今年,“硅谷钢铁侠”、特斯拉电动汽车的老板埃隆·马斯克领导的一个项目——“星链计划”(Starlink)进展不断,成为不断升温的热点。
所谓的“星链计划”,就是打算在地球周围布置12000颗卫星,从而打造一个覆盖全球的网络系统,为世界上每个人提供高速互联网服务。
从2019年5月24日至今,他们的火箭已经成功发射了13次,每次把57-60颗卫星送上轨道。到现在,一共累计发射了700多颗卫星。每次批量发射成功,都会引来欢呼和呐喊。
要知道,在“星链计划”之前,全球在轨卫星总数一共才2100多颗。他一家公司在一年间,就让全球卫星总数增加了30%多。而且刚才说了,“星链”的全部计划是发射12000颗。所以,对于卫星通信行业来说,它绝对是个重要角色。
于是,很多人发挥想象,把“星链”形容得非常伟大和具有颠覆性,甚至说它会取代5G。但真的是这样吗?“星链计划”真有这么大价值吗?
接下来,我就给你详细说说。今天,先解读它的不足,明天和后天再看看这些不足该如何补救,然后分析它到底会不会成功。
不足一:传输速度远不如5G网络
很多人经常把“星链”拿来和5G对比,甚至觉得它是美国版的6G。其实,这么对标是完全错误的,离谱程度就像蚂蚁和大象比体重那样。
人们之所以这样比较,是因为“星链计划”最重要的目标是——凭借卫星技术,在不受地面设施限制的情况下,为世界上每一个人提供高速互联网服务。既然喊出来“为每个人提供互联网服务”,就难免被拿来和新一代通信协议5G做对比。但实际情况是,如果“星链”承担和5G相同的使用需求,传输速度只有5G的几千分之一。
为什么这么说呢?
5G在通信上,最重要的一个指标是流量密度,要求每平方公里提供100Tbps的带宽。这个指标保证5G用起来传输速度快,响应也快。但它是由背后大量的基站做保证的,没有大量的基站,就不会有那么快的速度。
你可以把地面上每个5G基站都看成“星链”的一个卫星。中国目前为5G建设的基站,每一个可以提供15Gbps的带宽,而“星链计划”中每一个卫星是20Gbps。单个拿出来对比,在数量级上差不多。
但中国为了普及5G,计划架设多少基站呢?这个数字还没有完全定下来,现在预估是446万-744万个之间,未来可能会根据需求增加到上千万。我们就取一个中间值600万个吧。也就是说,为了保证大部分用户接上5G网络后,传输速度达标,需要600万个基站。这是一个硬指标。就算把每个基站的带宽升级到和“星链”卫星一样的20Gbps,也依然需要450万个。
刚才说了,每个基站都可以看成是一个卫星,“星链计划”一共多少颗卫星呢?12000颗。也就是说,“星链”的硬件资源只是5G的1/375。
一般情况下,相差100倍就可以完全忽略不计了。比如,年薪20万和年薪2000万,一辆带脚蹬子的电动自行车和一辆家用轿车,都是典型的100倍的差距。
而且,刚刚算出来的375倍,还是一个保守的数字。别忘了,“星链计划”的目标是为全球提供网络服务,而我们是拿中国的基站数量计算的。如果把范围扩大到全球,“星链”和5G的差距会更大,在传输速度这一项重要指标上,最多只有5G的二千分之一。
这还没完。信号功率会随着传输的距离按平方的速度衰减,如果再考虑空气和其他干扰因素,甚至可能接近按立方的速度衰减。结果就是,如果全球用户真用起来,“星链”的网速不会比2G时代更快。
不足二:可持续性很差
“星链”总共要发射大约12000颗卫星。按计划,完成50%的时间点是2024年11月,全部完成的时间是2027年11月。
但是,每颗卫星的设计寿命只有5年。也就是说,2019年5月上天的那60颗,在发射计划进行到一半时寿命就到期了。虽然超期服役的情况时有发生,但因为卫星数目庞大,到时候肯定还是会有相当大比例的需要补发。
所以,从2024年中期开始,“星链”的发射压力就增加了。每年不但要把新卫星发射上去,还要补充失效的卫星。等到2027年11月,12000颗卫星都到位后,每年光是需要补充的卫星就多达2000多颗,合算下来,每个月需要发射200多颗。只有一直维持这个水准,它才能正常提供互联网服务。
但是,2020年,在全力以赴完成发射任务的情况下,“星链”平均每个月也只能发射65颗卫星,距离200多颗的目标还差很多。
要解决这个问题,可以从两个方向努力,要不就大幅提升卫星的设计寿命,要不就大幅降低发射成本。
但这两条路都很难在短时间内走通。卫星的使用寿命,可不是说提高就能在2-3年内迅速提高的;而他们发射卫星的成本本来就已经很低,很有优势了,怎么继续降低呢?所以,可持续性的问题对“星链计划”的威胁是最大的。
不足三:移动设备没法和卫星直连
很多人以为,“星链计划”成功以后,不管在世界的任何角落,哪怕是沙漠里的无人区,都能拿着手机直接上网。
其实不是。你还需要花200美元买一个卫星天线。这个天线像一个小锅一样,直径大约50cm,需要接上电源,安装在室外,对准天上飞过的卫星。只有这样,才有不错的网速。然后,每个月还要再收80美元的网费。
之所以一定要配这样一个天线,是因为我们的手机里压根就没有哪个零件能接收“星链”频段的信号,也不能发送这个频段的信号。于是,必须通过这样一个天线做媒介,实现信号的转换。
有人觉得,我不需要移动上网,固定在家里能上网就可以了。
其实可能也不行。因为这个天线从“星链”卫星上接收的信号频率是20Ghz,而未来十年将要成熟的5G信号的频率也跨越这个频段,这就可能互相干扰。从目前的发展态势看,如果干扰无法避免,各国大概率会首先选择5G。那时候,可能个人就不能随意安装“星链”的接收天线,也就没法用“星链”了。
马斯克曾经在推特上抱怨,“5G在贪婪地获取频谱资源”。这其实也说明,“星链计划”和5G确实在信号的频率上存在竞争。
不足四:制造大量太空垃圾
刚才我们说过,在“星链计划”出现之前,全球一共有2100颗卫星正在工作。而在卫星技术出现后,人类一共向太空发射过6000多颗卫星。虽然其中一些已经坠落到地球,但还有大约4000颗飘浮在地球轨道上,一些还在工作,一些已经像僵尸一样了。
按说地球这么大,在高于地表300-1300公里这个空间里,能容纳的物体太多了,几千个卫星应该一点也不拥挤,但实际情况比我们想象的严重得多。
1984年,“挑战者号”航天飞机曾经在地外480公里高的轨道上安放了一个靶子。靶子的大小和公共汽车差不多,表面是铝合金的薄片。它的任务就是检测一下,在这个高度上,太空垃圾对卫星的影响有多严重。结果在6年时间里,它一共遭到大约百万次太空垃圾的撞击,其中有3.2万次大撞击,把它撞出了肉眼可见的明显凹陷。这样算起来,1984-1990年间太空的状况就是,一辆公共汽车大小的目标平均两个小时被撞一次。
为什么会受到这么频繁的撞击呢?
如果你认为最主要的威胁是那些僵尸卫星,那你就错了。其实最主要的太空垃圾威胁,是那些大撞击后解体的小碎片。
比如2009年,“铱星33号”卫星和俄罗斯的一颗僵尸卫星撞了个满怀,铱星当场报废,成了上万块碎片。这些碎片在轨道上飘荡,又可能撞击其他卫星产生更多碎片。所以只要第一批碎片产生,碎片的总数就会呈几何级增长下去。
我们刚刚提到的那个实验,是1990年完成的。那时候,轨道垃圾远没有现在多。而“星链计划”中,每年都有2000多颗报废卫星。虽然按规定,它们会在9年内坠落到南太平洋一个指定的卫星坟场,但谁能保证这么多卫星没有失控的呢?欧洲航天局在2017年就给出过一个统计,一共19颗寿终正寝的卫星,只有16颗按指定计划进入了坟场轨道。也就是说,剩下的3颗继续在太空飘荡,变成了太空垃圾。
所以,“星链计划”很可能会制造大量的太空垃圾。而它的卫星数量那么多,所以它本身也会是太空垃圾最大的受害者。
以上,就是“星链计划”存在的缺陷:
第一,传输速度远不如5G;第二,可持续性差;第三,移动设备没法和卫星直连;第四,制造大量的太空垃圾,并且被这些太空垃圾影响。
不过,这些缺陷都是可以修正的,马斯克和投资者们在规划时肯定也考虑过了。下一篇,我们就来聊聊这些问题该怎么解决、能解决到什么程度。
领取专属 10元无门槛券
私享最新 技术干货