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公司 SpaceX 的一封郵件，其內容表明該公司的 “星鏈”（Starlink）衛(wèi)星互聯(lián)網項目已經開始下一階段的測試工作。

報道稱，未明確數量的用戶已經收到 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，標志著 “星鏈” 網絡邁出了商業(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)網接入的項目，其初衷是為了在全球范圍內提供網絡服務，尤其是目前網絡不可及的偏遠地區(qū)。

最初的設想是在地球上空的預定軌道部署由 1.2 萬顆衛(wèi)星組成的巨型衛(wèi)星星座。截至目前，SpaceX 已經成功發(fā)射了 15 批星鏈互聯(lián)網衛(wèi)星，入軌衛(wèi)星總數達到 893 顆，如果包括 2018 年發(fā)射的 2 顆原型衛(wèi)星，入軌衛(wèi)星總數則為 895 顆。雖暫時不足以覆蓋全球，但已經能為美國西北地區(qū)提供網絡服務。

圖 | 不斷增長的 “星鏈” 星座

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

該項目團隊表示，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，“星鏈” 網絡數據傳輸速度預計在 50Mbps 至 150Mbps 之間，網絡延遲控制在 20ms 至 40ms。之后，2021 年夏季，隨著發(fā)射更多的衛(wèi)星和建設更多的配套地面站，網絡延遲預計將降低到 16ms 至 19ms。當然，測試期間不排除偶爾出現網絡中斷的情況。

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，雖然扣除運費和稅費價格也有將近 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” 終端設備，用戶只需要將其指向天空，便可以輕松使用 “星鏈” 服務。如今這一衛(wèi)星互聯(lián)網服務正式開始測試，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。

據悉，位于德克薩斯州的埃克托縣獨立學區(qū)（Independent School District）將成為第一個與 SpaceX 達成服務的學區(qū)，“星鏈” 將為沒有互聯(lián)網或連接不暢的家庭提供寬帶服務。

單純民用可能會虧掉內褲

今年 5 月，美國陸軍與 SpaceX 簽署了一項協(xié)議 —— 測試在軍事網絡中使用 “星鏈” 來傳輸數據。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使用 “星鏈” 的服務。

對此，北京郵電大學經濟管理學院博士生導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、保險費用等。而由于馬斯克掌握了 “火箭回收” 和 “一箭多星” 的技術，導致他每次發(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。馬斯克的預見是 2025 年有四千萬人使用該 “星鏈” 網絡，那么 1.2 萬億美元的成本能收回來嗎？

2019 年中國三大運營商的年收入是 1.31 萬億人民幣。如果到了 2025 年，中國運營商里邊的 1/40 的用戶也就是 4000 多萬的人用星鏈網絡，那么按中國現在的資費標準，一年中國市場 1/40 的人能產生 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。

還有一些細節(jié)需要注意，星鏈網絡采用的是 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)星網絡和日常的 4G 網絡是不一樣的。

首先是信號問題。室內是沒有衛(wèi)星信號的，通過專用的設備接收到信號之后，手機等智能設備還需要將數據傳送回衛(wèi)星，這需要相當大的功率，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，相同的指標僅 1 毫秒，衛(wèi)星網絡在用戶體驗方面遠遠不如常規(guī)網絡。

GPS 的潛在 “備胎”？

近日，一家由美國軍方資助的研究得出結論，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，當星鏈衛(wèi)星的密度足夠，將可以替代 GPS 為全球提供導航服務。

得克薩斯大學奧斯汀分校無線電導航實驗室的托德?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，他們已經設計出一個系統(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。

不過，這些信號到達地面時非常微弱，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 信號就經常受到無線電波干擾。

美國軍方嚴重依賴 GPS。去年，致力于軍隊現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 公司談談，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）來導航并不是什么新概念。

事實上，美國在 20 世紀 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)星已經基本就位，但為了能夠行使 GPS 的導航功能，還需要建立一個全新的 LEO 超精密時鐘衛(wèi)星網絡，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 —— 在未來六年內至少發(fā)射 300 顆低軌衛(wèi)星，其組成的星座可以提供與當前 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)星的通信能力和現有 GPS 衛(wèi)星來提供定位導航服務。

他們聲稱，這個新系統(tǒng)為大多數用戶提供的定位服務甚至比 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品中少見的尖端算法來將其定位在僅僅幾厘米之內。這些技術利用 GPS 無線電信號的物理特性和編碼來提高定位精度。本質上來說，星鏈衛(wèi)星可以為地面用戶完成繁重的計算任務。

星鏈衛(wèi)星本質上也是太空中的互聯(lián)網路由器，網速能達到 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據。而如果衛(wèi)星發(fā)送信息的速度快上一百萬倍，數據就會更接近真實?！?/p>

據漢弗萊斯估計，這個融合了 LEO 導航的新系統(tǒng)將利用即時軌道和時鐘計算將用戶定位到 70 厘米以內。相比之下，智能手機、手表和汽車上的大多數 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)的關鍵優(yōu)勢是很難被干擾或欺騙。它到達地面的信號不僅更強，而且其微波頻率天線的方向性比 GPS 天線強十倍，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)導航服務，而其僅耗費星鏈衛(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 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，這個方法當然更簡單便捷?！?/p>

然而，這個新系統(tǒng)也有缺點。據預期，最初的星鏈巨型衛(wèi)星群不會在緯度 60 度以上運行，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，而不是現在安裝在智能手機和手表里的廉價 GPS 芯片。

因此與 GPS 不同的是，未來帶有 LEO 導航的服務都價格不菲，主要是因為 SpaceX 對星鏈衛(wèi)星進行了巨額投資，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，但 UT 研究人員（德克薩斯大學奧斯汀分校）希望馬斯克能看到這項新技術的價值。伊安努奇說：“這可能真的會讓全球導航系統(tǒng)煥然一新。”

原文標題：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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責任編輯：haq