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要WiFi還是要星空?馬斯克的“星鏈”計劃惹爭議

要WiFi還是要星空?馬斯克的“星鏈”計劃惹爭議

2020年05月16日 11:04 來源:中國新聞周刊參與互動參與互動

  要WiFi還是要星空?馬斯克的“星鏈”計劃惹爭議

  本刊記者/彭丹妮

  發于2020.5.18總第947期《中國新聞周刊》

  4月27日,天文愛好者們注意到,一串因反射太陽光而發光的衛星在當晚8點37分從西北方升起,劃過北京夜空;5月1日晚,這批衛星過境廈門,40顆肉眼可見的衛星一字排開……2019年開始,美國SpaceX公司通過一次火箭發射搭載60個衛星的方式將幾批“星鏈”(Starlink)衛星送入太空。此后,天文學家們發現這些衛星像一列火車一樣經過世界各地上空。

  這是“硅谷鋼鐵俠”伊隆·馬斯克的又一大手筆。這位特斯拉汽車的創辦者頻頻撼動人們的認知,他對未來生活方式的設想涉及交通、能源、支付、腦機接口等眾多領域,但航天無疑是其中最有野心的布局。

  馬斯克于2002年成立的商業航天公司SpaceX,用六年時間成功發射火箭,用不到16年的時間,造出了世界現役運載能力最強且可以回收的火箭。未來,他計劃建造巨型火箭,可以將人類送往火星——但在那之前,他想利用火箭做另一件事:覆蓋全球的網絡和通訊信號。

  衛星通信:網絡覆蓋無死角

  2018年2月22日,在美國加州范登堡空軍基地,SpaceX成功發射了一枚“獵鷹9號”火箭,并將兩顆小型實驗通信衛星送入軌道——這是馬斯克雄心勃勃的全球互聯網衛星部署計劃——“星鏈”項目的起步。

  每顆星鏈衛星重227千克,大小和一輛小汽車差不多,由板狀的衛星本體和一面可折疊的太陽能板組成,每顆衛星上搭載了4面相控陣天線用來進行網絡服務。低軌衛星通信的優勢是快。一方面,星鏈的信號傳播速度接近真空中每秒30萬公里的光速,而光信號在光纖中的傳播速度為每秒20萬公里,與此同時,星鏈不用像遠距離光纖通信那樣,靠一段一段接起來,而是直接點對點,因此即便考慮空地往返,這種通信手段也更高效。

  2019年5月,星鏈第一批發射的60顆衛星進入550千米的近地軌道,之后又分別于2019年11月和2020年1月進行了第二次和第三次發射……到了2020年4月22日,“獵鷹9號”火箭從佛羅里達州的肯尼迪航天中心基地發射,將第7批的60顆衛星送上了太空。至此,包含前述兩顆實驗衛星在內,星鏈計劃已經發射了422顆衛星。

  按照馬斯克給出的最新時間表,他決定在420顆衛星完成之際,就推出衛星互聯網實測——目前,他們正在北美地區和加拿大利用這些衛星進行一些私人網絡測試,更大規模的公眾測試將在2020年11月展開。根據SpaceX去年的計劃,2020年,星鏈衛星將至少發射9次,最多可能達到24次,也就是差不多每兩周發射一次。

  根據SpaceX向美國聯邦通信委員會(FCC)提交的文件,“星鏈”計劃將在2027年之前部署1.2萬顆衛星,分三層坐落在近地軌道中——7500顆、1584顆、2825顆衛星分別位于距地面340千米、550千米和1150千米的軌道上。2019年10月,SpaceX提交了新一批衛星的頻率申請,計劃再增加3萬顆衛星運行在328~580千米之間,使得總衛星數達到4.2萬顆。

  馬斯克允諾的是一個具有誘惑力的目標:星鏈計劃將通過大量低軌衛星對全球的完整覆蓋,屆時,無論是在人跡罕至的山川冰河,還是茫茫大海,都能接收到高通量、低延時的互聯網通信網絡信號。在網速方面,星鏈提供的是至少1Gbps/秒的寬帶服務——這個速度是目前家庭寬帶的30多倍,和最高可達23Gbps/秒的超高速寬帶網絡。到時候,消費者只需要購買SpaceX的終端設備,每個月花費幾十美元,就可享受這一網絡。

  青年航天學者毛新愿目前從事低軌衛星精密定軌和衛星導航系統等領域的博士后研究。他告訴《中國新聞周刊》,現在城市居民花費很少的錢就可享受便捷且快速的網絡服務,所以這類通信衛星不會沖擊現有光纖網絡和4G/5G等基礎通訊網絡,而是彌補傳統通信方式無法覆蓋到的地方,比如大洋上的貨運船、天空中的客機、南北極科考站等特殊位置。

  美國《麻省理工科技評論》近日發布的2020年十大突破性技術中,大型衛星網絡占據了其中一席。這個領域的主要玩家包括SpaceX、OneWeb、亞馬遜和Telesat等科技企業。該期刊認為,2020年大規模衛星網絡的影響,將在今年凸顯出來。與此同時,天文學家和關注太空交通管制的專家們對這些龐大的衛星網絡負面影響的擔憂和抱怨可能會越來越強烈。

  致力于“不破產”

  2015年初,兩名太空企業家在同一周先后宣布了進軍衛星互聯網業務:一個是伊隆·馬斯克,另一位是英國維珍集團董事長理查德·布蘭森,他投資的項目便是后來成為星鏈勁敵的OneWeb。

  《麻省理工科技評論》認為,與過去以展示國家實力和聲望為動機不同,如今,實用主義正在驅動太空領域的發展。據美國商務部估計,太空市場的價值已達3250億美元,20年后可能會超過1.5萬億美元。以“星鏈”項目為標志的通訊基礎設施、太空旅游、太空采礦等許多其他服務都有潛在的巨大利潤。

  衛星產業賽道上,一個重要的應用場景是通信。傳統衛星信號最大的問題是延遲,這是因為大部分通信衛星都在距離地球赤道35786公里的“地球靜止軌道”上,這段距離足以造成超過半秒的延遲。

  “高軌道衛星離地球太遠,因而到達地面時信號很弱,高帶寬數據如上因特網或者看視頻時,需要一個至少3米大的地面天線來接收信號。”哈佛大學天體物理學家喬納森·麥克道爾告訴《中國新聞周刊》。

  毛新愿則解釋說,高軌衛星、尤其是地球靜止軌道通訊衛星,還存在諸多壁壘。一方面,這些衛星重達幾噸,技術含量高而且非常昂貴,因此存在很高的技術門檻,另一方面,這些軌道是人類航天最寶貴的軌道,對于部署衛星數量會進行嚴格限制,分布過密的衛星也會干擾信號。

  在這種情況下,衛星數量多、信號強度高的低軌衛星互聯網就成了近年航天領域的熱門。毛新愿說,衛星互聯網具有很高的商業價值,除了用于通信,還可以參與導航定位,通過輔助北斗系統這類高軌衛星來提高定位精度,同時,還可以在載人航天、各類勘探、氣象研究、遙感等科學類項目中發揮作用。但因為一個近地軌道衛星只能負責地球一小部分的通信,所以要實現全球覆蓋,需要很多衛星。

  早在1990年代,就有企業開始涉足太空互聯網項目。美國曾經的通信巨頭摩托羅拉公司于1987年提出了“銥星計劃”,曾發射了66顆衛星。

  毛新愿說,1990年代,火箭發射一次大約是3000萬美元,但發射衛星數量只有幾顆,完全不同于現在一次搭載60顆衛星的做法。在這種高昂的成本下,為了維持運營,銥星收費遠遠高于預期,用戶數量隨之急劇下降,最后項目破產。同一時期,由比爾·蓋茨支持的Teledesic項目也在成本飆升和投資者資金枯竭后,于2002年申請破產保護,當時Teledesic只發射了一顆衛星。

  而現在,衛星互聯網項目的成本正在隨著量產、可回收火箭等技術改進不斷下降。毛新愿算了一筆賬。按SpaceX此前說的每顆衛星100萬美元的制造成本,隨著量產,一顆衛星成本50萬~100萬美元;最昂貴的成本來自發射,但由于SpaceX使用自己制造的火箭,且可復用,因此一次發射60顆衛星的總費用約3000萬美元,再加上發射場地、配套設施等等,他認為他們目前發射一顆衛星的平均成本在150萬~200萬美元之間。

  但直到現在,這依然是一個殘酷的商業領域。今年3月末,因和軟銀之間20億美元資金的談判破裂,OneWeb申請破產,當時,該項目的在軌衛星已有74顆。

  “猜猜有多少低軌衛星互聯網沒有破產?零。”今年3月,在一次會議上,馬斯克開玩笑說,鑒于那些破產項目的前車之鑒,SpaceX眼下正致力于“不破產”。

  SpaceX總裁兼首席運營官格溫·肖特韋爾曾于2018年的一次訪談中透露,星鏈項目的總成本約為100億美元。根據著名投資公司摩根·斯坦利估算,再多增加3萬顆衛星可能將會花費SpaceX600億美元。

  這筆資金如何籌措是個難題。據美國《華爾街日報》今年3月報道,FCC撥出160億美元的基金,用于在未來10年內改善農村地區的互聯網服務。SpaceX希望申請到這筆資金,然而,競標者們認為把資金給SpaceX是一場賭博,一位前FCC官員則表示:我們不允許人們用公共資金投機。

  星鏈“礙眼”

  2019年5月,當星鏈計劃的第一批60顆衛星發射時,就引發了一場商業倫理的討論:一家公司單方面地改變了天空的模樣,以及可能帶來光污染、太空垃圾等實際影響。

  根據聯合國衛星登記網站的最新數據顯示,目前仍在軌的人造衛星有2000顆左右,即使星鏈按照此前1.2萬顆衛星的計劃,也會將這一數字增加6倍。而在同類項目中,“星鏈”并非唯一參與者。如此繁多的衛星正在爭奪天然星空,在天文學界引發了不少批評。

  一個常被引用的例子是,在智利落成的一個價值4.66億美元、8米寬口徑且配有32億像素照相機的大型綜合巡天望遠鏡,本來旨在本世紀20年代快速掃描天空。但隨著星鏈衛星群的組建,許多用這臺望遠鏡拍攝的圖像都被其“污染”,長時間曝光拍攝的照片中更是可能包含數十條衛星移動軌跡條紋。該大型巡天望遠鏡對未來4.2萬顆星鏈衛星對觀測的影響進行了模擬,發現30%的圖像中將至少包含一條衛星軌跡。

  SpaceX對此也給出了一些解決方案。今年1月6日,SpaceX發射了一顆“暗星”,通過將衛星表面涂黑來試驗對亮度的降低效果,但該措施仍不滿足專業天文臺的要求。SpaceX的工程師還提出可以給每個衛星配備一個遮陽傘的想法,以防止反射太陽光,不過目前還未驗證。在4月向FCC提交的文件中,SpaceX透露正在研究新的降低衛星亮度的方法,并將在未來幾個月中進行測試,此外,該公司將提供衛星跟蹤數據,以便天文學家可以更好地協調觀測活動。

  意大利都靈天體物理天文臺的天文學家羅納德·德雷梅爾在回復《中國新聞周刊》的郵件中指出,如果衛星隱形得足夠好,以至于無法被肉眼捕捉到,這將是一個巨大的改進,因為這可以使衛星影像數據更容易處理,并且保護地球人仰望一覽無余的夜空的愿望。然而,如何在實際和政治層面上解決這個問題上,各方還沒有達成一致意見。

  太空垃圾是另一個擔憂。SpaceX表示,每顆星鏈衛星都將能夠追蹤在軌碎片并自動規避碰撞,并在到達壽命后自動脫離軌道,推向大氣中燃燒殆盡。不過,中科院國家天文臺研究員茍利軍等人近日撰文指出,如果這些衛星在軌道上受到損壞或者未能成功分散開,它們仍舊會構成嚴重問題。在2019年5月發射的第一批星鏈中,就有3顆衛星失去了聯系,無法進行主動控制,從而形成了太空垃圾。

  國際天文學聯合會(IAU)2019年6月發布聲明,表達了對這類項目可能會破壞自然天空以及干擾射電天文學頻率的擔憂,在聲明中,該協會將這一太空前沿領域描述為“新的、且基本上不受管制的。”

  多位受訪專家認為,由于沒有人想過衛星發射的數量會增長得如此快,因此監管尚未跟上這個新生的領域。羅納德·德雷梅爾直言,就對天空可見的影響來看,這類項目的監管完全缺位。他認為, SpaceX之所以步調邁得如此快,部分原因就在于利用當前的監管真空,在規則出現之前,最大程度地抓住機會。

  另一個問題是,通信衛星項目需要如此龐大嗎?OneWeb創始人格雷格·韋勒認為,發射比實際所需衛星更多的唯一原因是為了炫耀。“衛星的數量成就一家公司。從公眾和籌資的角度來看,多即是好。”

  《中國新聞周刊》2020年第17期

  聲明:刊用《中國新聞周刊》稿件務經書面授權

【編輯:李季】
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