北京時(shí)間2018年2月22日22時(shí)17分，美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）從加利福尼亞州范登堡空軍基地成功發(fā)射了1枚“獵鷹9號(hào)”火箭。這枚火箭上搭載了3顆衛(wèi)星，其中有兩顆是同一型號(hào)的通信衛(wèi)星，分別叫做“丁丁A”和“丁丁B”——顯然來自比利時(shí)著名漫畫《丁丁歷險(xiǎn)記》里那位環(huán)游全球的主角。

這兩個(gè)“丁丁”的目的，是為了驗(yàn)證“星鏈”（Starlink）衛(wèi)星星座計(jì)劃的可行性。2015年，SpaceX開始著手這個(gè)歷史上最龐大的衛(wèi)星通信項(xiàng)目，計(jì)劃在未來幾年內(nèi)發(fā)射12000顆通信衛(wèi)星，在不同高度的軌道上覆蓋全球，并且為地球上任何位置的用戶提供高達(dá)1Gbps的無線寬帶上網(wǎng)服務(wù)。有了這樣的網(wǎng)絡(luò)速度和覆蓋率，人們可以實(shí)現(xiàn)許多以前難以想象的網(wǎng)絡(luò)使用方式，讓移動(dòng)通信走進(jìn)下一個(gè)時(shí)代。

人稱“硅谷鋼鐵俠”的SpaceX 首席執(zhí)行官兼首席技術(shù)官埃隆·馬斯克說，這個(gè)前所未有的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)將“使寬帶網(wǎng)絡(luò)的速度達(dá)到目前全球平均水平的180倍”。

達(dá)到5G標(biāo)準(zhǔn)

1Gbps的上網(wǎng)速率，足以讓用戶在1秒鐘下載32首歌曲，或者1分鐘內(nèi)下載1部高清電影。即使對(duì)于有線寬帶網(wǎng)絡(luò)來說，這也算得上是高速了。目前，這樣的高速有線寬帶網(wǎng)絡(luò)只在很少的幾個(gè)小城市中有實(shí)驗(yàn)性的應(yīng)用，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用；而在無線寬帶中，這是下一代通信標(biāo)準(zhǔn)（5G）才能達(dá)到的目標(biāo)。

現(xiàn)在，埃隆·馬斯克想要通過衛(wèi)星通信技術(shù)來達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。

衛(wèi)星通信技術(shù)已經(jīng)有58年的歷史了。美國在1960年8月發(fā)射的“回聲1號(hào)”（Echo 1）是世界上第一顆通信衛(wèi)星。它基本上是個(gè)直徑30米的大氣球，表面涂了一層薄膜金屬材質(zhì)來增強(qiáng)反射性能。就是這個(gè)看似簡(jiǎn)陋的衛(wèi)星，讓人類第一次通過衛(wèi)星直播了語音通訊，讓人們第一次通過衛(wèi)星打通了跨洲電話。它的原理很簡(jiǎn)單：從地球上的某個(gè)點(diǎn)把數(shù)據(jù)發(fā)送到太空中，然后用光亮的表面再把這些數(shù)據(jù)送回地球上的另一點(diǎn)。

這是所有通信衛(wèi)星的基礎(chǔ)原理。不過，后來的通信衛(wèi)星要更復(fù)雜得多?！盎芈?號(hào)”還只是直接反射通信信號(hào)而已，而兩年后發(fā)射的“電星1號(hào)”（Telstar 1）就已經(jīng)可以完成完整的信號(hào)增強(qiáng)和中繼工作，可以把美國的電視節(jié)目送到大西洋對(duì)岸的法國。

早期的通信衛(wèi)星主要用于電視、電話和廣播，直到1990年代才開始用在互聯(lián)網(wǎng)信息傳輸上。用于上網(wǎng)的通信衛(wèi)星技術(shù)和衛(wèi)星電話相似——用衛(wèi)星天線把信號(hào)發(fā)送給衛(wèi)星，同時(shí)接受來自衛(wèi)星的信號(hào)，再經(jīng)過調(diào)制解調(diào)后傳輸?shù)诫娔X上。

中國在2000年開通了衛(wèi)星上網(wǎng)業(yè)務(wù)，名叫“高速163”。這是一種單向衛(wèi)星通信技術(shù)：用戶可以用衛(wèi)星天線下載數(shù)據(jù)到自己的電腦上，但是在向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，還需要通過傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商的線路才行。這種上網(wǎng)方式，下載速度可以達(dá)到400kbps，在當(dāng)時(shí)已經(jīng)是了不起的高速了——比當(dāng)時(shí)常見的調(diào)制解調(diào)器快了近十倍。

單向衛(wèi)星通信技術(shù)很快就升級(jí)成了雙向技術(shù)，更多商業(yè)性衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)公司也蓬勃發(fā)展起來。2005年，歐洲的空中客車公司開始嘗試在飛機(jī)上提供無線上網(wǎng)服務(wù)，讓衛(wèi)星上網(wǎng)擴(kuò)展到了新的領(lǐng)域——對(duì)于在平流層高速飛翔的飛機(jī)來說，通過衛(wèi)星上網(wǎng)是唯一的選擇。

更多的需求對(duì)衛(wèi)星上網(wǎng)的技術(shù)提出了更高的要求。能夠提供更快的上網(wǎng)速度、能夠讓更多人同時(shí)上網(wǎng)的通信衛(wèi)星紛紛上天。2017年4月12日，中國首顆高通量通信衛(wèi)星“實(shí)踐13號(hào)”成功發(fā)射，最高通信總?cè)萘窟_(dá)到20Gbps，超過了我國之前所有通信衛(wèi)星容量的總和。在正式運(yùn)行時(shí)改名為“中星16號(hào)”的這顆通信衛(wèi)星，將會(huì)覆蓋我國大部分地區(qū)和海域，會(huì)在幾年之內(nèi)讓我國的飛機(jī)、高鐵和輪船都擁有高速無線上網(wǎng)能力。

SpaceX 的12000顆衛(wèi)星

“實(shí)踐13號(hào)”是一顆高軌道衛(wèi)星，運(yùn)行在離地面36000公里的地球同步軌道上。在這個(gè)高度，衛(wèi)星信號(hào)能夠覆蓋地球表面大概三分之一的面積，而且所處的位置相對(duì)于地球是靜止的。

雖然位置穩(wěn)定而且覆蓋范圍大，但是同步軌道通信衛(wèi)星也有些不足。它的信號(hào)傳輸路徑長，信號(hào)損失會(huì)更大，通訊延時(shí)也更大。從1990年代起，一些企業(yè)開始嘗試開發(fā)和使用低軌道通信衛(wèi)星。

低軌道一般是指距地面2000公里以內(nèi)的人造衛(wèi)星軌道。雖然低軌道衛(wèi)星能避免同步軌道衛(wèi)星的不足，但是在這個(gè)距離上，一顆衛(wèi)星只需要幾十分鐘就能繞地球一圈，而且信號(hào)能夠覆蓋的面積也要小得多。顯然，像同步軌道那樣指望靠3顆衛(wèi)星就覆蓋全球大部分區(qū)域是不可行的。

解決辦法就是發(fā)射更多的衛(wèi)星，讓每個(gè)區(qū)域每個(gè)時(shí)刻都能有衛(wèi)星覆蓋。SpaceX的星鏈計(jì)劃就是這種思路下的產(chǎn)物。埃隆·馬斯克聲稱，要在2024年之前發(fā)射4425顆低軌道通信衛(wèi)星，來構(gòu)建覆蓋全球的高速無線寬帶互聯(lián)網(wǎng)。而在這之后，還向更低高度軌道再發(fā)射7500顆衛(wèi)星，來進(jìn)一步提升這個(gè)系統(tǒng)的性能。

這是個(gè)野心勃勃的計(jì)劃?，F(xiàn)在，地球上空漂浮著四千多顆衛(wèi)星，其中依然還在正常使用的大約有一千七百多顆。這是在過去60年中人類慢慢攢出來的，而馬斯克計(jì)劃在，6年內(nèi)就發(fā)射同樣數(shù)量的衛(wèi)星。

被媒體稱為“硅谷鋼鐵俠”的埃隆·馬斯克，對(duì)這個(gè)計(jì)劃信心滿滿。他認(rèn)為，衛(wèi)星同樣是可以批量化生產(chǎn)的，而批量化就意味著成本的降低。而且，他的SpaceX已經(jīng)掌握了火箭回收技術(shù)，可以大幅降低發(fā)射成本。大批量、低成本，這是工業(yè)化的思路，而傳統(tǒng)的航天科技是更類似于手工制造的高成本產(chǎn)業(yè)。

目前，在天上游蕩的“丁丁A”和“丁丁B”是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，和預(yù)計(jì)發(fā)射的其他衛(wèi)星體積重量相同。單顆衛(wèi)星的重量大約386公斤，是一個(gè)長4米、寬1.8米、高1.2米的長方體，還帶著兩塊12平方米的太陽能電池板。每一顆衛(wèi)星都像我國的“實(shí)踐13號(hào)”那樣，能提供 20Gbps的通信總?cè)萘俊?/p>

使用SpaceX的可回收運(yùn)載火箭，每次發(fā)射都可以搭載多顆衛(wèi)星。在馬斯克的計(jì)劃中，這四千多顆衛(wèi)星分成兩個(gè)階段發(fā)送：第一階段，先向1150公里高度的軌道上發(fā)射1600顆衛(wèi)星，分布在32個(gè)軌道，每個(gè)軌道上都有50顆衛(wèi)星。第二階段，將剩下的2825顆衛(wèi)星安置在從1110公里到1325公里高度的4個(gè)軌道高度上，每個(gè)軌道高度上有數(shù)量不同的軌道，每個(gè)軌道上部署的衛(wèi)星數(shù)量從50顆到75顆不等。

當(dāng)所有的4425顆衛(wèi)星發(fā)射完成后，將在地球上空構(gòu)成5個(gè)不同高度的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，彼此之間通過激光通信，讓所有人可以在所有地點(diǎn)使用高速無線網(wǎng)絡(luò)。但是，不需要全部衛(wèi)星發(fā)射完成，這套衛(wèi)星星座系統(tǒng)就能開始提供服務(wù)。只要先發(fā)射800顆衛(wèi)星，就能覆蓋南緯和北緯15度到60度的范圍——這也是地球上大多數(shù)人類生活的區(qū)域。

當(dāng)然，和其他衛(wèi)星上網(wǎng)系統(tǒng)一樣，想要使用這套衛(wèi)星系統(tǒng)上網(wǎng)的用戶，都需要安裝特定的衛(wèi)星上網(wǎng)天線。據(jù)說這些天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以很容易地安裝在窗戶或者墻面上。

另一個(gè)銥星計(jì)劃？

聽起來，星鏈計(jì)劃是又一個(gè)革命性的全球基礎(chǔ)設(shè)施。許多人為這個(gè)項(xiàng)目歡欣鼓舞，當(dāng)然也有大量的質(zhì)疑。最常見的一種，是星鏈與銥星系統(tǒng)的對(duì)比。

銥星系統(tǒng)的慘烈失敗，是上世紀(jì)末最令人關(guān)注的科技事件之一。摩托羅拉公司從1987年開始構(gòu)思的這套系統(tǒng)，是希望通過77顆低軌道通信衛(wèi)星，為全球所有地點(diǎn)提供衛(wèi)星移動(dòng)通信服務(wù)。因?yàn)椤般灐钡脑酉禂?shù)是77，所以這個(gè)項(xiàng)目就叫做“銥星”。雖然最終方案使用了66顆衛(wèi)星而非之前設(shè)計(jì)的77顆，但是這個(gè)項(xiàng)目名稱依然沒有變化。

銥星系統(tǒng)是衛(wèi)星通信領(lǐng)域的里程碑。1996年，第一顆銥星衛(wèi)星上天，運(yùn)行在780公里的低軌道上。到了1998年，所有66顆衛(wèi)星發(fā)射完畢，開始組網(wǎng)運(yùn)行。但是，當(dāng)時(shí)的 GSM系統(tǒng)已經(jīng)成熟，地面基站已經(jīng)覆蓋了大部分移動(dòng)通信用戶。

相比于高價(jià)的衛(wèi)星通訊，大多數(shù)人的需求可以通過廉價(jià)的GSM 來滿足。到了2000年，銥星系統(tǒng)的投資超過30億美元，但衛(wèi)星電話卻只賣出了5.5萬部，摩托羅拉公司不得不以極低的價(jià)格將整個(gè)銥星系統(tǒng)賣給了美國軍方。銥星系統(tǒng)在2001年復(fù)活，開始正視互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的機(jī)會(huì)。從2015年開始，第二代銥星系統(tǒng)的第一批衛(wèi)星制造完成，同樣通過SpaceX公司的火箭發(fā)射。

同樣是通信領(lǐng)域、全球覆蓋、理想主義色彩濃重的龐大計(jì)劃，星鏈計(jì)劃被拿出來和銥星系統(tǒng)相比，也是情有可原。只不過時(shí)過境遷，這種比較未必談得上公平。在銥星系統(tǒng)的時(shí)代，很少有人能夠預(yù)想到互聯(lián)網(wǎng)的快速崛起，銥星系統(tǒng)的衛(wèi)星是為了語音通信而設(shè)計(jì)的，沒有考慮數(shù)據(jù)通訊功能。而星鏈計(jì)劃一開始就瞄準(zhǔn)了高速無線網(wǎng)絡(luò)，提出了即使是今天也難以達(dá)到的高速率寬帶。

單顆衛(wèi)星的承載能力有限，因此銥星系統(tǒng)只能采用更高的定價(jià)來篩選用戶，只為少數(shù)用戶提供服務(wù)。但是，用戶數(shù)量太少又意味著資金回籠太慢，運(yùn)營成本抵不過收益。而且，對(duì)于銥星系統(tǒng)來說，衛(wèi)星制造和發(fā)射都意味著高昂的成本。

星鏈計(jì)劃則有些不同：大量的衛(wèi)星意味著可以為大量客戶服務(wù)，獲得更高收入；同時(shí)，制造成本也會(huì)因?yàn)樾l(wèi)星數(shù)量的增加而下降。SpaceX在火箭回收技術(shù)上的發(fā)展則可以降低發(fā)射成本——埃隆·馬斯克估計(jì)，單顆衛(wèi)星的制造和發(fā)射成本將會(huì)降到略超過100萬美元的程度，而整個(gè)星鏈計(jì)劃的成本大約會(huì)超過100億美元。

目前星鏈計(jì)劃面臨的主要問題，倒應(yīng)該是通信性能的不足。要是正式發(fā)射的衛(wèi)星與兩顆“丁丁”衛(wèi)星通量相同，則每顆衛(wèi)星只能為數(shù)百名用戶提供服務(wù)。雖說幾年內(nèi)技術(shù)發(fā)展可能會(huì)讓單顆衛(wèi)星的通量更大，但是提升也是有限的。在人口密集區(qū)域，這些衛(wèi)星能夠提供的上網(wǎng)帶寬和同時(shí)承載的用戶數(shù)量，應(yīng)該難以滿足用戶的需求。

SpaceX的一份內(nèi)部文件顯示，該公司希望星鏈計(jì)劃能在2025年時(shí)擁有4000萬以上用戶，同時(shí)收入達(dá)到300億美元左右。如果要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，現(xiàn)有的通量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的。也許 SpaceX已經(jīng)開發(fā)出了更好的技術(shù)？畢竟在這家公司提供給美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）的申請(qǐng)文件中，并沒有暴露多少技術(shù)細(xì)節(jié)，有些關(guān)鍵項(xiàng)目還干脆直接保密。