星链卫星网络来势汹汹

2021-07-15破风

电脑报 2021年19期

破风

全球星链布局在即

一个平静的下午，交易员史帝夫突然抬头，注意到屏幕上通知，股票板上有一群人准备炒作一只美股。“太好了，我又可以大赚一笔！”在其他股民的订单送出之前，他已经提前数十毫秒，将自己的订单输入纳斯达克系统。

接著股价果然如预料上涨，他也顺利地套利了结。当交易的肾上腺素褪去，他觉得肚子饿了。于是掉转船头，开船出去吃海鲜。他不用坐在交易厅或者网络遍布的市区，仅仅从太平洋上的一艘小船上领先其他人进行交易，是因为使用了卫星网络服务星链Starlink。

星链是SpaceX的姊妹公司，其实还在测试中，不过即将完成第一阶段的部署。3月14日早上，一台SpaceX 猎鹰9号火箭将60颗星链人造卫星送至轨道上，并且成功地在海上降落，结束创纪录的任务。这一台猎鹰9号是 SpaceX 旗下发射与降落共9 次的老兵。日前，另一台猎鹰 9 号也完成递送 60 颗星链卫星至轨道，让 SpaceX 越来越接近其初步规划的 1440 颗卫星“星座”。

当前地球的轨道上有约 2000 颗人造卫星，而星链要额外增加 1440 颗！事实上根据星链最新的计划，预计在 2025 年之前发射 1.2 万颗人造卫星，后续再考虑发射 3 万颗，总计 4.2 万颗人造卫星！为什么要这么多卫星？因为星链使用的低轨道（Low Earth Orbit， LEO）卫星，离地面近，因此需要大量卫星才能覆盖全球。这跟传统卫星非常不同。

传统卫星网络是由地球同步卫星（geosynchronous satellite，简称 GEO 卫星）发送，这类卫星固定在地球的相对位置上，离地距离超过2万公里，可以涵盖很大的区域范围，因此只要数十颗就能涵盖整个地球，但相对的频宽比较小。

而且由于卫星离地太高，地面必须用大体积的天线才能接收到讯号。若改用近地的 LEO 卫星，无法固定在地球的相对位置上，涵盖范围也比较小，因此需要大量卫星组成一个“小行星带”才能服务全地球，但优点是地面接收器可以大幅度缩小。

GEO是图中的高轨道卫星，而LEO是低轨道卫星。传统卫星网络公司为何不用 LEO 卫星呢？因为他们没有SpaceX星舰，SpaceX与星链是鱼水关系，火箭与卫星互补。SpaceX 开发出可回收的火箭，大大降低了运货至太空的成本，破坏了太空运输业行情，然而其最大顾客通讯卫星业却来不及反应。

SpaceX在2012 年就已预见未来可能会无货可送。而LEO卫星貌似最好的选择，LEO 离地面近，涵盖的区域较小，而且容易因大气摩擦而损耗，使用期限短，属于长期客户。星链的卫星预期寿命5年，以3万颗卫星计算每年需补充六千颗卫星。这对传统的卫星业者是天文数字，但这些对SpaceX不是问题。它发射成本低。

LEO卫星更轻，可以标准化与量产。如果说生产传统GEO卫星像是打造手工超跑，那么做 LEO卫星就像是量产经济型轿车。预估60 颗星链卫星的生产加发射成本低于三千万美元。

卫星填补了火箭的空舱率，降低了SpaceX的单位成本。而 SpaceX 的低发射成本也提高了星链的价格优势。双方可以扩大彼此的规模，进而持续压低成本。而且 SpaceX 还可以用星链来测试成本，即便火箭发射失败，损失也不至于太惨重。例如一开始提到的猎鹰9号，原本规划是能重复发射 10 次，但很明显还没有做到这一步，可重复使用的次数也就2～3次。

平价卫星网络说起来容易，目前还有许多未知的挑战。例如用户如何连上网络？LEO 卫星无法与地球同步运行，而是以每小时 17500 英里的速度飞驰。而用户的需求首先是必须一开机就能快速接上卫星，同步资料，这需要一颗卫星消逝在地平线之前转接下一颗卫星才行。要解决此问题，首先需要卫星数量多，未来的数量将是今天的数十倍。

其次，用户花约 500 美元，会取得一个相控阵列卫星地面站，类似于现在的“小锅盖”。地面站能自动“扫描”天空，找到最适合的卫星，连线，并追着卫星的位置转动。前一颗卫星下线，会通知地面站下一颗要连接的卫星的位置，周而复始。

根据初期的测试，目前第一批用户反应良好，许多汇报下载速率约 160 Mbps，上传速度超过 15 Mbps，而延迟（latency）则在 40 毫秒以内。可以说是与传统宽带及 4G 网络不相上下，延迟性则更胜一筹。然而频宽是卫星的硬伤。未来用户增加时，会分掉卫星的频宽怎么办？答案还是规模：发射更多卫星！

卫星的频宽可以叠加。越多卫星覆盖同一区域，频宽越大。因此星链将在不同高度部署卫星。根据星链提交的计划，其第一阶段的卫星将在离地 550公里至 1275 公里之间，分 5 层部署 4408 颗卫星。第二阶段则在非常低轨道的 335 ～345 公里，分 3 层部署 7518 颗卫星。因此同一用户的头顶将有数颗不同高度的卫星。