类似「星链」的低轨通信卫星网发展前景如何?

图片:skeeze / CC0 类似「星链」的低轨通信卫星网发展前景如何?

张晟宇,卫星工程师,著有《蓝色星球的美丽自拍:卫星与遥感》

先写结论,低轨通信卫星网络的前景一定是非常好的,但是要成功却是非常困难,这个困难体现在两个层面。第一个层面就是需要给这个卫星网络的一个存在下去的定位;第二个层面就是如果不能在定位的层面完成完全的突破,也就难谈前景了。

这个回答我梳理了自己过去的一些文章,希望能够回答的视角全面一些。

先单纯地从空间网络的层面来聊聊这个问题吧。

空间网络的突然火热其实并不突然,几乎和 90 年代的浪潮有着一样的背景,就是地面网络的火热。上一次的互联网,这一次的移动网络。如果抱着要把这个空间网络做成功这个目标,我想大概有一下 4 个方面的事情需要注意。

第一个问题,用户在哪里?有多少?用多少?

主要的几个互联网星座都选择了低地球轨道。低地球轨道的特点与另外几种轨道最大的区别就是距离地面非常的近。从而也使得其动态性非常的高,LEO 轨道上的卫星往往都具备 7 公里每秒以上的地面速度。

同时卫星离地面太近导致每颗卫星能覆盖到范围很小,也就是服务区很小。因此如果要利用 LEO 通信卫星来提供服务的话,就需要非常多数量的卫星才能构建一个没有间断的系统。

但是低轨道卫星也有着非常明显的一个优势就是可以提供时间延迟很低的通信服务。

所以对于低轨星座来说还存在用户在哪里有多少的问题。如果以此为生意就是最首要的问题,也是我经过那么多次聊天后自己也很疑惑的事情。所有人都告诉我有用户,并且是大量的用户。可是没有谁能告诉我哪怕很模糊地告诉我用户在哪里?

低轨卫星网络先天的限制就是巨大的动态性,卫星总是匆匆来去,可惜的是地球上的需要网络的居民并没有根据星座中卫星的动态分布规律来生活的。北半球中低纬度高度集中的人口让不能轻易放弃掉高纬度的星座显得很尴尬,卫星多的地方人少,人多的地方卫星少。

所以未来的需求在哪里?有多大?相信很难有个符合发展的估计。即便可以告诉我用户在哪里,有多少就变成了凭借认知高低的造数字大赛。以至于大概这些用户有多少类型,都要用多少数据这种问题完全都不需要再问了。

我只能说,3 个问题都不清晰说明空间很大嘛!

第二个问题,为什么选你?

至于为什么选你,也就是一个项目的优势所在啦。这个问题大家都抱住了低轨时延低的天然优势,可是第一这个优势不一定能转化为好的服务质量,第二这个优势大家都有,没有意义。

对于用户来说选择的原因应该也很简单,那就是更好用,更便宜。结果是两个因素的综合最优。

那么现在我们可以看到的解决套路大概是两种,一种就是资源做优化整合的例如 OneWeb。从 OneWeb 现在公布的方案和采取的实施方案来看,除了数量和批量化的模式等比较有特色,抛出了智能化流水线的东西来之外,卫星几乎没有什么让人惊艳的地方,公布的成本价格也让人打问号。

然而 OneWeb 依然看起来是最容易做成这个事情的公司,因为它实在太机灵了。从上游到下游都捆绑上了一堆最有影响力的小伙伴。频率、发射等各方面也都是种种抖机灵。

另外一个套路是 SpaceX 的 Starlink 和 Leosat 这一类的,期望用技术上的突破来赢得比赛。毫无疑问现在 Starlink 独领风骚,开始迅速的甩开各种对手,朝着蛋糕独吃的目标快速前进啦。

就在前几年,我们还在调侃,说搞火箭的都由于马斯克的存在感受到了很大的压力,不得不逼得自己转变,还好马斯克他不搞卫星,如果他搞卫星的话我们也要遭受来自他那里很大的压力,可惜一语成谶,还真就变成了现实。

看来是天方夜谭的上万颗卫星的 Starlink 计划,交到马斯克手上就不再是天方夜谭,而是马上进入了疯狂的进展中。从提出计划到不断地修改计划、再到发射试验星,到发射第一批组网星,前后也就是 3,4 年的时间。实施进展的速度实在是太可怕啦。

所以虽然吃惊,还是在不出预料的几个月后,第二组星又上去了。而且做出了这么大的方案迭代。

从这个图的分析来看 Starlink 可以非常快速的跨过这个投入期,进入收益快速增加的时期,尤其是逐步地完成重要实验之后。

第三个问题,全球用户就是多样的用户,你的系统多样性够吗?

所有低轨网络都是全球网络,当然你也可以选择在出境的时候关机,可是谁又和挣钱有仇呢?

这就带来一个问题,就是系统的适应性问题。

显然这个问题是很突出的。比如美国的有钱人住在郊区,卫星网络的就很合算。但是国内为了几个人的小村庄都修基站,所以固定的地方上网都不成问题。那么一个系统在进入不同地区就要形成不同的服务模式,这就考验了最初的系统设计。

其次,落地每一个国家都需要获得许可,这个大概是小处难以发力的,于是总要去捆绑上大体量的各种运营商。

最后一个问题,容量利用率的问题。

显然低轨系统会面临很严峻的容量利用率的问题,就是需求强的地方带宽容量不够,而绝大多数地方卫星都处于空闲,空闲了就不挣钱了。这反而成为面对 GEO 系统的劣势啦。而巨头们的容量都没卖完,凭什么买你的呢?

但是马斯克带来的庞大星座其实在某个层面突破了这个问题。几千颗甚至上万颗卫星进入到空间,它不简单是一个通信网络了,而是构造了一个空间的基础设施。所以这个变革是深刻的,也是 Starlink 开创出来的中间网络的一个非常重要的定位,就是作为空间信息的基础网络,服务于空间的信息。有点绕是吧。

我们来看看美国 SDA(空间发展局)的下一代空间系统架构,就能看出点端倪来了,整个未来的空间信息获取与不同功能层面的发展都依靠一个底层就是空间传输层,这个传输层需要足够多的卫星,足够大的带宽。

因为大而强大也是一种一旦形成就非常可怕的定位吧。

但是我相信还有更多的空间在等待创新者前去突破,所以让有梦想想投身空间变革的人们一起来抓这个时代机遇吧。