12000颗卫星为地球织网,马斯克昨夜踏上改变世界的第6个征程

作者: 站长SEO 日期: 2018-10-08 09:00:04 人气: - 标签: 卫星 网络 联网 轨道

科技速递:

12000颗卫星为地球织网,马斯克昨夜踏上改变世界的第6个征程

昨夜,又是在亿万国人进入梦乡之际,马斯克又搞出一件大事情。地球现有卫星不超过1500个,SpaceX的卫星互联网计划却竟然要发射12000颗卫星,而且话没多说就开干了,几十亿地球人未来都将可以通过StarLink接入真正的宽带互联网,这将会是对电信与互联网格局的一场彻底颠覆?亦或者是对未来网络、数字地球版图的一次重绘?小编第一时间约访专家,透视卫星互联网的现在和未来,8个问答带你预览马斯克改变世界的第6个征程,透过8种转变9个趋向解读史上空前震撼的这项超级工程。

地球当下运载能力最强的猎鹰重型火箭月初发射成功,舆论这段时间还没来得及从震撼中平复,马斯克又让地球人进入震撼模式。昨夜,范登堡空军基地,另一型火箭,猎鹰9,成功将三颗卫星送入太空,其中两颗是SpaceX自己的Starlink卫星网络计划的原型星Microsat-2a、Microsat-2b。

不同于以往,SpaceX对于这次发射相当低调,隐晦多多,很多关键信息并未明示。但即使SpaceX官方相对低调,行内人也知道,这不是两颗普通卫星,也不是一次常规商业发射。Starlink是何等计划?地球上空目前现存的卫星总量是1459颗,而Starlink仅在近地1100公里左右的低轨道就将发射4425颗用于“卫星互联网”通信的小型卫星,在300多公里的更低的轨道还将发射7518颗卫星,总量接近12000颗。

12000颗卫星为地球织网,马斯克昨夜踏上改变世界的第6个征程

如此数量,堪称史上规模最震撼的卫星计划,但是其价值和意义仅仅在于数量吗?而“卫星互联网”又是个什么东东?小编此前看过一本科技畅销新书《黑科技》,其中一个篇章详述了卫星互联网为主的空天互联网,以及未来网络若干领域的创新进化,于是第一时间连线到这个篇章的作者, FutureLab未来实验室创始人胡延平,对StarLink进行解读。

1.每个地球人都可以直接尽享卫星带来的超级宽带

问:SpaceX的这次发射比较低调,为什么还引来那么多媒体关注和热议,这是上次猎鹰重型火箭发射的舆论余波吗?

胡延平:不是余波,我个人一直跟踪研究前沿科技创新尤其是下一代互联网、下一代基础设施,更多是从信息技术角度持续观察空天互联网或者说卫星互联网。从我们的角度看,SpaceX此番行动的重点不是火箭,也不是发射,而是StarLink卫星互联网计划,这项给地球重新织网的超级工程,极有可能意味着未来网络、数字地球的版图重绘。这两颗卫星的发射标志着Starlink计划的成功启动,其意义丝毫不亚于猎鹰重型火箭将一辆Tesla送到近火星轨道。2020年左右预计先期800颗左右Microsat卫星投入使用,地球上的每个人将由此可以开始应用小型终端甚至移动终端,接入比目前家庭宽带快30多倍的超级宽带网络,速率将达到1Gbps以上,甚至最高可达23Gbps;而如果到了Starlink全面投入运营之日,通信业格局更将被彻底改写,互联网的未来也将因此改变,数字地球未来将首先通过太空卫星宽带网络连接起来,由此催生全新生态,以及完全不同以往的云管端玩法。

这是继PayPal支付、Tesla电动汽车、SolarCity新能源网络、猎鹰可重复利用火箭、防止人类被智能危及的OpenAI计划之后,埃隆·马斯克踏上的改变人类的第6个征程。这是70多亿地球人发生在即的切身改变,其影响面、实质意义和价值不容小觑。

另外两个征程相对晚些,但也已然进入实质性启动的节奏,Hyperloop超级高铁最近刚刚获得美国政府口头批准,猎鹰重型火箭发射成功则使得火星移民计划启动有了基点。

2.技术创新驱动低轨道卫星网络领域进入第二次发展热潮

问:喔,可是这个卫星互联网计划听起来好大,可行性强吗,会不会失败?

胡延平:说实话要是十年前或者五年前,诸多关键条件都是不成熟甚至不具备的。90年代比尔·盖茨曾向一家同为低轨道卫星网络的Teledesic投资,但是这家公司在烧掉90亿美元后2002年宣布关闭。过去十多年,其它倒闭、破产重组的相关企业也为数不少,实际上此前低轨道卫星网络通讯已经有过一次投资发展热潮,理论上非常看好,实际上困难重重。比如破产重组后的铱星虽然活了下来,但是步履蹒跚。卫星网络通讯,主要还是把持在拥有地球同步轨道、高轨道、中轨道大型卫星的传统卫星通信企业手里,资费贵、速率慢、容量低,而且市场主要局限于行业、机构、航空、海事、政府、军用等客户,地面终端体积也比较大,移动性差,个人消费者往往无法直接企及。

不过,沉舟侧畔千帆竞,创新者层出不穷,尤其近十年来加速涌现。截止2018年初,向美国FCC提出许可申请的低轨道卫星网络玩家就有波音、OneWeb、SpaceX、ViaSat、Telesat、Audacy、Karousel LLC、Space Norway、Theia Holdings和LeoSat,其中OneWeb、SpaceX等先后拿到许可。FCC主席甚至公开力挺SpaceX,表示非常看好。可以说,之所以出现这些变化,是因为技术。技术的创新、进步,使得低轨道卫星网络领域进入第二次发展热潮。而且这次的成功率、影响力将不同以往。

3.八种转变正在发生,空天互联网的商业市场奇点来临

问:看起来玩家多了不少,可是凭啥说这一次就不会出现上一次那样的涨潮又退潮的情况呢?

胡延平:技术在8个方面的创新进化,不仅使得卫星网络、天空互联网的作为商业的成本效率和性价比骤然不同以往,也意味着这个领域产业化发展的临界点、奇点实实在在开始来临:

1)卫星发射成本急剧降低,尤其SpaceX,火箭研发、发射成本已经做到同行的三分之一甚至十分之一;实现火箭回收重新利用之前,SpaceX每次发射费用为数千万美元,实现火箭回收并可重复利用两到三次之后,单次发射成本平均可望保持在每次600万美元,猎鹰火箭的制造成本在1600万美元,燃料成本实际只有20万美元左右。

2)卫星批量制造成本降低,大部分低轨道卫星已经可以做到总质量不到一千磅的情况下,每颗成本在一百万美元以内。

3)一箭多星技术更进一步降低发射成本,而选择飞机等作为载具在高空发射小型卫星技术的探索,又一次将成本拉低了一个数量级。比如维珍银河的做法,由白骑士特种飞机将发射者火箭带到离地面15公里高度,再由发射者火箭点火将小型卫星带到近地轨道,发射费用可以做到只有SpaceX报价的六分之一。

4)材料及工艺使得卫星进一步小型化,集成度更高,功能更强大了,发射成本却更低了;如果以中国声称的卫星发射成本可以低至每公斤5000美元来计算,400多公斤重的SpaceX的Microsat卫星,发射费用为200多万美元,而如果使用SpaceX比较成熟的具有22.8吨低轨道运载能力的猎鹰9进行一箭多星发射,单个卫星的发射费用可以再降低三分之二以上。

5)智能卫星技术以及算法的快速进步,不仅使得卫星控制、通讯管理、星地互动、多星联动更为,也极大的提高了卫星资源的使用效率;多天线、天线折叠、天线转动等技术貌似表面文章,却能使得卫星效能陡增。

6)毫米波通讯技术发展,使得星际通讯能力更为强大,不仅实现Gbps级别的带宽,对云雾雨穿透力也显著增强,信号强度保持能力大幅度提高,卫星直接与个人用户的智能终端可以进行高质量通讯。

7)智能手机等民用智能设备广泛普及,计算能力已经不亚于之前的台式机、笔记本,有天线小型化、多天线技术等加持,体现出显著的低能耗、小型化、智能易用等优势,使得用户与卫星网络的连接逐步扫除普及和应用障碍。

8)移动通讯的5G、超级 Wi-Fi等技术发展,使得天地一体融合发展、天地互补成为可能。

4.站在用户角度和站在卫星角度,可以分别看到9个发展趋向

问:对每个地球人来说,实际能够切身感受到的东西是什么?

胡延平:按照Starlink目前的预期,商用化开始以后,用户只要使用一个相当于笔记本一半大小的终端,实际和现在家庭路由器差不多大小,就可以与卫星直接通讯、支持其它设备上网了,而且体验到的是比目前20Mbps或30Mbps的家庭宽带快三四十倍的带宽。

相比之下,软银投资、股东阵容极为豪华的OneWeb还需要地面站作为用户与卫星之间接力点,电信业的可运营思维痕迹比较明显,虽然带宽和容量显著高于Iridium铱星,但是我个人认为并不符合未来最根本的网络发展趋向。

未来网络趋向,站在用户角度看:低延迟、低成本、低功耗、高速率、手持化、移动化、合一化,用户之间动态自组网,用户与卫星之间直接动态自联网;

未来网络趋向,站在卫星角度看:低轨道、小型化、智能化、低功耗、低时延、高速率、高容量,卫星与卫星之间动态资源优化,天地一体天网地网融合。

5.目前看到的形态,并不是StarLink的进化终点

问:总还是觉得多一个路由器或者专门的卫星上网终端有点多余,比如户外活动、开车等移动场景下就不是很方便,能不能省去中间环节,直接手机连接卫星网络?

胡延平:这是非常好的一个问题,前面提到的用户与卫星直接联网以及OneWeb相对Iridium实际有倒退的例子,就是为了强调这一点。实际上卫星和手机直接通讯在Iridium铱星计划20年前启动的时候就已经做到了。20年来,技术日新月异,关键技术突飞猛进。微型天线技术、小型手持设备、卫星手机、手机卫星上网方面的产品动向尤其值得注意。未来最鼓舞人心的变化,也会发生在这个部分。看过移动卫星通信服务提供商 Inmarsat的卫星热点设备 ISatHub就知道,就连距离地面数万公里的地球同步轨道卫星的地面设备都已经可以小型化到半个笔记本电脑大小,还是天线和 Modem等不同部分共同加起来的体积。距离地面只有几百公里的卫星所需要的地面联网设备的体积和功率,毫无疑问更是可以大幅度缩小的。在一些国家,高轨道中轨道X波段、Ku波段和Ka波段移动卫星通信兼备的设备已经实现车载、背负甚至单人手持,而过去没有一口如同大锅的卫星天线和工作站级别的沉重设备,是无法想象的。至于中、低轨道尤其近地轨道卫星的地面终端设备,普遍可以手持。从 Inmarsat到铱星、全球星、亚星电话、Spot等卫星电话,最突出的只是粗壮的通讯天线,主流卫星电话的体积已经远小于最初的GSM移动蜂窝电话。

而下一步,随着天线、电池技术的进一步提升,以及数以千计的卫星组成大规模星座、高带宽网络服务能力的提升,包括波束成形、波束定向、抗干扰、抗衰减、障碍物克服、基于网络融合的无缝连接等方面的技术演进,完全有希望逐步创造与普通智能手机相近甚至更好的卫星上网体验。

总部位于迪拜的卫星运营商 Thuraya的智能手机卫星适配器是个有趣的方向。即使没有卫星电话,用户的iPhone或者Android手机只要套上SatSleeve适配器,在应用商店免费下载安装SatSleeve App,智能手机即可与适配器有效连接,然后用户就可以在卫星网络模式下拨打电话、收发短信和电子邮件,使用一些社交、即时通信软件也没问题。Thuraya的 SatSleeve适配器,样子和厚一点的手机保护壳看上去没有太大不同,除了粗壮的天线,其他方面是一眼看不出来它竟然能让智能手机秒变卫星电话的。

所以,卫星上网距离每个手机用户并不远,随着产业各方参与StarLink计划,其地面用户的上网终端,将逐步集成到手机、汽车等智能终端里面去;当然,这个进程的快慢,也和这些终端未来的制式、频率、信道等是否与卫星是否能够趋同或融合有关;单就功率而言,1瓦左右的终端和低轨道卫星进行简单通讯妥妥的,大数据量联网的时候功耗会倍增。

6.相比传统电信业,卫星互联网是小投资,但却能搏取大未来

问:SpaceX以外还有哪些卫星互联网玩家,将来哪一家走出来的可能性大一些?

胡延平:Facebook和Google也算是,遗憾的是Facebook被SpaceX给整到沟里去了,Google相关团队里的人基本都跑路了;2016年 9月,Facebook第一颗卫星被 SpaceX猎鹰火箭失败的发射变成了一团火球。以色列公司制造的这颗 5吨重、造价 2亿美元的 Amos-6卫星灰飞烟灭,原本它是要为撒哈拉沙漠以南部分非洲地区提供互联网服务的,这对小扎对 internet.org都是个不小的挫折。

这场未来网络空间竞赛游戏里也有创业公司的身影,一家以色列公司干脆把自己公司的名称命名为 SkyFi,且对外宣布计划向太空发射 60 颗微型卫星。卫星上天看起来悬,SkyFi的折叠、可转向卫星天线倒是有些独到思路,引来多个买家与其接触。

OneWeb的股东都是大牌,软银、Virgin Galactic、Qualcomm、Honeywell Aerospace等。其信号处理芯片就来自高通,后者利用其终端与基站之间的切换技术,帮助建立卫星通信网络,解决诸多卫星在掠过一个个地面基站过程中的交接、切换问题。和 SpaceX一样,OneWeb要用小型低轨道卫星网络覆盖地球,计划发射 648个小型卫星到近地轨道,终端接入速率约为 50Mb/s,每颗卫星的制造费用在 35万美元左右,项目总成本约 20亿美元。OneWeb为航空公司、灾难救援组织、个人家庭客户、偏远山区的学校和村落提供服务。不过,尽管是近地轨道,OneWeb的天线和功耗技术似乎一般,设备小型化程度还是不够高。地面基站的设备尺寸依然不小。

美国 MDIF公司 2014年曾经发布的 Outnet外联网计划是个插曲,MDIF向近地轨道发射数百颗卫星以支持全球免费 WiFi的实现,虽然貌似动人,但这个Outnet的技术思路显然有问题,终端用户只能单向接收经过挑选的网络内容,不能互动,仅仅只是单向广播,不合时宜。

OneWeb的频谱资源通过 O3b获得,而 O3b是这个领域另一个重要角色,可以称之为中轨道玩家。起步不晚、开局不错,不过现阶段有些问题。O3b的成立之意,在于解决地球上 other 3 billion——也就是另外 30亿人没能上网的问题。Google、SES、汇丰银行等不同行业巨头是其重要投资人。相比原来35000多公里高度地球同步轨道通讯卫星存在的时延问题,处于 8000公里中轨道的 O3b卫星网络时延低于 150毫秒,且中继带宽达到常规光纤水平,这意味着网络品质可以规模化商用了。O3b在 2013和 2014年通过阿丽亚娜火箭已经分别发射两个批次的 Ka波段卫星,实现 8颗在轨。O3b卫星网络计划达到 12至 16颗卫星,利用这些成本比过往地球同步轨道卫星低廉得多的卫星,覆盖非洲、中东、亚洲、拉丁美洲等区域,提供最快可达 10Gbps 的速度和总容量84Gbps的网络服务给非洲、中东、亚洲、拉丁美洲等区域的发展中国家。

此前,尽管已经有号称 140Gbps全球最高容量的宽带通信卫星 ViaSat1在轨,同为 Ka波段,但 ViaSat公司其实首先是高轨道玩家,地球同步轨道以及 10倍于中轨道 O3b卫星的总质量,使其成本极为高昂。ViaSat1的地面系统包括卫星用户终端——Ka波段蝶形天线和卫星调制解调器,网关卫星地面站及网络操作中心,对企业、家庭用户的服务能力相对较强。相比之下,O3b的天网定位于骨干网络而不是最终用户接入,O3b采取一颗卫星下降到地平线之后由另一颗卫星接力的网络策略,使得制造、发射成本大幅降低,O3b自己的数据是有希望让非洲等地区的上网成本降低 95%以上。太平洋岛国、非洲、美洲等区域的 40多家 3G和 LTE移动运营商、互联网接入服务商已经成为客户。

当然,位于加利福尼亚州的 Viasat公司也不会满足于现状,随后的 Viasat2卫星带宽会是 Viasat 1的 2倍,容量 2.5倍,为 250万用户提供服务,宽带互联网服务下载速度从Viasat 1的12/15Mbps提升到25Mbps。

重组之后的 Google在天空互联网方向越来越没了感觉,先是从 O3b退股,后来又取消了 10亿美元打造 180颗高性能绕地卫星网络计划。但是,在关乎未来的重大方向上,Google不会一去不回。在卫星图像领域 Google已经有多起投资,间接拥有多颗在轨卫星。

三星尽管没有行动,但在口头上也表示自己也是一家世界级的、关注全球网络问题的大公司。三星称,未来要发射 4600颗微型卫星,为用户提供低成本的互联网接入。

上面说了这么多,从数字的角度算个帐,一会发现其实这个领域还在早期,二会发现这个领域的玩家其实是在以小投资搏得大未来。SpaceX规模如此庞大的StarLink,其实只需要100多亿美元资金,OneWeb与之相当。如果把排队要进入低轨道卫星互联网的玩家的预算做个加法,会发现涉及的资金总和不及传统电信业一年的网络升级和维护投资。StarLink的总投资,不及某一家中国的电信运营商的年度网络投资。100多亿美元只是一点儿零钱,这么点投资,就可以架构起来一张覆盖全球、服务亿万用户的卫星网络,其实是一笔极为合算的生意。不过生意成不成,也要看传统电信业和卫星互联网业未来在带宽、资费、服务、对物联网车联网等应用场景的支持等方面谁表下的更好了。

7.未来是谁的?卫星互联网、空天互联网的中国身影

问:前面分析到的情况里面,好像一家中国企业都没有提到,未来有中国的份吗?

胡延平:这也是个好问题。中国企业和相关机构尽管技术实力、所处发展阶段不太一样,但是在高中低不同轨道的发展方向与前述项目大致相同。中国航天科技集团在进行高通量宽带卫星项目,2016年发射了第一颗地球同步轨道移动通信卫星天通一号01星,为船舶、飞机、车辆等大型移动用户以及手持终端提供通信、短报文、语音和数据传输服务兼备。中国卫通也在实施Ka频段宽带卫星计划。但是卫星互联网未来主要是低轨道星座之间的游戏。

十几年前,前北电网络公司(Nortel Networks)CEO欧文斯曾提出和华为合作做低轨道卫星,类似今天 Facebook和 Google的方案,不过相关讨论未能继续。

清华大学与信威集团联合研制灵巧通信试验卫星,2014年完成发射并进行在轨测试。卫星重量约 130公斤,运行高度约 800公里,通信覆盖直径约 2400公里。测试验证了星载智能天线、星上处理与交换、天地一体化组网、小卫星一体化集成设计等多项技术,实现手持卫星终端通话、手持卫星终端与手机通话、互联网数据传输等业务。为了实现未来天空互联网布局,信威集团甚至通过其子公司卢森堡空天通信公司向以色列 Space-Com发出收购邀约,而 Space-Com就是被 Space X的猎鹰火箭送到火焰里的那颗 2亿多美元的宽带卫星Amos-6的制造者。

中国航天科技集团“鸿雁星座通信系统”计划2020年建成,60颗卫星组成星座;中国航天科工集团公司提出包括156颗卫星的“虹云工程”,提出覆盖全球的宽带互联网接入服务;民营企业、初创公司方向,天地经纬、九天微星、世域天基等公司的身影开始出现。

8.卫星、无人机、热气球……还有什么可能是可能的?

问:前面主要分析了卫星互联网,Google、Facebook等公司也在尝试用无人机、热气球、飞艇等为地面提供互联网服务,会不会这些方向以后也会成为重要方向?

胡延平:这些方向的尝试都是有益的,但是不会成为主流形态,充其量以后是局部拾遗补缺的技术手段,大规模组网更不可能。比如无人机,即使未来通过太阳能等新能源驱动,能够做到永飞不落,也不是最佳的空天互联网载具和平台,就不赘述了。最佳平台还是低轨道小型智能卫星。气球等发挥局部作用可以,大规模组网不合技术趋向。

在FutureLab未来实验室对20多个前沿科技领域的技术创新洞察里,未来网络是其中一个方面,但也是最关键的层面。对下一代网络、下一代基础设施的认知和探寻,和其它20多个领域的大大小小7000多个技术创新点位放在一起来看比较好。网络在一定程度上是多路力量齐头并进、多维创新协同作用的结果。能量密度、连接密度、数据密度,材料尺度、感知尺度、网络尺度,计算速度、移动速度、融合速度,从根本上影响网络演进的是这9个度。而不同领域和层面的基础科学、应用科技、产业群落在9个维度的突破创新,既是未来网络之因,也是IT(信息科技)的下一个进阶——新IT(智慧科技)的创新演进之果。

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网友评论:

特梅普 :赶紧建屋顶,以防羔羊挣脱枷锁。

草原夜色美7 :几十亿地球人通过卫星接入互联网,确实是一项造福人类的伟大工程。

宁静致远133033326 :美国代表着最先进的技术和文化

清风245336653 :自由的呼吸

Door6 :以后所有地球人都能用上免费高速无限制的卫星WIFI,信息、技术、民主、自由、新闻、人权会得到空前发展繁荣,太令人激动了

舅舅co :这个不太好喷 换下家[酷拽][酷拽]

手机用户52146053460 :这个马斯克能称伟大二字

_东122885429 :必须建一个大锅 把中国 盖起来

从来2 :美国世界的希望

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菩提花开151753392 :不比不知道,一比,中国这些精英不过是在中国当了个成功土豪人士。

hope126172169 :很担心国家的墙技术发展的怎么样

顺其自然158497150 :技术能推动社会进步。

山崎马扎克 :这样不是就可以跨过那道防火墙了么……

冲之家 :毕竟是特斯拉的崇拜者,特斯拉本人就是和伟大的科学巨匠和发明大师,超过爱迪生的伟大!

路飞孤 :你这样,世界五百强中国移动中国联通中国电信,是不会答应的

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