铱星到星链，卫星互联网要来了吗？

马点秋

2021年9月20日15时10分，天舟三号货运飞船在海南文昌发射

9月17日，神舟十二号返回舱在东风着陆场安全着陆，标志着为期90天的载人航天任务圆满结束。而天舟三号货运飞船也于9月20日发射升空，为天宫空间站带去下一次载人任务所需要的各类物资。

天宫空间站如此密集的发射计划，离不开一套完备的“低延时”空天地一体通信系统。而近年来一股“将网络建设到太空”的热潮，也同样在席卷大洋彼岸的美国。

SpaceX于2015年公布的星链计划，将在今年10月结束其去年底开始的Beta测试，进入正式运营阶段。其在美国市场的平均下载速度可以达到97.23 Mbps，与固定光纤宽带的速度相当。那么，看上去如此“美丽”的卫星互联网，会成为未来的主流吗？

我们其实可以从它的“前身”摩托罗拉于1990年代建设的铱星低轨星座通信系统中，窥见一斑。

低轨卫星通信热潮

铱星计划是早期“3颗同步卫星覆盖全球”思想的产物。其以铱原子命名，试图如围绕铱原子的77颗电子般，打造一个由77颗（后来降为66颗）近地低轨卫星构成的高速通信网络。

地球上空的气象卫星

和位于同步轨道的高轨卫星不同，低轨卫星的覆盖范围小，需要多颗卫星组成“星座”这样的星间通信网络，才能实现全球覆盖。但也因为离地球更近，信号传输的时延大幅降低，用户体验大幅提升。

铱星计划于1998年11月1日正式投入使用。美国时任副总统戈尔特意捧场，在白宫玫瑰园拨打了第一通铱星电话。而在其之后，包括高通的GlobalStar全球星、轨道通信公司的Orbcomm等一系列卫星通信计划，在全球吸引了百亿美元的投资，在世纪末引发了一阵卫星通信热潮。

天宫空间站如此密集的发射计划，离不开一套完备的“低延时”空天地一体通信系统。

但命运和摩托罗拉开了一个巨大的玩笑。1990年代，得到蓬勃发展的不仅是卫星通信技术。大名鼎鼎的第二代移动通信技术GSM网络、GPRS移动互联网，也在全球范围内如火如荼地建设开来。辅以海底光缆和铁塔式移动基站，人们逐渐意识到，实现全球移动通信也许并不需要高大上的“卫星”，而只要一个个看似不起眼的地面基站即可。

而在铱星计划提出的1980年代末，移动通信还主要依靠同样是摩托罗拉研发的、采用第一代模拟信号的“大哥大”。摩托罗拉没有料想到，移动通信技术的发展如此迅速，而且和自己往“天上走”的想法背道而驰。铱星计划在正式上线15个月后，因用户规模只有预期的1/10，营收甚至不能偿还贷款的利息，而宣告失败。

铱星公司申请破产保护，摩托罗拉也陷入巨大危机。围绕着地球的66颗造价高昂的卫星，难逃坠入大气层焚毁的命运。有趣的是，最后该计划被美国国防部收购，至今在远洋货轮、登山探险等场景和军用领域发光发热。由此看来，基于近地轨道的卫星通信仍有其用武之地，只不过与摩托罗拉最初的构想大相径庭罢了。

上太空更“亲民”

既然有了摩托罗拉的前车之鉴，SpaceX又为何在十余年后重启低轨通信卫星计划呢？这其实和SpaceX的“猎鹰9号”可回收火箭所带来的超低卫星发射成本有关。

在“猎鹰9号”之前，造价从几千万到数亿美元的火箭，都是不可回收的。唯有航天飞机可以做到重复利用。但航天飞机高昂的维护成本，使得每次的发射成本甚至比火箭还高，达到4亿到15亿美元，同时结构复杂，故障率居高不下，以至于在近年，美国宇航员要想去国际空间站，还得依靠俄罗斯的“联盟号”火箭。

而SpaceX的“猎鹰9号”可回收火箭，于2010年首次发射，在2015年12月完成首次成功回收。而星链计划同样在2015年被提出，拟打造一个由4.2万颗通信卫星组成的庞大卫星通信网络。

美国时任副总统戈尔特意捧场，在白宫玫瑰园拨打了第一通铱星电话。

今年9月15日，“猎鹰9号”还利用载人“龙”飞船，将4名不属于职业航天员的普通平民送入了太空，完成了为期三天的旅程。“猎鹰9号”能夠将15吨载荷，以3000万美元甚至更低的报价送到近地轨道;原本动辄耗资上亿美元的太空任务，瞬间变得“亲民”了起来。

同时，SpaceX借鉴了特斯拉超级工厂的自动化生产线，将以往以月为计算单位的卫星制造周期，提升到了每日2颗，基本上能做到每月发射50～60颗卫星，这在以往是不可想象的。并且，卫星的设计思路和传统通信卫星完全不同，零部件多数为自行设计，集成度更高，表现也远好于同类产品。

SpaceX如此低廉的成本，和如此之高的发射效率，让星链计划最大的竞争对手之一OneWeb不堪重负。后者在2020年3月申请了破产保护，随后被英国政府和印度电信巨头Bharti收购。

加速抢占频谱

星链计划在美国受到热捧，和美国中西部地广人稀的国情有关。

2G基站的覆盖半径有5～10公里，5G基站只有100～300米，同时造价与功率都非常高。蜂窝移动网络这种先天的特性，让在地广人稀的地区建设高速移动网络成了一项亏本生意。而这部分地区人民对于高速网络的需求，显然通过卫星互联网实现更为合适。

2021年9月15日，SpaceX将4位平民送进太空轨道

“星链”的信号接收设备，未来甚至可以安装在车顶，实现“车基WiFi”，车开到哪，信号就跟到哪。卫星互联网的这些优势，完美击中了美国、加拿大这类低人口密度国家的网络建设痛点。

另外，SpaceX以如此快的速度建设星链网络，还意在抢占极其有限的频谱资源：由于无线电波的传播特性，在同一个频率下能容纳的信号数量是有限的。而又因为低频电波无法携带大量信息，高频电波在空气中的衰减过大，所以在现有的技术条件下，适合用于通信的频段基本上在100Mhz—70Ghz这个范围。

而国际电联在2003年确立的卫星通信频谱使用标准，是“先到先得”。如果照此标准继续使用，现如今的通信卫星频谱资源，在几年内就会被蚕食一空。针对这一情况，2019年的国际电联通信大会，更新了“非静止轨道卫星星座频谱的申请和使用准则”。

然而，新的准则并没有大家想象中严格，这为各个国家和企业仍然留下了不小的操作空间。马斯克极力推行的“星链”计划，显然已经在这场太空频谱大战中占得先机，为其以后计划登陆月球乃至移民火星打下了坚实基础。

中国也在去年，将卫星互联网列入了新基建名单，以航天科技集团、航天科工等国企为首的诸多航天类企业，也在加紧布局中国版的“星链”计划。在不久的将来，我们或许也能在家中用上来自太空的网络信号了。