天上挂着另一条银河

赵君鹏

银河斜转，疏星点点，淡云轻飘，时而遮月。2020年4月末的一天晚上，我国很多地方的人们仰望星空时，看到的不是疏星，而是一串闪闪发亮的“星星”，宛如一串晶莹发光的珍珠项链。只见它们从西北方向升起，几分钟之后变暗直至消失，这就是星链。

星链是一组人造卫星，由美國太空探索技术公司发射升空。2015年1月，首席执行官埃隆·马斯克宣布，该公司计划从2019年到2024年，借助“猎鹰9号”回收火箭，在地球近地轨道上部署2.4万颗人造卫星，分层部署在距地面340千米、550千米和1150千米的轨道上。所有的卫星在某些特定轨道上运行，22颗卫星连成一串，围绕地球实时运转，从而组成星链网络，提供全天候的低时延、低成本卫星互联网信号。从2018年2月首批2颗测试卫星上天，到2020年4月第七批60颗星链卫星被送入轨道，这家公司持续研制、发射卫星，步履不停。

那么，星链是怎样工作的呢？我们可以把星链视为路由器和Wi-Fi信号放大器。一个路由器的信号覆盖范围有限，但多设置几个信号放大器，就可以扩大信号的传播范围，卫星路由器也是如此。谷歌和脸书公司曾借助热气球和无人机等工具将类似的设备送上高空，后来人们设想在远地轨道发射卫星，这样可以让卫星的覆盖范围更大一些。可是，随着集成电路和火箭技术的进步，近地轨道卫星设计、制造和发射的成本不断减少，并且相对于远地卫星，近地卫星延迟时间短，路径损耗小，用众多近地轨道小型卫星构建网络的方案自然就产生了。

虽然理论上星链能为包括南极在内的整个地球提供信号，但埃隆·马斯克认为星链为那些接入不可靠、价格昂贵或完全无法使用网络的地区，提供了高速宽带互联网服务。换句话说，星链服务的是因技术或者经济因素无法建设5G运行的偏远地区，比如空中、海洋、沙漠、森林、山区等。

由于卫星与地面终端的通信距离、所受的噪声和干扰都大于地面通信网络，所以卫星的频谱效率远远低于同期的地面互联网通信系统，这使得星链和第五代移动通信技术（简称5G技术）的关系是互补而非替代。具体来说，5G技术用光纤传输信号，延迟更短、传送更快、成本更低，缺点是耗电量高、覆盖范围小，适合城市等人口密集地区;而星链的优点是覆盖范围大、不依赖光纤基站，缺点是在通信设备密度高的地区无法提供稳定的服务。

星链计划完成后，人造卫星的数量将比现在多21倍。届时，疏星淡月的景象或许难以见到了，映入眼帘可能是人造的“耿耿星河”。但是，很多天文学家对星链计划忧心忡忡，他们担心如此多的人造卫星围绕地球运行，将会严重干扰天文观测，影响天文学研究。比如当星链卫星划过太空时，会因反射太阳光而发亮，它不仅带来光污染，还会影响近红外观测，甚至卫星通信波段电磁辐射会干扰射电天文观测，以及卫星和天文台会发生碰撞等。

另外，发射卫星不是一劳永逸的事情，人造卫星有一定的工作期限，它们的寿命取决于卫星的电子部件、太空环境等，再加上受大气阻力的影响，近地轨道卫星寿命更短。若干年后，卫星陆续报废，会导致近地空间垃圾激增，而要回收这么多的太空垃圾，难度可想而知。

从互联网信号传播角度来看，众多卫星升空后也许会如计划中的那样，扩大信号覆盖范围，但如何平衡技术和自然的关系，星链又给人们提出了新的课题。