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北京时间2023年10月9日15时43分,SpaceX从范登堡太空军基地SLC-4E发射台使用B1063-14号一级猎鹰九号运载火箭执行G7-4(V2 mini x21)任务,成功的将第112批21颗Starlink互联网卫星送入了预定轨道。

尽管SpaceX几天就有一次卫星发射,这次发射依然在社交媒体上被网友津津乐道,无不感叹中美差距越来越大,从卫星数量来看,中美之间已经有了数量级差异,而在近地轨道卫星通信来看,中美之间似乎已经有了鸿沟!

SpaceX星链通信:真是良心黑科技?

星链大家都知道,这种用大量卫星在近地轨道上与地面建立通信的方式一看就是高大上,而且地面只需要一个固定不动的天线就能与天上运动的卫星建立联系,简直就是黑科技!在乌克兰战争之前,星链这种先进的通信方式并不为人所知,而在此之后,几乎家喻户晓!

因为乌克兰的地面通信设施基本已经被俄军摧毁,大面积国土上再也无法保证常规通信,甚至连基本的电话交换和手机基站都无法公转,不是线路被炸毁就是没电,但就在俄乌冲突开始后不久,马斯克就宣布支持乌克兰,紧接着大批客户端运进了乌克兰。

在这个战火纷飞的国度里星链大显身手,乌克兰前线与后方的联系几乎全靠星链支持,乌克兰对俄军打击的引导以及自杀无人机攻击,战场应急通信,甚至乌军防空系统的联网都离不开星链,成了乌军战斗力的倍增器。

尽管乌军战斗力不咋地,但星链却实实在在的让俄军感到了压力,恨不得除之而后快,然而面对3000多颗卫星(2022年数据)的星链却毫无办法,干扰很困难,因为通信来自天顶,打击无能为力,而且是美国资产,俄军也不敢直接攻击。

星链成了美国支持乌克兰对抗俄罗斯的象征,同时也成了美国科技的里程碑!但它到底是怎么实现的?是如何成为太空中的互联网的?其实它的原理并不复杂,SpaceX的目的是建设一个高密度的卫星星座,时刻不停地绕地球公转,确保在地球上任何一点在任何时间都能看到2~3颗卫星通过天顶。

地面通信则用一个卫星锅来实现,与普通卫星锅不一样的是这个锅使用了相控阵天线,只要大致对准卫星方向即可,电磁波束即可自动寻找卫星直到成功连接建立通信,而太空中一颗颗绕地公转的卫星轮番连上与地面天线通信,是不是科技感满满?

为了实现全球绝大部分地区无缝连接,SpaceX打算从340千米~570千米的轨道上布置将近4万颗卫星,如果将这些卫星的轨道用线连起来,地球基本上就变成了一个毛线球,真是妥妥的近地轨道互联网通信星座。

为实现这个宏伟目标,SpaceX目前以每个月超过8次的发射数量将200~400颗卫星送入太空,目前在轨卫星已经达到了4863颗,这数量还在快速上升,预计在未来8~15年内就将建成这个人类有史以来最庞大的卫星星座系统。

中美科技差距越来越大?星链:科技树点错

看到这里估计所有的读者都会感叹,这SpceX很特么牛逼,将高大上的卫星通信干成了白菜,并且还将其用来提供最基本的卫星互联网接入,这简直就是高科技平民化。因此SpaceX星链在中国的粉丝那是一大把,然而很可惜的是星链并没有在中国落地,简单理解就是星链客户端不能在中国使用,即使你再喜欢星链,也只能去日韩或者东南亚菲律宾等几个国家感受下星链的便捷与快速。

中国没有星链:但中国有着全球最强大的互联网骨干线路

迄今为止中国还没有正式开建鳖版星链,不是中国没有技术,而是中国目前并不迫切,因为中国有着全球任何一个国家都无法企及的物联网基础建设!

2019年10月23日,Facebook(脸书)的CEO扎克伯格在为该公司“天秤币(Libra)”加密货币计划参加美国国会听证会时遭到美国众议院金融服务委员会资深共和党议员帕特里克·麦克亨利的质疑:

  • 支付宝有9亿用户,在他看来是Facebook的全球竞争对手。从目前看来支付宝和微信支付是可行的办法,麦克亨利询问扎克伯格为什么不做一个Facebook版本的支付工具来进行对抗。

然而扎克伯格回答让美国人扎心了,他表示支付宝和微信支付不仅是Facebook的对手,还在和全美多家公司进行竞争,因为他们所依赖的互联网基础设施要比美国公司使用的设施更加先进。

扎克伯格的话可能很难让人理解,早在2013年的一份统计数据表明,美国互联网速度全球排名第八,远超中国,处于遥遥领先的位置,然而美国互联网分配却极度不均,基础设施居然完全没法和中国相比,出了城市就没有信号,地铁里无法刷手机,美国很多农村地区是互联网沙漠。

据环球网2019年的一篇报道称,联邦政府有意提供补助来增加美国欠发达地区的互联网扩张的成本,但美国也仍有数百个地区实质上还是互联网沙漠,因为这些基础设施的提供商没有动力在这些地区建设互联网基础设施。

原因很简单,美国提供电信接入服务的都是私营企业,比如AT&T(41.4%),康卡斯特(36.1%),Charter(33.4%)和Verizon(17.4%)都是私营,美国政府允许这些企业地区垄断,其结果就是这些企业深耕互联网高密度接入地区,而对基建要求高但回报率低的地区却被直接忽视了,由于没有竞争,这些企业完全没有兴趣在这些区域扩张,即使有联邦基金扶持都没有积极性。

据WIKI词条提供的数据,截至 2022 年,美国光纤宽带协会的一项研究估计,只有43%的美国家庭能够与“一级”互联网提供商建立光纤连接,截至2019年,FCC的数据表明,有约2130 万美国人无法使用下行速度为 25Mbps、上行速度为3Mbps的固定宽带。

2023年6月16日,拜登政府还宣布了一个总值9.3亿美元的补贴项目,旨在扩大美国农村地区的宽带接入。”财政部副部长 Wally Adeyemo 在新闻发布会上表示:

  • “这笔资金是拜登-哈里斯政府历史性投资的关键组成部分,旨在为数百万美国人提供更多接入高速互联网的机会,并为他们在21世纪经济中充分参与提供更多的机会。”

是不是很激动人心!美国又遥遥领先了?然而据今年9月份Speedtest发布一份测试报告,全球互联网中国的网速移动通信网速排名第12位,达到了95.33 Mbps,固定宽带第7位,193.66Mbps;而美国的移动网速排名为第22位,只有77.43Mbps

中国三大接入提供商:电信、移动(2008年合并铁通)、联通(2009年合并网通),与美国不一样,三大通信公司在全国都有经营权,很多网友都不知道这代表什么意义,简单了说就是中国骨干通信网有三套,这些骨干通信网在工业和信息化部的协调下,拥有互联互通的接口,和平时期形成竞争关系,战时互为备份,组成一个全球最庞大的互联网接入系统。

中国在西藏和新疆很多无人区都建立了移动通信基站,因为这些地区夏季会有牧民抵达放牧,新疆的互联网覆盖率比美国农村要高几个数量级,看直播视频那是常态,直播带货更是带动了当地经济发展。中印边境都覆盖到了移动通信,印军手机上直接可以用中国的移动通信信号。

截至2023年6月,中国网民规模达10.79亿人,较2022年12月增长1109万人,互联网普及率达76.4%。要知道中国可是有14亿人口的国家,在960万平方千米的陆地上完成如此高覆盖率,堪称是全球奇迹。

为什么中国不迫切?因为中国在地面上的互联网建设太发达了,这点不只是美国无法比拟,全球任何一个国家都无法与中国的互联网规模相比。当然这只是其中原因之一,还有一个最重要的原因是成本!

星链成本之高:未来的SpaceX或将无法承受

星链确实非常便捷,乌克兰战争也让星链价值得到了彻底体现,但无论是哪种方式都无法改变一个结果,星链的成本是极其高昂的,这个成本主要分成两块:一块是天基卫星的发射成本,另一块是天际互联网的运营成本。

据CNBC在2022年3月23日的报道,马斯克此前公布了猎鹰9号火箭发射成本为6700万美元,发射报价为5000美元/千克,按猎鹰-9火箭近地轨道载荷22.8吨计算,实际成本为3000美元/千克,星链V1.0卫星为227千克,V1.5卫星为295千克,V2.0卫星为1250千克,目前星链已经发射了5222颗卫星,4863颗在轨,其中:

V1.0卫星:1727颗 x 227千克 = 390,667千克

V1.5卫星:22288颗 x 295千克= 6,574,960千克

V2.0卫星:1207颗 x 1250千克= 1,454,435千克

合计:8,420,062千克,如果按3000美元计算的话,马斯克已经烧掉了252.26亿美元,另外也必须要考虑卫星本身的成本,据说卫星成本在25~50万美元左右,按中间价37.5万美元计算,这些卫星大概要花20亿美元,加上发射卫星时的附件质量,总计在300亿美元左右。

接下来SpaceX还要发射3.5万颗V2.0的卫星,笔者算了下大概是1312.5亿美元,星链建成的总投资大约在1600亿美元左右,另外还有星链的地面站建设,这个不太好评估,总价估计在2000亿美元左右。

然而这个成本却不是一次性的,由于星链卫星轨道很低,其寿命大约只有5年左右,4万颗卫星,每隔5年轮换一次,每年要发射8000颗卫星,这个成本按未来的V2.0计算,成本大约是:

  • 发射成本:300亿美元
  • 卫星成本:30亿美元

每年的维护成本(硬件)是330亿美元,如果卫星延寿到7年,那么每年的维护成本(硬件)可以降低到228亿美元。这还没加上地面站维护费用,需要再人迹罕至的区域布置地面站,这个成本也非常高。

按目前的普通版用户99美元算,估计需要2.28亿用户才能摊平硬件成本,如果要盈利的话至少要2-3倍用户,当然星链可以使用战略合作商,比如像乌克兰或者欧洲国家的军方,甚至是美国军方等优质客户,但每年高达200~300亿美元的投入,这个成本将是十分惊人的。

星链的技术并没有质变:这是成本居高不下的重要原因

星链的成本那么高,其实原因很简单,星链并没有革命性的提升技术,与之相比当年的铱星以及海事卫星才是黑科技,这些卫星轨道高度比较高,寿命长,不过这种技术到了现在也只是成本堆砌。

近些年来真正的卫星通信技术突破无疑是中国的天通卫星与华为MATE 60 PRO的手机直拨卫星电话,这种才是低成本覆盖应急通信的最佳选择,目前中国的地面通信已经足够广泛,缺乏的只是应急通信,因此像天通+MATE 60 PRO是最适合中国的。

目前的天通卫星能支持百万用户的通信,未来卫星数量增加即可满足更多数量的受众,并且这种卫星高度达到了3.6万千米,寿命高达15年以上,卫星数量可以十几颗即覆盖全球,并且可以使用倾斜同步轨道覆盖高纬度地区,成本很低。

未来各国使用者在手机上即可接入本地互联网,应急状态下直接用手机直连卫星电话,可以覆盖几乎99.99%的需求,星链即使随便开放使用也只能作为本地互联网的补充,并不会成为首选,以如此高的成本维护如此庞大的一个补充的互联网,到底值不值得?

星链只是一个互联网接入端,资源仍然在地面

另外我们必须要了解一点,星链再庞大也只是作为一个接入端,就像遍布全球的光纤网络一样,它只是一个接入方式,并不能提供资源,必须接入地面互联网或者另一个客户端才有意义,所以它必须布置大量地面站,因为星卫星的高度比较低,卫星覆盖面不高,地面站数量布置密度必须比较高,否则星间链路也不够跑的,特别是在高纬度地区会相当麻烦。

中国卫星通信两步走,卫星电话,低速率接入

华为MATE 60 PRO发布后,很多网友都在介绍手机直拨卫星电话的黑科技,这确实名副其实,因为在华为之前没有任何一种手机可以在不借助外接天线的情况下完成直拨卫星电话,这种天线必定是做到了极致,而且华为也不担心别家能抄到,因为除了天线外还有卫星通信的基带技术,天线可以照葫芦画瓢,但基带就没那么容易了。

苹果和星链也在合作卫星电话,只是目前还没有正式完成,而且由于星链是低轨卫星,要实现无缝卫星电话覆盖,需要大量布置卫星,这又是一个差距。关于天通静止轨道卫星直拨电话的另一个技术则是天通卫星的巨型天线,直径达到了15.6米,并且支持多波束,这才是让华为MATE 60 PRO可以直拨卫星电话的另一项黑科技。

天通卫星的局限就是手机只能短信和语音,数据接入需要小型地面卫星天线,而且速度受到限制,但这是目前最经济、最有效以及技术最高端的解决办法,当然中国不只有最经济的解决办法,而且有和星链同级别的近地轨道互联网接入方式。

中国GW星座:大规模接入

中国计划实施的GW星座的通信原理和星链卫星几乎一致,不过与星链不一样的是卫星数量比较少,只有1.3万颗,轨道高度在550千米~1200千米左右,这个轨道的卫星寿命比较长,可以参考太阳同步轨道卫星的寿命,比如我国早期的风云系列卫星,可以轻松工作8年以上。

轨道越高,寿命越长,缺点是通信时延也会略高,中国GW星座选择550~1200千米的高度就是综合了两方面的性能,并不像星链那样一味追求低延时,同时也要考虑可维护性,GW星座数量为1/3,成本至少会低至1/3,另外寿命增加,比如增加离子发动机维持轨道,寿命可以达到星链卫星的2倍甚至以上。整体费用上大约只有星链的1/6不到。

中国人一直都是花小钱办大事,以国际空间站造价1500亿美元为例,中国的天宫只花了80亿美元,即使是总质量只有1/5,但却能完成国际空间站2/3以上的任务,未来的GW星座如果正式开建,估计也将走上比星链更低成本的道路。

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