度，而且受到的干擾更少。

GPS 由約 30 顆衛(wèi)星組成，在離地 2 萬公里的高空運(yùn)行。每顆衛(wèi)星不斷發(fā)送無線電信號，包含其位置信息和由衛(wèi)星所攜帶的高精密原子鐘給出的確切時間。地面上的接收器通過比較多顆衛(wèi)星發(fā)出的信號到達(dá)地面所需的時間，計算出它們所在的位置，誤差通常在幾米之內(nèi)。

不過，這些信號到達(dá)地面時非常微弱，一旦受到意外干擾或電子干擾就很容易消失，這是 GPS 固有的短板。例如在地中海東部，GPS 信號就經(jīng)常受到無線電波干擾。

美國軍方嚴(yán)重依賴 GPS。去年，致力于軍隊現(xiàn)代化的美國陸軍未來司令部訪問了漢弗萊斯的實驗室，討論了他在 2008 年聯(lián)合創(chuàng)辦的一家初創(chuàng)公司 ——Coherent Navigation。該公司旨在用銥星的信號來粗略替代 GPS，于 2015 年被蘋果公司收購。

軍方人士詢問漢弗萊斯是否有興趣和 SpaceX 公司談?wù)?，嘗試用星鏈衛(wèi)星來代替 GPS。后來，漢弗萊斯見到了 SpaceX 的人，對方對這個想法也感興趣，于是，軍方給了一年時間來研究這個問題。為此，陸軍未來司令部投資了幾百萬美元。

用 LEO 衛(wèi)星群（如離地 550 公里的星鏈衛(wèi)星）來導(dǎo)航并不是什么新概念。

事實上，美國在 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)射的第一批航天器中，有一些是繞距地 1100 公里軌道飛行的過境衛(wèi)星，為海軍艦艇和潛艇提供位置信息。LEO 衛(wèi)星群的優(yōu)點是發(fā)出的信號比 GPS 強(qiáng)一千倍，缺點是每顆衛(wèi)星只能覆蓋其下方的一小塊區(qū)域，因此要想在全球覆蓋穩(wěn)定的信號，需要成千上萬的衛(wèi)星。

推倒重來 VS 升級改造

目前，馬斯克的星鏈衛(wèi)星已經(jīng)基本就位，但為了能夠行使 GPS 的導(dǎo)航功能，還需要建立一個全新的 LEO 超精密時鐘衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，這又是一項耗資巨大的工程。

Xona 空間系統(tǒng)公司正打算這樣做 —— 在未來六年內(nèi)至少發(fā)射 300 顆低軌衛(wèi)星，其組成的星座可以提供與當(dāng)前 GPS 類似的覆蓋范圍。

與 Xona 不同，漢弗萊斯和伊安努奇想通過簡單的軟件升級來改造星鏈衛(wèi)星—— 利用這些衛(wèi)星的通信能力和現(xiàn)有 GPS 衛(wèi)星來提供定位導(dǎo)航服務(wù)。

他們聲稱，這個新系統(tǒng)為大多數(shù)用戶提供的定位服務(wù)甚至比 GPS 還要精確。這是因為每個星鏈衛(wèi)星上的 GPS 接收器可以利用消費(fèi)品中少見的尖端算法來將其定位在僅僅幾厘米之內(nèi)。這些技術(shù)利用 GPS 無線電信號的物理特性和編碼來提高定位精度。本質(zhì)上來說，星鏈衛(wèi)星可以為地面用戶完成繁重的計算任務(wù)。

星鏈衛(wèi)星本質(zhì)上也是太空中的互聯(lián)網(wǎng)路由器，網(wǎng)速能達(dá)到 100MB/s，而 GPS 衛(wèi)星的通信速度不到 100Byte/s，是后者的 100 萬倍。

伊安努奇說：“GPS 的傳輸速度太慢了，因此無法提供衛(wèi)星實際位置的最新精確數(shù)據(jù)。而如果衛(wèi)星發(fā)送信息的速度快上一百萬倍，數(shù)據(jù)就會更接近真實。”

據(jù)漢弗萊斯估計，這個融合了 LEO 導(dǎo)航的新系統(tǒng)將利用即時軌道和時鐘計算將用戶定位到 70 厘米以內(nèi)。相比之下，智能手機(jī)、手表和汽車上的大多數(shù) GPS 系統(tǒng)只能精確到幾米。

但對美國國防部來說，這個新系統(tǒng)的關(guān)鍵優(yōu)勢是很難被干擾或欺騙。它到達(dá)地面的信號不僅更強(qiáng)，而且其微波頻率天線的方向性比 GPS 天線強(qiáng)十倍，這意味著比起干擾器發(fā)出的信號，接收到真正的衛(wèi)星信號更容易。

據(jù)漢弗萊斯和伊安努奇的計算，該系統(tǒng)可以為世界上 99.8% 的人口提供連續(xù)導(dǎo)航服務(wù)，而其僅耗費(fèi)星鏈衛(wèi)星不到 1% 的下行鏈路容量和不到 0.5% 的能源容量。

斯坦福大學(xué) GPS 實驗室的托德?沃爾特斯（Todd Walters）沒有參與這項研究，他說：“我認(rèn)為這個解決方案確實比只用 GPS 更可靠，更精確。如果不需要改造星鏈衛(wèi)星的話，這個方法當(dāng)然更簡單便捷。”

然而，這個新系統(tǒng)也有缺點。據(jù)預(yù)期，最初的星鏈巨型衛(wèi)星群不會在緯度 60 度以上運(yùn)行，這意味著赫爾辛基的居民可能享受不到它帶來的好處，北極或南極地區(qū)也覆蓋不到。

另外，要在地面上使用該系統(tǒng)，還要用 SpaceX 自己的星鏈衛(wèi)星天線，而不是現(xiàn)在安裝在智能手機(jī)和手表里的廉價 GPS 芯片。

因此與 GPS 不同的是，未來帶有 LEO 導(dǎo)航的服務(wù)都價格不菲，主要是因為 SpaceX 對星鏈衛(wèi)星進(jìn)行了巨額投資，開始需要看到有收益回報。由于這些原因，并不是人人都看好這一新系統(tǒng)。

Xona 的首席執(zhí)行官布萊恩?曼寧（Brian Manning）表示：“我們很久以前就研究過這種方法，無論是從商業(yè)上還是從技術(shù)層面上來說，都沒有什么意義，這就是我們要開發(fā)一個獨立于 “星鏈” 衛(wèi)星群的原因。”

美國陸軍未來司令部和 SpaceX 都沒有對置評請求作出回應(yīng)，但 UT 研究人員（德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校）希望馬斯克能看到這項新技術(shù)的價值。伊安努奇說：“這可能真的會讓全球?qū)Ш较到y(tǒng)煥然一新?！?/p>

原文標(biāo)題：馬斯克“星鏈”邁出商用第一步，被美軍方盯上，或為GPS“備胎”

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