星鏈計劃與中國航天的鴻雁星座項目分析

作為鋼鐵俠的現實「衣缽傳人」，埃隆·馬斯克的每一個動作似乎都充滿了科幻色彩。關於馬斯克和SpaceX的新聞，我們總能隔三差五地在網上看到，大部分都是關於火箭回收、衛星發射以及移民火星。

2015年，馬斯克在西雅圖公布了一個比在火星上種植蔬菜還要瘋狂的計劃，Starlink——星鏈計劃。該計劃旨在通過建設由數以萬計的星鏈人造衛星組成的網絡，使所有衛星連成一個「星座」，為全世界每個角落提供可靠的網際網路連接。

星鏈計劃

SpaceX公司將在未來七年內往太空發射11943顆通信衛星，這些通信衛星將覆蓋整個地球，為全球幾十億人提供高網速、低延遲、價格便宜的網絡服務。

目前為止，人類總共發射了約8000多顆衛星，但在軌運行的也就不到2000顆，如果星鏈計劃能夠如期完成，那麼SpaceX一家公司擁有的衛星數量將是其餘衛星數量總和的6倍。

其實，有關衛星網際網路的競爭從上世紀九十年代就開始了。

當時，美國摩託羅拉公司在汽車電子和通信電子領域處於絕對壟斷地位，就如現在的華為，是通信工程師心中認定的殿堂級公司。而那時的地面基站建設成本是非常高的，並且部署難度十分大，根本無法達到全球覆蓋。

1987年，摩託羅拉公司的工程師工程師巴裡·伯蒂格與其妻子在加勒比海度假時，妻子向他抱怨說，她無法用手機聯繫到她的客戶。回到家後，巴裡和摩託羅拉在亞利桑那州工作的衛星通信小組的另外兩名工程師提出了一個腦洞大開的想法——「我們是否能把地面基站搬到天上去？」

於是，他們想到了一種銥星解決方案，由77顆近地衛星組成的星群，讓用戶從世界上任何地方都可以打電話。由於金屬元素銥有 77 個電子，這項計劃就被稱為了銥星計劃，後來由於成本預算的問題，衛星的總數降到了 66 個。

星球大戰計劃

最初，摩託羅拉對這個項目的內部代號也很科幻，叫做「星球大戰計劃」，並於1990年對外發布計劃，1996年開始部署，計劃在軌運營66顆衛星，部署成本大概在60億美金左右。

美國的「德爾塔2型」火箭、俄羅斯的「質子K型」火箭和我國的「長徵2號丙改進型」火箭分別承擔了銥星的發射任務。1998年5月，布星任務全部完成，11月1日，正式開通了全球的通信業務。

然而在當時，傳統的手機已經完全佔領了市場，由於無法形成穩定的客戶群，66顆衛星還沒發射完，這個項目就破產了。

銥星計劃的失敗給了科學家們很多思考，由於手機缺乏，銷售力量不足，價格昂貴，開業的前兩個季度，在全球只發展了1萬用戶，到申請破產為止，這個耗資50億美元建立的通信網只有5.5萬用戶，而一些分析家估計該公司要實現盈利平衡至少需要65萬用戶。

如今，智能通訊領域飛速發展，網際網路手機已經不再稀缺，於是，馬斯克在銥星計劃的基礎上，提出了更為成熟星鏈計劃。

星鏈計劃中，大約35%的衛星落在1200千米的高度，主要部署在Ku波段和Ka波段，用於衛星固定、衛星廣播以及衛星通信，約65%的衛星會坐落在300千米的高度的V波段。

SpaceX的官方測試數據顯示，星鏈的網絡下行速度可以達到1440Mbps，在飛行的C-12運輸機上檢測到了610Mbps，這個速度比銥星計劃的系統快了很多。

雷達波段劃分

中國頻率劃分及用途表

一顆獵鷹九號大概能承載六十顆星鏈衛星升空，每一顆衛星上都有一個功能強大的離子推進系和一個定製的內部導航傳感器，有一定的推進能力，同時還可以隨時改變角度。每顆星鏈衛星將使用雷射與它周圍的四顆衛星通信，組成一個全球的網絡。

2018年2月，SpaceX的獵鷹九號在加利福尼亞成功發射，它攜帶的兩顆星鏈實驗衛星宣告了星鏈建設的正式開啟，在此之後，SpaceX加快了星鏈的建設速度。

2019年5月，SpaceX成功發射了一箭60星，火箭發射之後，一級火箭被穩穩地回收到了海上平臺。按照SpaceX的發射計劃，以及美國政府要求的最後期限，星鏈計劃將在2024年之前部署4425顆衛星，在2027年之前完成所有的衛星部署。

雖然整個計劃是發射近1.2萬個通信衛星，但據SpaceX表示，星鏈計劃僅需要420個衛星就能夠初步輕微地覆蓋全球，在今年能就開始進行商業運作。

獵鷹九號火箭發射-入軌-回收流程

2020年4月23日，獵鷹九號第七次搭載60顆衛星發射，5月1日，這一趟「銀河號列車」過境福建、廣東等地的夜空，由於距離發射已過去一個多星期，這批星鏈到達軌道之後逐漸散開，所以不少群眾觀測到了四十顆相對明亮的衛星。

星鏈計劃的目標群體是亞非拉偏遠的農村地區，或者經濟相對落後的地區，這些地區由於人口稀少或者基礎設施比較落後，根本無法使用網際網路，但隨著現在智慧型手機的普及，處於偏遠地區的人們有著很強意願去連接網際網路，他們只需要花200美金買一個披薩大小的設備，就可以完成網際網路的連結。

一旦整個網絡建成，spaceX將是全球最大的寬帶網際網路運營商，預計每年收入約300億美金。只有得到了這些收入之後，馬斯克登陸火星的遠大目標才能夠持續地進行下去。

或許有人會有這樣的疑問，星鏈計劃會不會顛覆現在的網絡形式，影響我們5G的發展呢？星鏈計劃目前處於早期，有很多的不確定性，但在可預見的未來當中，星鏈計劃並不會顛覆未來的網絡形式，它恰恰是一個和5G呈互補關係的存在。

除了身為Spacex太空探索技術公司的創始人之外，馬斯克還是環保跑車公司特斯拉的CEO，車聯網和低軌物聯網系統架構也是星鏈計劃的願景之一。未來汽車會是移動網際網路的另一大場景，未來的智能駕駛、智慧汽車不只是單個汽車通過傳感器實現，需要通過邊緣計算和上層網絡來實現。

車聯網和物聯網是星鏈的本質，人們不可能只在信號好的城市裡開車，就算是在室內，衛星通信網絡信號還是會有很大的衰弱。而在農村、沙漠、海洋，人們無法建造太多5G基站，所以星鏈這類的低軌網際網路的作用是配合5G而不是顛覆5G。

星鏈的衛星是將網際網路信號直接傳送到地面上的網關或用戶終端的，這就意味著在基礎設施的投入要少得多。簡單的說，就是在農村地區的地面不需要建設那麼多基站了。星鏈的系統延遲是比較少的，因為星鏈的衛星大多數分布在350~500千米的高度，這比其他衛星要近很多。

這就意味著網際網路信號傳播到衛星的距離短了很多，信號在空間真空中的傳播速度比入地光纜快47%，星鏈的延遲大概是在20毫秒到35毫秒之間，未來會逐步達到10毫秒左右。依照這個速度，打遊戲沒有太大的問題，也能夠基本滿足車聯網的要求，但離5G還是差一些。

中國研究院於2019年發布的《中國寬帶發展白皮書》中顯示，我國固定寬帶用戶達4.35億，我國基礎電信企業陸續啟動了G.654.E幹線光纜的採集。2019年推動基礎電信企業在超過300個城市部署千兆寬帶網絡的接入，千兆網絡覆蓋的範圍達到了2000萬個家庭。

光纖的價格並不便宜，為什麼我國大部分人都會覺得光纖不貴呢？原因在於，我國城市人口居多，大家分攤後就變得優惠了，像加拿大、美國，包括非洲、南北極、海洋表面等這些地廣人稀的地區，接入光纖並不划算。所以星鏈的系統定位是全球市場，而不是某個國家的市場，更不是人口密集的城市個人用戶市場。

不可否認，衛星網際網路與傳統的地面網絡相比有其自身的優勢，截至2020年3月31日，科學家聯盟（usc）的資料庫顯示，地球上發射的在軌衛星有2666顆。而地球低軌軌道、頻率資源有限，國際衛星界通常遵循「先佔先得」理念，稀缺的軌道資源已經讓低軌太空進入了競爭模式，那麼我國在競爭激烈的衛星網際網路領域中，該如何追趕呢？

2016年11月，在馬斯克提出星鏈計劃概念後的一年，中國航天科技集團公司在珠海航展期間發布了「鴻雁星座」項目，該系統將由300顆低軌道小衛星及全球數據業務處理中心組成，具有全天候、全時段及在複雜地形條件下的實時雙向通信能力，可為用戶提供全球實時數據通信和綜合信息服務。

鴻雁星座一期工程計劃2021年前後完成，整個計劃在 2024 年前後完成。

按照規劃，鴻雁星座分為兩個階段進行建設。一期工程先發射60餘顆距地1100公裡左右的近地軌道衛星，完成全球覆蓋，一期工程帶寬有限，優先支持全球電話業務，並支持重點地區的移動寬帶網際網路接入；二期工程再發射300 餘顆衛星，將大大擴展網絡容量，完成全球移動寬帶網際網路業務支持。

待全部完工後，系統容量可服務200萬以上行動電話（進行語音通話）用戶、20萬以上寬帶網際網路（100M以上速率數據連接）用戶及1000萬以上物聯網（小數據量多連接數）用戶。

2018年12月29日，鴻雁星座的第一顆衛星在西北大漠的酒泉發射基地成功進入預定軌道。相較於其它主要的低軌通訊系統，「鴻雁星座」進展稍慢，但我國陸地基站覆蓋相對全球其它國家完善很多，內陸地區的居民幾乎少有「上不了網」的情況出現，所以鴻雁星座也主要覆蓋目標和市場空間並不在我國內陸人口密集區。

在我國海洋、野外、山林等區域，地面通信系統通常無法實現全面覆蓋。海上輪船、海洋鑽井平臺、南海諸島、兩極科考、海外密林沙漠地帶、海外建設隊伍、海外駐守人員等通訊，此前一直依賴銥星等國外通訊系統，不僅花費高，安全問題也無法得到保障。我國目前尚無低軌衛星通信系統，若鴻雁星座成功推向市場，將成為首個滿足基本衛星數據通信需求的系統。

就在鴻雁星座第一顆衛星發射的前一周，2018年12月22日，虹雲工程首星在酒泉衛星發射中心成功發射並進入預定軌道，成功實現了網頁瀏覽、微信發送、視頻聊天、高清視頻點播等典型網際網路業務。

虹雲工程脫胎於中國航天科工的「福星計劃」，計劃發射156顆衛星，它們在距離地面1000公裡的軌道上組網運行，構建一個星載寬帶全球移動網際網路，實現網絡無差別的全球覆蓋。

虹雲工程定位的用戶群體主要是集群的用戶群體，包括飛機、輪船、客貨車輛、野外場區、作業團隊以及一些偏遠地區的村莊、島嶼等。

2019年1月上旬，虹雲工程首次在天地連通通信試驗中通過衛星發出信息——「多少事，從來急；天地轉，光陰迫。一萬年太久，只爭朝夕」。隨後，虹雲工程又完成了多次全系統、全流程網際網路業務通信功能試驗和多用戶站入網通信試驗，均取得圓滿成功。

星鏈計劃如果成功，SpaceX會成為唯一一個可以提供全球實時地面直播的公司，為全球企業或政府服務虹雲衛星能夠實現每24小時向地面發送超過30萬張高清圖片，實則已達到高清直播的水準。

但SpaceX計劃發射11943萬顆衛星，一顆衛星只需覆蓋120公裡，而虹雲工程計劃發射156顆衛星，覆蓋面積要就比星鏈衛星大得多，所以高清直播的效果或許沒有星鏈那麼好。

路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。面對強大的星鏈計劃，我國正快馬加鞭不斷探索，未來可期！