旧瓶装新酒:雾里看花的马斯克“星链”计划胜算几何?

2018年02月25日 07:37 次阅读 稿源:孙永杰 条评论

感谢孙永杰的投递

进入到今年,素有“钢铁侠”之称的马斯克不知是何原因,频频在旗下的SpaceX发力,先是世界上推力最强的猎鹰重型火箭的首飞,而后就是近日利用猎鹰重型火箭将两颗小型互联网试验卫星(Microsat-2a和Microsat-2b)送入轨道的“星链”(Starlink)计划的开启。

对此,业内又是欢呼声一片,认为全新的全球免费上网的时代即将到来,传统运营商中间赚差价的时代将被终结。事实真的如此吗?

在此,我们不妨先简单介绍下马斯克的“星链”(Starlink)计划。根据SpaceX向美国联邦通信委员会(FCC)提交的文件,“星链”计划总计部署12000颗卫星,其中包括4425颗轨道高度1100-1300公里的中轨道,7518颗不超过346公里高度的近地轨道卫星,此次发射的测试卫星就属于后者。SpaceX预计2025年最终完成12000颗卫星的部署,为地球上的用户提供至少1Gbps/秒的宽带服务和最高可达23Gbps/秒的超高速宽带网络。不要被庞大的卫星数量唬住,其实马斯克“星链”(Starlink)计划的本质就是卫星通信。

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提及卫星通信,早在20世纪80-90年代,摩托罗拉公司提出并建成了以66颗卫星向全球提供通信服务的“铱”星系统。由于“铱”星系统是通过卫星之间的接力来实现全球通信的,而每部电话都可以与卫星进行相联,所以即便是偏远地区,“铱”星系统也能够实现通信。然而,这项总投资高达60亿美元的项目,却因运营成本太高,而不得不将一部手机定价为3000美元,话费为7美元/分钟,终端昂贵,销售乏力,项目正式投入使用半年后就宣告破产,到1999年3月铱星公司申请破产时,只发展了5.5万个用户,仅为公司预期盈利平衡点的1/10。自此之后,全球星系统、Teledesic卫星系统、天桥(Skybridge)卫星系统都半路夭折。需要说明的是,当时,Teledesic卫星系统打算发射近1000颗卫星组建卫星互联网,其规模仅是目前“星链”计划的1/12。

由此可见,建设卫星互联网,成本是不可回避且首当其冲的挑战,不可否认,低轨卫星的制造与发射费用正在逐年走低,但比起地面网络来说依旧昂贵。SpaceX曾表示,其重型猎鹰火箭每次发射起步价(最低)是9000万美元,其最大有效载荷16.8吨,此次搭载的Microsat-2a和Microsat-2b小型互联网试验卫星的重量386公斤(不包括太阳能电池板)。

以此计算,按照最理想的状态(不考虑卫星太阳能电池板的重量和体积),重型猎鹰火箭每次发射最多可以携带43.5颗卫星(几乎是不可能的),要将12000颗类似的卫星部署完毕,重型猎鹰火箭需要发射276次左右,仅发射成本就接近250亿美元。但我们很难从技术上相信,重型猎鹰火箭每次发射竟然可以携带43.5颗卫星(还要考虑体积类似于一辆轿车、冗余等多种因素),这样估算的话,仅发射成本破300亿美元是轻而易举的事情,当然这还不包括12000颗小型互联网卫星的制造等其他涉及成本的因素。这也让我们对于SpaceX自己预计的“星链”计划至少将耗资100亿美元的预估产生质疑(毕竟差出了2/3的成本)。而通过马斯克执掌的另一家公司特斯拉的汽车发展过程看,不断追加投入(增加成本)对于马斯克早已经是司空见惯。

除了成本因素,何时及能否按时完成12000颗卫星的部署对于马斯克也是不小的挑战。按照SpaceX的计划,其在2024年之前通过“猎鹰9号”火箭将首先发射和部署4425颗小卫星,但之后SpaceX提出申请,称在6年时间内难以将4425颗卫星全部发射升空。为此,SpaceX希望美国联邦通信委员会(FCC)能够破例,延长时间期限。根据SpaceX新的提议,公司在6年内先发射1600颗卫星(这将使得美国北部的阿拉斯加州部分地区无法覆盖),6年之后,SpaceX会继续发射卫星,从而实现美国全境覆盖。

不知业内看到这些作何感想?我们的疑问是,1600颗互联网卫星尚不能覆盖美国全境,12000颗可以覆盖全球吗?6年发射和部署1600颗互联网卫星,平均每年发射和部署267颗,按照这个速度,剩下的10400颗卫星发射和部署完毕,还需要38.5年(40年左右)的时间,先不说届时地面的通信科技发展导致的联网方式发生何种变化和发展到何种程度,还需不需要所谓的卫星通信及自身发展到何种程度都是未知数,总之40年左右的时间(马斯克你在开玩笑吗),简直是不可想象。当然就像前述的马斯克不断追加成本的司空见惯,屡屡延期交付(例如特斯拉汽车)也是马斯克的家常便饭,对于这1600颗已经修改的目标能否如期完成我们都表示怀疑。

除了上述固有的成本和部署挑战外,虽然与此前的卫星通信技术相比,现在的卫星通信技术有了提高,但传统卫星通信中存在诸如链路损耗、卫星功耗、覆盖范围和数据分发等短板是否得到了真正的改善依旧需要检验。

以链路损耗为例,据业内人士介绍,目前的技术由于传输距离长,手机根本接收不到卫星的信号。假设按最理想的情况,没有空气对电磁波的吸收,并且这个卫星上有办法折叠出来一个直径1米的巨无霸抛物面天线(24dBi增益),那么一个满功率100mW(20dBm)的Wi-Fi卫星发射机发射的信号,经过160km长途跋涉到地面上也会衰减成可怜的-100dBm。因为手机和笔记本的天线增益都小得可怜,所以手机的Wi-Fi芯片能看到的信号强度也只有-100dBm左右,这种情况下手机根本无法正确地接收数据(大部分手机需要至少-80dBm才能勉强工作),而所有这一切的计算还是在非常理想的情况下得出的,考虑到空气损耗、传播并非最短路径、建筑物树木遮挡、多径效应等诸多因素的影响,导致实际情况要复杂和糟糕。

再如覆盖范围。众所周知,卫星的覆盖范围太小,数目太少,速度太快。这意味着卫星上一个直径1米的抛物面天线只能覆盖地表约20公里直径的圆形区域(大约7度左右),即使覆盖中国960万平方公里中最需要此类服务的1/100区域,也需要76颗卫星。低地轨道卫星的运动速度大约是7.8km/s(第一宇宙速度),也就是说手机只能从某一颗卫星接收3秒钟数据,就要掉线,或者切换到下一颗卫星(这也是为何马斯克需要众多互联网卫星的原因)。对此,有业内人士认为,卫星间的无缝衔接技术将是相当大的挑战,而照此计算,马斯克的12000颗小型互联网卫星想覆盖全球用户上网恐怕数量上还差得很远。同样是基于马斯克一贯的将不成熟的技术夸大和应用(例如屡屡曝出事故的AutoPilot)的特质,我们也很难相信马斯克在上述技术要求更高的挑战中有充足的准备。

当然,除了上述成本、交付、技术等主观因素外,我们还没有将还各国电信产业的行业保护、管制以及网络安全等客观因素加入进来。毕竟马斯克本人此前也坦承,SpaceX需要各国政府的许可才能为当地提供网络服务,然而获得许可又会是一个艰难且缓慢的过程,而我们想说的是,连自己掌控的主观因素都让我们雾里看花,非主观的自己不能掌控的因素就更不用说了。

综上所述,我们认为,马斯克的“星链”计划不仅是旧瓶装新酒,从主观(成本、交付、技术等)和客观(各国通信的管制、政策、安全等)均给人雾里看花的感觉。基于此,其未来的胜算能有多大?相信每个理性的业内人士都会有自己的答案。

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