馬斯克的星鏈計劃能成功嗎？

向由

消停了兩個月，“馬家”的衛(wèi)星又出發(fā)了。8月7日，埃隆·馬斯克的公司SpaceX，完成了星鏈計劃（starlink）第十次發(fā)射，57顆星鏈衛(wèi)星進入低地球軌道，截至目前，星鏈衛(wèi)星已有595顆。

不論星鏈計劃能否成功，SpaceX走到這一步，已經(jīng)是航天史上的奇跡。

根據(jù)航天領域垂直媒體“小火箭”的統(tǒng)計，2019年，全球發(fā)射火箭102次，發(fā)射衛(wèi)星406顆。然而，早在今年的上半年，SpaceX發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量，超過了去年的全球總和。

馬斯克又一次顛覆了行業(yè)。SpaceX的優(yōu)勢是“一箭60星”，即發(fā)射一次火箭，能將60顆星鏈衛(wèi)星送上太空。目前，這門技術獨它所有。

根據(jù)星鏈計劃的規(guī)劃，SpaceX將在今年發(fā)射25次火箭。也就是說，今年還有15次發(fā)射計劃，約900顆衛(wèi)星正在排隊上天。

如果說，在2015年馬斯克提出星鏈計劃時，受制于當年的火箭發(fā)射能力，星鏈計劃很可懷疑。那么，隨著衛(wèi)星“撒土豆式”地發(fā)到太空，事情變得不簡單了。

Starlink的前輩們

星鏈計劃是個新詞，但衛(wèi)星通訊不是。本質(zhì)上，星鏈計劃是對衛(wèi)星通訊的一次升級換代。

“沒吃過肥豬肉，見過肥豬跑”，這話用在衛(wèi)星通訊很合適。美國電影中常常出現(xiàn)衛(wèi)星電話，比如反恐電影《孤獨的幸存者》，在通訊不發(fā)達的阿富汗，偵察小隊深入山林。遇到了危險，中尉麥克·墨菲爬上山頂，打衛(wèi)星電話求助軍方。

打衛(wèi)星電話，是因為山林里沒有基站，也就沒有手機信號。

爬上山頂，是因為衛(wèi)星通訊使用高頻微波，穿透能力弱，樹木就能阻擋。

衛(wèi)星通訊的優(yōu)缺點，大致從中得見。但馬斯克的星鏈計劃如果成功，會大大改善信號問題。

這還要從衛(wèi)星軌道說起。按照高度的不同，通訊衛(wèi)星的軌道大致分成三類，即高、中、低地球軌道。上世紀50年代人工衛(wèi)星誕生起，最早被盯上的是高地球軌道。

高地球軌道，又叫對地同步靜止軌道。航天工程的造價高，這不必多說。但只需要3顆高軌通訊衛(wèi)星，就可以覆蓋全球范圍了。所以，它是那時的性價比之選。

高軌通訊衛(wèi)星的帶寬不夠，但在那個年代，由于用戶少，這個問題并不明顯。

1965年，第一顆高軌通訊衛(wèi)星發(fā)射，在歐美大陸之間建立了240個信道，幾乎等同于4個海底電纜的通信量。是的，那時的光纖還沒普及，通訊依然靠電纜。

不難發(fā)現(xiàn)，回到通訊大發(fā)展前的20世紀，衛(wèi)星通訊是要優(yōu)越得多的。

電纜的時代，基站建設難度高。盡管電報的發(fā)明者莫爾斯描述過，電纜會成為地球的血管或者神經(jīng)，沿大地爬滿每個角落，從此信息互通，地球成為一個村。可想法是好的，落實卻不能。

地球上有山區(qū)、荒漠、海洋，電纜和基站難以全面涉足。這還只是自然層面，地球上還有大大小小國家，材料、技術、政治等因素，都可以是地面通訊建設的掣肘。

衛(wèi)星通訊無視地形，豈不穩(wěn)贏？這是很容易想到的。多個衛(wèi)星通訊項目在上世紀80年代齊步上馬，比較著名的有Iridium、ORBCOMM和Globalstar系統(tǒng)。

但這，成了業(yè)內(nèi)的一場噩夢。

最著名的Iridium項目，中國譯作“銥”星計劃，由摩托羅拉公司在1987年提出建設。定名為“銥”，是因為它模擬銥元素的原子結(jié)構(gòu)，77個電子圍繞原子核轉(zhuǎn)。但在實施方案中，經(jīng)過論證，改成了66顆。

和今天的星鏈計劃一樣，銥星系統(tǒng)是低軌道星座。它們的軌道高度780千米，沿著6條極軌道運行，每個軌道平面上均勻分布11顆衛(wèi)星。1998年，銥星系統(tǒng)投入了使用。

更高的價格，更差的體驗，“天基”對于普通用戶而言，相當沒有競爭力。

然而，不到一年，銥星公司被迫破產(chǎn)。

時間來到了2000年，“天基”與“地基”的競爭中，“天基”徹底敗下陣。衛(wèi)星通訊的優(yōu)勢蕩然無存。

原因在于，地面通訊的發(fā)展太快。1975年，蜂窩網(wǎng)絡取代了大區(qū)制網(wǎng)絡，簡而言之，蜂窩網(wǎng)絡可以頻率復用，大大增加了通信量。80年代后，高質(zhì)量的光纖材料取代了電纜，數(shù)據(jù)傳輸速率直抵極限，私密性還更高。

地面通訊更“賊”的是，基于GSM和CDMA的手機通訊網(wǎng)絡，運營商可以一手賣手機，一手搞建設，搶奪了占領手機市場的黃金期。而銥星計劃，一定要等衛(wèi)星組網(wǎng)成功才能起作用。

相比基站的建設，衛(wèi)星通訊系統(tǒng)技術止步不前。尤其是在成本上，火箭、衛(wèi)星的制造發(fā)射成本居高不下。受迫于此，銥星系統(tǒng)進入市場，依然要求以昂貴的價格。

更嚴重的是，銥星系統(tǒng)的設計，沒考慮到用戶的大爆發(fā)。依然受制于帶寬不夠，用戶人數(shù)一增加，速率之慢，時延之長，與基站相形見絀。

更高的價格，更差的體驗，“天基”對于普通用戶而言，相當沒有競爭力。

市場被逐步蠶食，衛(wèi)星通訊落個吃力不討好。據(jù)說，摩托羅拉公司在銥星系統(tǒng)投入了50億美元。但在將它出售時，價格只有2500萬美元。摩托羅拉元氣大傷，與它齊步建設的衛(wèi)星系統(tǒng)，也都幾乎齊步退場。

熱 土

“天基”落敗了，但是沒有出局。新世紀后，馬斯克前，衛(wèi)星通訊一直甘當市場配角，而且是悶聲發(fā)大財那種。

新世紀后的衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，遍及高、中、低地球軌道。高軌通訊衛(wèi)星受制于帶寬不夠，軌道資源有限，并不是新一代衛(wèi)星通訊發(fā)展的重心。目前，較被看好的是中低軌衛(wèi)星通訊，以中軌道的O3b，低軌道的星鏈計劃和OneWeb最為典型。

衛(wèi)星通訊系統(tǒng)走的是另外兩條盈利路線。一條路是服務價格敏感度低的用戶，比如銥星系統(tǒng)，在被收購之后，銥星公司與美國政府往來密切。根據(jù)2017年一份季度報告顯示，銥星二代有約35.9萬名客戶，來自美國政府的用戶有10萬名。

另一條路，是服務于不被基站覆蓋的地區(qū)。O3b計劃是最直接的。根據(jù)2019年的一份報告顯示，全球目前還有7億人無法享受通訊服務，有35億人無法上網(wǎng)。O3b，就是其他30億人的意思（Other 3 billion）。

“O3b”的市場不能輕視，比如在航海、航空、運輸業(yè)，緊急救援服務等領域，通訊是一個剛需，然而基站不能面面俱到。在這些領域，衛(wèi)星通訊一家獨大，享受著近于壟斷的市場，利潤自然不薄。

不過，地面通訊也沒有停止發(fā)展。新世紀后，基站數(shù)量繼續(xù)攀升，全球的4G基站達到了830萬座。它依然覆蓋著最多的通訊市場，并且還在不斷外延。

那么，馬斯克是如何破局的？

馬斯克所進行的技術變革，招招沖向衛(wèi)星通信系統(tǒng)的痛點。降成本是首要的，“豪”如上世紀的摩托羅拉通信巨頭，也被高昂的成本拖了后腿，可謂是血淋淋的教訓。

回過頭看，2018年2月，SpaceX開發(fā)的火箭重型獵鷹成功首飛，并且完成了一級火箭回收，它的意義現(xiàn)在更加清晰。盡管在當時，輿論更關注被馬斯克放到太空的特斯拉跑車。還有航天專家說，回收火箭要花的成本比不回收要多。

然而現(xiàn)在，回收一級火箭的技術，實實在在降低了成本。接著，SpaceX發(fā)明了回收整流罩的技術，成本進一步降低。

馬斯克和 SpaceX COO 格溫·肖特維爾曾透露，在復用一級火箭和整流罩的樂觀狀態(tài)下，單顆星鏈衛(wèi)星制造成本低于50萬美元，單次發(fā)射成本降至1500 萬美元。

那么，根據(jù)這一標準，完全部署 4.2萬顆星鏈衛(wèi)星，需投入衛(wèi)星制造成本210 億美元，發(fā)射成本 105 億美元。如前文所述，銥星發(fā)射了66顆衛(wèi)星，成本約有50億美元。這就足以知道，馬斯克站在巨人肩膀上，同時又往前走了多遠。

SpaceX的技術是顛覆性的，馬斯克又一次攪動了潮流。新、老對手也紛紛進入“賽道”。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)“元年”

眾多選手就位，誰會拔得頭籌？那又意味著什么？

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是一個多學科交叉的技術應用，SpaceX的核心優(yōu)勢，是通過回收和一箭多星技術，成功降低了單星發(fā)射成本，同時整合火箭與衛(wèi)星的生產(chǎn)全線，再度壓低成本，并且自主權大。換言之，它的核心優(yōu)勢在航天方面。

在互聯(lián)網(wǎng)通信方面，星鏈計劃也有技術的上限。目前知道的是，在網(wǎng)速上，星鏈可提供約1Gbps/秒的峰值寬帶服務。在時延上，星鏈的公測數(shù)據(jù)在30～80毫秒間，多數(shù)低于50毫秒。

從目前的技術上限來看，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)不能替代4G，更無法替代5G。

這是星鏈衛(wèi)星目前的硬件上限，比較來看，單個星鏈衛(wèi)星略微勝過一個4G基站。但在時延上，與低于10毫秒的5G相比，它依然遠遠落在下風。

假設星鏈計劃全部實現(xiàn)，在近地軌道的數(shù)目是4.2萬顆。在大多數(shù)場景下，它能提供的服務質(zhì)量，肯定比不上數(shù)量有830萬座之多的4G基站。這是蜂窩網(wǎng)絡的原理決定的，基站越多，頻率復用的程度越大，服務就越好。

類似的原理上的上限，其實還有很多。如果和銥星一樣，星鏈直接與終端連接，那么終端體積注定很大。銥星的時代，人手一個的大哥大，衛(wèi)星電話還不至于奇怪。放到今天，肯定不行。

從目前的技術上限來看，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)不能替代4G，更無法替代5G。所謂的“天”“地”大戰(zhàn)，更可能是“天”“地”融合，即兩者間的分工合作，在各自占優(yōu)的領域形成互補。

但這一切的前提是，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)真的能投入商用。但是顯然，星鏈計劃是否成功，目前還沒有定數(shù)。根據(jù)SpaceX的規(guī)劃，今年下半年，星鏈將率先在北美實現(xiàn)商用。馬斯克的故事還能不能講下去，這一步，很關鍵。

“賽道”上的對手很多了。中國的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)起步很晚，但如今正在加速追趕。2018 年 12 月，我國首張國產(chǎn)衛(wèi)星移動通信終端入網(wǎng)牌照發(fā)放，打破了國外的長期壟斷，基本形成了完整產(chǎn)業(yè)鏈。

在項目上，2018年，“鴻雁”“虹云”“行云”工程紛紛亮相。其中，鴻雁計劃知名度較高，它由中國航天科技集團主持，分三期建設，共計 發(fā)射300余顆衛(wèi)星。但在目前，僅于 2018 年年底成功發(fā)射了首顆“鴻雁星座”。

成本高昂，依然是中國航天目前的“老大難”。

根據(jù)《2018 中國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)投資報告》中披露，我國商業(yè)衛(wèi)星制造成本約為 376 萬美元/ 顆，發(fā)射成本約為470 萬美元/顆。要追上國際的領先水平，目前還有難度。

不過，中國在通信方面有優(yōu)勢，“天”“地”融合的條件具備。政策層面的重視也提高了，今年4月20日，國家發(fā)改委召開例行在線新聞發(fā)布會，首次明確了新型基礎設施的范圍，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)被納入通信網(wǎng)絡基礎設施范疇。

太空雖然大，但是競爭之激烈，不遜于地面種種。通訊行業(yè)的老話說，有線的是無限的，無線的是有限的。太空也如此，軌道資源和頻譜資源，都是不可再生的戰(zhàn)略資源。按照國際規(guī)則，先占先得，這里沒有后發(fā)優(yōu)勢。