統(tǒng)治低軌的高速低延遲網(wǎng)絡(luò)，星鏈離真正的全球覆蓋還有多遠(yuǎn)？

說到SpaceX，許多人都會(huì)想到最近發(fā)生的發(fā)射事故。今年3月3日進(jìn)行測(cè)試的SN10星際飛船原型雖然在剛著陸時(shí)毫發(fā)無損，然而一分鐘后卻發(fā)生爆炸。SpaceX CEO埃隆·馬斯克聲稱SN10很可能由于燃油箱吸入了部分氦氣，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)推力變低，10m/s的沖擊使得飛船底部產(chǎn)生了爆炸。為此，埃隆·馬斯克稱11號(hào)原型機(jī)SN11已經(jīng)對(duì)這些問題做了多項(xiàng)修復(fù)，并計(jì)劃于美國(guó)時(shí)間3月30日發(fā)射。

SN11發(fā)射推遲 / 埃隆·馬斯克

但這一發(fā)射計(jì)劃被再度推遲，原因是美國(guó)聯(lián)邦航空管理局未能趕在計(jì)劃日期到達(dá)發(fā)射基地。然而在3月30日正式測(cè)試時(shí)，SN11原型機(jī)未能安全著陸并再度損毀，這也是該星際飛船原型機(jī)測(cè)試的第四次失敗。但SpaceX可不只有失敗的項(xiàng)目，我們不妨來看看它的另一個(gè)項(xiàng)目，號(hào)稱未來實(shí)現(xiàn)全球覆蓋的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)星鏈計(jì)劃。

星鏈計(jì)劃是一個(gè)以近地軌道的衛(wèi)星鏈提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的項(xiàng)目，SpaceX稱2021年將利用部署的1584顆衛(wèi)星提供近乎覆蓋全球的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。但SpaceX已經(jīng)向聯(lián)邦航空管理局申請(qǐng)了42000顆的衛(wèi)星部署計(jì)劃，全部建成后覆蓋率和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量都有不小的提升空間。通過獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭，SpaceX一次可將60顆星鏈衛(wèi)星送入低軌。

光纖通信的替代者還是協(xié)同者

參與公開測(cè)試者的網(wǎng)絡(luò)測(cè)速圖 / Reddit

提到衛(wèi)星通信，很多人會(huì)想到飛機(jī)、游輪以及海島上的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，使用的體驗(yàn)都比較差，更不用說替代光纖網(wǎng)絡(luò)了。但星鏈所承諾的網(wǎng)絡(luò)并不算差，在近期公布的測(cè)試計(jì)劃中，SpaceX稱其網(wǎng)絡(luò)速率可以實(shí)現(xiàn)50Mb/s到150Mb/s，根據(jù)未來的覆蓋率、經(jīng)緯度和日期達(dá)到20ms至40ms的延遲。隨著更多衛(wèi)星的發(fā)射升空，更多地面基站的建立，未來星鏈還會(huì)進(jìn)一步改善速率、延遲和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間。

陸地通信的光纖傳輸速率與真空的傳輸速率還是有差距的，何況星鏈衛(wèi)星處于低軌軌道，在地面基站的支持下來回也只有1000多公里的距離，訪問的服務(wù)器地理位置越遠(yuǎn)，星鏈在延遲上也會(huì)更占優(yōu)勢(shì)。

從這樣的網(wǎng)絡(luò)條件看來，星鏈替代光纖通信好像也不是不行。對(duì)于那些光纖資源稀缺的地方，比如第三世界國(guó)家、農(nóng)村地區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)等，這樣的網(wǎng)絡(luò)選擇似乎更加合理。以中印之間的陸地光纜傳輸系統(tǒng)為例，這段穿越青藏高原的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不僅成本高昂，維護(hù)更是麻煩。但現(xiàn)階段的星鏈仍只能起到一個(gè)協(xié)同者的作用，不論是資費(fèi)還是最大速率上，星鏈離傳統(tǒng)的光纖通信還是存在差距。何況星鏈的目標(biāo)目前仍只是提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋度，按照馬斯克本人的話說，“為傳統(tǒng)電信公司提供那3%到4%最難觸及的用戶”。

一家獨(dú)大的低軌統(tǒng)治

星鏈衛(wèi)星部分覆蓋范圍 / satellitemap

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)并非新技術(shù)了，雖然衛(wèi)星發(fā)射成本高，但近幾年來也不乏參與者，比如英國(guó)的OneWeb、亞馬遜的Kuiper項(xiàng)目還有我國(guó)的鴻雁和虹云等。OneWeb去年3月就進(jìn)入破產(chǎn)階段，在獲得了英國(guó)政府投資后才得以繼續(xù)運(yùn)作下去，脫離破產(chǎn)保護(hù)。然而談到在軌衛(wèi)星數(shù)量，星鏈絕對(duì)是毫無爭(zhēng)議的第一。

OneWeb衛(wèi)星部分覆蓋范圍 / satellitemap

星鏈衛(wèi)星的在軌數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了可怕的1318顆，而相比之下OneWeb算上本月的一次發(fā)射，總衛(wèi)星發(fā)射數(shù)也才只有146顆。這都要?dú)w功于可重復(fù)使用的獵鷹9號(hào)火箭。OneWeb通過俄羅斯的Soyuz 2.1b火箭一次僅發(fā)射36顆衛(wèi)星，而且未來計(jì)劃每月發(fā)射一次。SpaceX的發(fā)射則更加頻繁，今年3月份更是成功發(fā)射4次，每次都用獵鷹9號(hào)火箭搭載60枚衛(wèi)星。而我國(guó)的鴻雁和虹云目前尚在建設(shè)和技術(shù)驗(yàn)證階段，僅試發(fā)射了少量衛(wèi)星，且暫時(shí)沒有商業(yè)計(jì)劃。

地面建設(shè)同樣不可少

已部署的部分星鏈地面基站

然而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信并非只需要衛(wèi)星即可，地面基站和接收器同樣是必不可少的。目前星鏈僅在北美和少數(shù)歐洲城市開放了測(cè)試，就是因?yàn)槟壳爸挥羞@些地區(qū)部署了地面基站。地面基站才是定義地面覆蓋范圍的最主要組件。

加拿大星鏈地面基站 / SpaceX

目前不少北美用戶已經(jīng)開始在郊外發(fā)現(xiàn)了星鏈部署的地面基站，考慮到SpaceX嚴(yán)格來說并非一家傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，因此提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)多為與本地的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商合作。就拿上圖中部署在加拿大境內(nèi)的星鏈地面基站來說，該基站部署在加拿大運(yùn)營(yíng)商Eastlink的設(shè)施內(nèi)。


星鏈的六邊形覆蓋 / SpaceX

根據(jù)SpaceX公布的數(shù)據(jù)，星鏈所提供的范圍覆蓋是以六邊形來表示的，只要在支持的六邊形范圍內(nèi)，搭建好接收器后就可以使用星鏈的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。那么星鏈的接收器是怎樣的呢？從去年的測(cè)試開始，參與測(cè)試的用戶都紛紛曬出了這一接收器的真面目。

星鏈接收器套裝 / SpaceX

其實(shí)這個(gè)接收器更像是農(nóng)村地區(qū)接收衛(wèi)星電視用到的“衛(wèi)星鍋”，在支付499美元的設(shè)備費(fèi)用和50美元的運(yùn)費(fèi)后，測(cè)試用戶收到的除了接收器外，還有Wi-Fi路由器、電源、三角支撐架和連接線。SpaceX建議用戶搭建在無干擾的高處位置，做好防雨、防雪等保護(hù)工作，以確保信號(hào)質(zhì)量。除了設(shè)備費(fèi)之外，用戶還要支付99美元的服務(wù)月費(fèi)。

星鏈接收器內(nèi)部GPS接收芯片 / Ken Keiter

國(guó)外工程師Ken Keiter對(duì)星鏈的接收器進(jìn)行了拆解，其中發(fā)現(xiàn)了不少意法半導(dǎo)體的GPS和射頻芯片，比如意法半導(dǎo)體的STA8090EXG GPS接收芯片和射頻前端芯片等。據(jù)媒體Business Insider透露，SpaceX與意法半導(dǎo)體達(dá)成了24億美元的制造合約，以生產(chǎn)100萬臺(tái)星鏈接收器。與此同時(shí)，499美元的設(shè)備費(fèi)很可能是在虧本賣，據(jù)業(yè)內(nèi)專家估計(jì)，每個(gè)接收器的成本價(jià)大概接近2000美元，雖然訂閱費(fèi)用可以分?jǐn)傄稽c(diǎn)，但考慮到火箭發(fā)射、衛(wèi)星維護(hù)等成本，也難怪馬斯克說正在盡力保證該項(xiàng)目不會(huì)破產(chǎn)。

想要全球覆蓋，請(qǐng)先過監(jiān)管批準(zhǔn)

星鏈接收器訂購(gòu)界面 / SpaceX

技術(shù)到位之后，并不代表著全球覆蓋觸手可及，要想覆蓋一個(gè)地區(qū)，就必須得通過該國(guó)家的監(jiān)管批準(zhǔn)。就拿接收器來說，國(guó)內(nèi)規(guī)定未經(jīng)審批的違規(guī)衛(wèi)星接收器都是違法的。然而從上圖的接收器訂購(gòu)界面可以看出，筆者填了電子發(fā)燒友公司所在地址后，系統(tǒng)顯示SpaceX計(jì)劃在2022年實(shí)現(xiàn)該地區(qū)的覆蓋。雖然不知道SpaceX有沒有和工信部和運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)，但考慮到特斯拉都已經(jīng)順利進(jìn)入國(guó)內(nèi)，在做好本地化部署，與國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商達(dá)成合作后，星鏈說不定真的能在明年服務(wù)中國(guó)，畢竟星鏈的衛(wèi)星對(duì)國(guó)內(nèi)有較大的覆蓋面積了。

SpaceX也在積極申請(qǐng)其他地區(qū)的監(jiān)管批準(zhǔn)，馬斯克在推特上稱一旦獲得批準(zhǔn)后，有望在今年年中在印度鋪開服務(wù)。去年4月，日本內(nèi)務(wù)與通信部門的官網(wǎng)上也發(fā)布了一份文件，提到SpaceX欲與日本本土運(yùn)營(yíng)商KDDI合作，在日本境內(nèi)推出星鏈服務(wù)。這份文件中也詳細(xì)提到了星鏈網(wǎng)絡(luò)的具體用例，除了農(nóng)村和島嶼的偏遠(yuǎn)地區(qū)通信外，還可以支持災(zāi)禍發(fā)生地面通信網(wǎng)絡(luò)中斷的緊急備用。

小結(jié)

以目前的發(fā)射頻率，到了2021年底或2022年，星鏈就已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)近乎全球的低軌衛(wèi)星覆蓋。雖然這種衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)并不適合高密度的使用場(chǎng)景，但這一市場(chǎng)早已被5G拿下，星鏈的服務(wù)對(duì)象更偏向于那些網(wǎng)絡(luò)資源不足的偏遠(yuǎn)地區(qū)。

此外監(jiān)管批準(zhǔn)也是星鏈必須邁過的一個(gè)坎，這就考慮到低軌衛(wèi)星避撞、防干擾波段等一系列復(fù)雜因素。在此之前，星鏈離真正的覆蓋全球還有不小的距離。

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