天外Wi-Fi或?qū)⑸w全球

李忠東

開(kāi)啟互聯(lián)網(wǎng) ? ? 新紀(jì)元

美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月6日，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（簡(jiǎn)稱Space X公司）成功發(fā)射了世界現(xiàn)役運(yùn)力最強(qiáng)的“獵鷹重型”運(yùn)載火箭。而后僅隔半月，該公司于2月22日在位于美國(guó)加利福尼亞州的范登堡空軍基地SLC-4E發(fā)射場(chǎng)，又讓 “獵鷹9號(hào)”火箭成功升空，2分鐘后火箭一二級(jí)分離。大約11分鐘后，配備先進(jìn)雷達(dá)裝置的西班牙地球觀測(cè)衛(wèi)星PAZ到達(dá)距離地球上方約514千米處的軌道，部署成功。

雖然此次發(fā)射的主要有效載荷是地球觀測(cè)衛(wèi)星PAZ，但是人們卻對(duì)同時(shí)升空的代號(hào)分別為Microsat-2a和Microsat-2b的兩顆互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星更為關(guān)注。它們會(huì)在接下來(lái)一年內(nèi)對(duì)地面進(jìn)行通信測(cè)試，表明衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃“星鏈（Starlink）”正式啟動(dòng)。Space X公司創(chuàng)始人埃隆·馬斯克在個(gè)人推特中表示，兩顆衛(wèi)星的WiFi ID 分別是“Tintin A”（丁丁A）和“Tintin B” （丁丁B），丁丁是法國(guó)偵探漫畫(huà)《丁丁歷險(xiǎn)記》主角的名字，密碼為“martians”（火星人），現(xiàn)在相應(yīng)區(qū)域的用戶可以用手機(jī)接收到這個(gè)信號(hào)。美國(guó)著名互聯(lián)網(wǎng)速度測(cè)試公司Ookla最近發(fā)布報(bào)告顯示，截至2017年11月，全球互聯(lián)網(wǎng)寬帶的平均下載速度達(dá)到每秒40Mbps，全球移動(dòng)通訊的平均下載速度達(dá)到每秒20Mbps。而“星鏈”計(jì)劃的終端頻段為11Gbs，可提供“類光纖”的連接速度，終端用戶側(cè)只需要一個(gè)筆記本大小的平板終端來(lái)接收信號(hào)，即可完成連接。

早在2014年，馬斯克就曾宣布其發(fā)射互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星的夢(mèng)想：“ 努力讓我們公司在火箭方面的成功，也能復(fù)制到衛(wèi)星方面。寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)預(yù)定在 2020 年代中段鋪設(shè)完成，能擁有超過(guò)4000萬(wàn)用戶，意味著將為公司帶來(lái)每年超過(guò)300億美元的收益。這將是登陸火星的重要資本，可以為未來(lái)定居火星計(jì)劃提供資金支持。”

2016年11月，Space X公司向美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)遞交了首批發(fā)射4425顆互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星的申請(qǐng)，表示“星鏈”計(jì)劃將主要用于為全球個(gè)人用戶、商業(yè)用戶、機(jī)構(gòu)用戶、政府和專業(yè)用戶等提供各種寬帶和通訊服務(wù)，為全球用戶提供1Gbps的高速上網(wǎng)服務(wù)。首批部署的約800顆衛(wèi)星主要用于覆蓋美國(guó)本土和波多黎各等地，當(dāng)近地軌道的4000多顆衛(wèi)星完全優(yōu)化后，能為全球消費(fèi)者和商業(yè)用戶提供每戶1Gbps的高帶寬、低延時(shí)上網(wǎng)服務(wù)。待到全部衛(wèi)星部署成功，理論上可以提供無(wú)處不在的全球互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，消除傳輸數(shù)據(jù)的延遲問(wèn)題。因此，該系統(tǒng)被認(rèn)為有望開(kāi)啟人類溝通方式的新紀(jì)元。

然而，Space X公司能否像在火箭發(fā)射行業(yè)通過(guò)回收火箭帶來(lái)變革一樣，在衛(wèi)星領(lǐng)域再次驚艷世人，不少人心存疑慮。這里主要有四方面的問(wèn)題。一是價(jià)格問(wèn)題。Space X公司副總裁帕特麗夏·庫(kù)珀表示，“星鏈”計(jì)劃具有很高的性價(jià)比。他們打算以不同價(jià)格銷售不同的數(shù)據(jù)包，以滿足各種需求。二是費(fèi)用問(wèn)題。項(xiàng)目投資預(yù)估需要50～100億美元。作為一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，除了制造、發(fā)射衛(wèi)星外，地面上還需要同步建設(shè)控制設(shè)施、網(wǎng)關(guān)地面站以及終端用戶地面站，這些都需要龐大的資金支持。三是協(xié)調(diào)問(wèn)題。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)批準(zhǔn)了一網(wǎng)衛(wèi)星公司（One Web）、挪威航天公司（Space Norway）和加拿大電信衛(wèi)星公司（Telesat of Canada）利用衛(wèi)星在美國(guó)市場(chǎng)提供或者擴(kuò)大寬帶服務(wù)，按規(guī)定Space X公司在部署衛(wèi)星時(shí)需與其進(jìn)行協(xié)調(diào)。四是太空垃圾問(wèn)題。數(shù)萬(wàn)顆轎車大小的衛(wèi)星聚集在地球周圍，會(huì)被質(zhì)疑為太空垃圾，因此要讓這些小衛(wèi)星在使用壽命臨近結(jié)束時(shí)有序離軌，并采用先進(jìn)技術(shù)減少可能產(chǎn)生的碎片。

助推衛(wèi)星通訊 ? ? ?新飛躍

“星鏈”計(jì)劃是在地球周邊軌道構(gòu)建的一個(gè)由衛(wèi)星組成的“蜘蛛網(wǎng)”，目的是為全球消費(fèi)者提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。對(duì)于航空航天行業(yè)來(lái)說(shuō)，“星鏈”計(jì)劃將產(chǎn)生重大影響。現(xiàn)在的衛(wèi)星都是小量定制，一個(gè)型號(hào)的衛(wèi)星制造一兩個(gè)，最多的造幾十個(gè)。小量生產(chǎn)意味著單價(jià)貴，研發(fā)成本分?jǐn)偞螅拗屏诵l(wèi)星的發(fā)展。Space X公司制造4425顆衛(wèi)星的計(jì)劃，直接把生產(chǎn)批量提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。而衛(wèi)星價(jià)格從億美元計(jì)算，下跌到百萬(wàn)美元，也是兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

火箭發(fā)射是Space X公司的強(qiáng)項(xiàng)，通過(guò)火箭回收等一系列顛覆性創(chuàng)新，大大降低了火箭的發(fā)射成本和發(fā)射服務(wù)頻率。隨著2018年“獵鷹9號(hào)”BLOCK 5的投入使用，Space X公司計(jì)劃逐步實(shí)現(xiàn)單個(gè)火箭10次復(fù)用，大大降低了發(fā)射成本。如果維持現(xiàn)有生產(chǎn)能力不變，實(shí)際發(fā)射能力將提高10倍。按照這個(gè)計(jì)算，把全世界的商業(yè)發(fā)射統(tǒng)統(tǒng)都交給Space X公司都綽綽有余。尋找更多載荷是Space X公司面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，而衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)正好填補(bǔ)了這項(xiàng)空白。

由于偏遠(yuǎn)欠發(fā)達(dá)地區(qū)人口密度低，基礎(chǔ)設(shè)施如電力供應(yīng)、骨干網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)等方面的不完善，一般運(yùn)營(yíng)商很難提供普遍服務(wù)。而應(yīng)運(yùn)而生的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)能以極低成本（相對(duì)于全球鋪設(shè)蜂窩移動(dòng)基站）實(shí)現(xiàn)全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋，在經(jīng)濟(jì)上顯然切實(shí)可行。

“星鏈”計(jì)劃是自實(shí)現(xiàn)了全球小終端衛(wèi)星電話的摩托羅拉“銥星（Iridium）”系統(tǒng)后，人類面向個(gè)人用戶衛(wèi)星通訊的第二次飛躍。

科技巨頭 ? ?搶占灘頭

截至2017年6月，全球互聯(lián)網(wǎng)普及率為51.7%。按地理區(qū)域劃分則為：非洲31.2%、亞洲46.7%、中東58.7%、拉丁美洲和加勒比62.4%、大洋洲69.6%、歐洲80.2%、北美88.1%。由于沙漠、山脈和海洋等環(huán)境因素，世界上還有一半的人口沒(méi)有接入互聯(lián)網(wǎng)，信息的匱乏限制了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)文化的發(fā)展。這個(gè)龐大的數(shù)字對(duì)于任何一家追求未來(lái)發(fā)展?jié)摿Φ墓緛?lái)說(shuō)都極具誘惑力，未來(lái)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)將成為一個(gè)激烈競(jìng)爭(zhēng)的熱門(mén)領(lǐng)域。

中國(guó)航天科工集團(tuán)公司構(gòu)建的以“虹云工程”為代表的天基互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，正在打造一張無(wú)差別覆蓋全球的寬帶網(wǎng)絡(luò)。這是一個(gè)很好的商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支撐平臺(tái)，有助于培育“互聯(lián)網(wǎng)+”航天新興產(chǎn)業(yè)。

作為中國(guó)航天科工五大商業(yè)航天工程之一，“虹云工程”產(chǎn)生于中國(guó)航天科工此前提出的“福星”計(jì)劃。“虹云工程”在中國(guó)首次提出建立基于小衛(wèi)星的低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入系統(tǒng)，計(jì)劃發(fā)射156顆衛(wèi)星，在距離地面1000千米的軌道上組網(wǎng)運(yùn)行，構(gòu)建一個(gè)星載寬帶全球移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。“虹云工程”具備通信、導(dǎo)航和遙感一體化、全球覆蓋、系統(tǒng)自主可控的特點(diǎn)，能提供極低的通信延時(shí)、極高的頻率復(fù)用率，做到真正的全球覆蓋，滿足中國(guó)及國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)欠發(fā)達(dá)地區(qū)、規(guī)模化用戶單元同時(shí)共享寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)的需求。同時(shí)，“虹云工程”也可滿足應(yīng)急通信、傳感器數(shù)據(jù)采集以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人化設(shè)備遠(yuǎn)程遙控等對(duì)信息交互實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用需求。目前，“虹云工程”定位的用戶群體主要是集群，包括飛機(jī)、輪船、客貨車輛、野外場(chǎng)區(qū)、作業(yè)團(tuán)隊(duì)以及一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的村莊、島嶼等。按照規(guī)劃，整個(gè)“虹云工程”被分解為“1+4+156”三步。第一步計(jì)劃在2018年內(nèi)發(fā)射第一顆技術(shù)驗(yàn)證星，實(shí)現(xiàn)單星關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證;第二步到“十三五”末，發(fā)射4顆業(yè)務(wù)試驗(yàn)星，組建一個(gè)小星座，讓用戶進(jìn)行初步業(yè)務(wù)體驗(yàn);第三步到“十四五”末，實(shí)現(xiàn)156顆衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行，完成業(yè)務(wù)星座構(gòu)建。預(yù)計(jì)2022年底具備全面運(yùn)營(yíng)條件，同年完成星座部署。

除了Space X公司和中國(guó)航天科工集團(tuán)公司外，波音公司、臉書(shū)、空中客車公司和谷歌公司等科技巨頭都已經(jīng)有了各自的行動(dòng)計(jì)劃和試點(diǎn)項(xiàng)目。