12000顆衛星為地球織網，馬斯克昨夜踏上改變世界的第6個征程
文/亮小編（微信公眾號：劉興亮時間）
昨夜，又是在億萬國人進入夢鄉之際，馬斯克又搞出一件大事情。地球現有衛星不超過1500個，SpaceX的衛星互聯網計劃卻竟然要發射12000顆衛星，而且話沒多說就開幹了，幾十億地球人未來都將可以通過StarLink接入真正的寬頻互聯網，這將會是對電信與互聯網格局的一場徹底顛覆？亦或者是對未來網路、數字地球版圖的一次重繪？小編第一時間約訪專家，透視衛星互聯網的現在和未來，8個問答帶你預覽馬斯克改變世界的第6個征程，透過8種轉變9個趨向解讀史上空前震撼的這項超級工程。
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地球當下運載能力最強的獵鷹重型火箭月初發射成功，輿論這段時間還沒來得及從震撼中平復，馬斯克又讓地球人進入震撼模式。昨夜，范登堡空軍基地，另一型火箭，獵鷹9，成功將三顆衛星送入太空，其中兩顆是SpaceX自己的Starlink衛星網路計劃的原型星Microsat-2a、Microsat-2b。
不同於以往，SpaceX對於這次發射相當低調，隱晦多多，很多關鍵信息並未明示。但即使SpaceX官方相對低調，行內人也知道，這不是兩顆普通衛星，也不是一次常規商業發射。Starlink是何等計劃？地球上空目前現存的衛星總量是1459顆，而Starlink僅在近地1100公里左右的低軌道就將發射4425顆用於「衛星互聯網」通信的小型衛星，在300多公里的更低的軌道還將發射7518顆衛星，總量接近12000顆。
如此數量，堪稱史上規模最震撼的衛星計劃，但是其價值和意義僅僅在於數量嗎？而「衛星互聯網」又是個什麼東東？小編此前看過一本科技暢銷新書《黑科技》，其中一個篇章詳述了衛星互聯網為主的空天互聯網，以及未來網路若干領域的創新進化，於是第一時間連線到這個篇章的作者， FutureLab未來實驗室創始人胡延平，對StarLink進行解讀。
1.每個地球人都可以直接盡享衛星帶來的超級寬頻
問：SpaceX的這次發射比較低調，為什麼還引來那麼多媒體關注和熱議，這是上次獵鷹重型火箭發射的輿論餘波嗎？
胡延平：不是餘波，我個人一直跟蹤研究前沿科技創新尤其是下一代互聯網、下一代基礎設施，更多是從信息技術角度持續觀察空天互聯網或者說衛星互聯網。從我們的角度看，SpaceX此番行動的重點不是火箭，也不是發射，而是StarLink衛星互聯網計劃，這項給地球重新織網的超級工程，極有可能意味著未來網路、數字地球的版圖重繪。這兩顆衛星的發射標誌著Starlink計劃的成功啟動，其意義絲毫不亞於獵鷹重型火箭將一輛Tesla送到近火星軌道。2020年左右預計先期800顆左右Microsat衛星投入使用，地球上的每個人將由此可以開始應用小型終端甚至移動終端，接入比目前家庭寬頻快30多倍的超級寬頻網路，速率將達到1Gbps以上，甚至最高可達23Gbps；而如果到了Starlink全面投入運營之日，通信業格局更將被徹底改寫，互聯網的未來也將因此改變，數字地球未來將首先通過太空衛星寬頻網路連接起來，由此催生全新生態，以及完全不同以往的雲管端玩法。
這是繼PayPal支付、Tesla電動汽車、SolarCity新能源網路、獵鷹可重複利用火箭、防止人類被智能危及的OpenAI計劃之後，埃隆·馬斯克踏上的改變人類的第6個征程。這是70多億地球人發生在即的切身改變，其影響面、實質意義和價值不容小覷。
另外兩個征程相對晚些，但也已然進入實質性啟動的節奏，Hyperloop超級高鐵最近剛剛獲得美國政府口頭批准，獵鷹重型火箭發射成功則使得火星移民計劃啟動有了基點。
2.技術創新驅動低軌道衛星網路領域進入第二次發展熱潮
問：喔，可是這個衛星互聯網計劃聽起來好大，可行性強嗎，會不會失敗？
胡延平：說實話要是十年前或者五年前，諸多關鍵條件都是不成熟甚至不具備的。90年代比爾·蓋茨曾向一家同為低軌道衛星網路的Teledesic投資，但是這家公司在燒掉90億美元後2002年宣布關閉。過去十多年，其它倒閉、破產重組的相關企業也為數不少，實際上此前低軌道衛星網路通訊已經有過一次投資發展熱潮，理論上非常看好，實際上困難重重。比如破產重組後的銥星雖然活了下來，但是步履蹣跚。衛星網路通訊，主要還是把持在擁有地球同步軌道、高軌道、中軌道大型衛星的傳統衛星通信企業手裡，資費貴、速率慢、容量低，而且市場主要局限於行業、機構、航空、海事、政府、軍用等客戶，地面終端體積也比較大，移動性差，個人消費者往往無法直接企及。
不過，沉舟側畔千帆競，創新者層出不窮，尤其近十年來加速湧現。截止2018年初，向美國FCC提出許可申請的低軌道衛星網路玩家就有波音、OneWeb、SpaceX、ViaSat、Telesat、Audacy、Karousel LLC、Space Norway、Theia Holdings和LeoSat，其中OneWeb、SpaceX等先後拿到許可。FCC主席甚至公開力挺SpaceX，表示非常看好。可以說，之所以出現這些變化，是因為技術。技術的創新、進步，使得低軌道衛星網路領域進入第二次發展熱潮。而且這次的成功率、影響力將不同以往。
3.八種轉變正在發生，空天互聯網的商業市場奇點來臨
問：看起來玩家多了不少，可是憑啥說這一次就不會出現上一次那樣的漲潮又退潮的情況呢？
胡延平：技術在8個方面的創新進化，不僅使得衛星網路、天空互聯網的作為商業的成本效率和性價比驟然不同以往，也意味著這個領域產業化發展的臨界點、奇點實實在在開始來臨：
1）衛星發射成本急劇降低，尤其SpaceX，火箭研發、發射成本已經做到同行的三分之一甚至十分之一；實現火箭回收重新利用之前，SpaceX每次發射費用為數千萬美元，實現火箭回收並可重複利用兩到三次之後，單次發射成本平均可望保持在每次600萬美元，獵鷹火箭的製造成本在1600萬美元，燃料成本實際只有20萬美元左右。
2）衛星批量製造成本降低，大部分低軌道衛星已經可以做到總質量不到一千磅的情況下，每顆成本在一百萬美元以內。
3）一箭多星技術更進一步降低發射成本，而選擇飛機等作為載具在高空發射小型衛星技術的探索，又一次將成本拉低了一個數量級。比如維珍銀河的做法，由白騎士特種飛機將發射者火箭帶到離地面15公里高度，再由發射者火箭點火將小型衛星帶到近地軌道，發射費用可以做到只有SpaceX報價的六分之一。
4）材料及工藝使得衛星進一步小型化，集成度更高，功能更強大了，發射成本卻更低了；如果以中國聲稱的衛星發射成本可以低至每公斤5000美元來計算，400多公斤重的SpaceX的Microsat衛星，發射費用為200多萬美元，而如果使用SpaceX比較成熟的具有22.8噸低軌道運載能力的獵鷹9進行一箭多星發射，單個衛星的發射費用可以再降低三分之二以上。
5）智能衛星技術以及演算法的快速進步，不僅使得衛星控制、通訊管理、星地互動、多星聯動更為，也極大的提高了衛星資源的使用效率；多天線、天線摺疊、天線轉動等技術貌似表面文章，卻能使得衛星效能陡增。
6）毫米波通訊技術發展，使得星際通訊能力更為強大，不僅實現Gbps級別的帶寬，對雲霧雨穿透力也顯著增強，信號強度保持能力大幅度提高，衛星直接與個人用戶的智能終端可以進行高質量通訊。
7）智能手機等民用智能設備廣泛普及，計算能力已經不亞於之前的台式機、筆記本，有天線小型化、多天線技術等加持，體現出顯著的低能耗、小型化、智能易用等優勢，使得用戶與衛星網路的連接逐步掃除普及和應用障礙。
8）移動通訊的5G、超級 Wi-Fi等技術發展，使得天地一體融合發展、天地互補成為可能。
4.站在用戶角度和站在衛星角度，可以分別看到9個發展趨向
問：對每個地球人來說，實際能夠切身感受到的東西是什麼？
胡延平：按照Starlink目前的預期，商用化開始以後，用戶只要使用一個相當於筆記本一半大小的終端，實際和現在家庭路由器差不多大小，就可以與衛星直接通訊、支持其它設備上網了，而且體驗到的是比目前20Mbps或30Mbps的家庭寬頻快三四十倍的帶寬。
相比之下，軟銀投資、股東陣容極為豪華的OneWeb還需要地面站作為用戶與衛星之間接力點，電信業的可運營思維痕迹比較明顯，雖然帶寬和容量顯著高於Iridium銥星，但是我個人認為並不符合未來最根本的網路發展趨向。
未來網路趨向，站在用戶角度看：低延遲、低成本、低功耗、高速率、手持化、移動化、合一化，用戶之間動態自組網，用戶與衛星之間直接動態自聯網；
未來網路趨向，站在衛星角度看：低軌道、小型化、智能化、低功耗、低時延、高速率、高容量，衛星與衛星之間動態資源優化，天地一體天網地網融合。
5.目前看到的形態，並不是StarLink的進化終點
問：總還是覺得多一個路由器或者專門的衛星上網終端有點多餘，比如戶外活動、開車等移動場景下就不是很方便，能不能省去中間環節，直接手機連接衛星網路？
胡延平：這是非常好的一個問題，前面提到的用戶與衛星直接聯網以及OneWeb相對Iridium實際有倒退的例子，就是為了強調這一點。實際上衛星和手機直接通訊在Iridium銥星計劃20年前啟動的時候就已經做到了。20年來，技術日新月異，關鍵技術突飛猛進。微型天線技術、小型手持設備、衛星手機、手機衛星上網方面的產品動向尤其值得注意。未來最鼓舞人心的變化，也會發生在這個部分。看過移動衛星通信服務提供商 Inmarsat的衛星熱點設備 ISatHub就知道，就連距離地面數萬公里的地球同步軌道衛星的地面設備都已經可以小型化到半個筆記本電腦大小，還是天線和 Modem等不同部分共同加起來的體積。距離地面只有幾百公里的衛星所需要的地面聯網設備的體積和功率，毫無疑問更是可以大幅度縮小的。在一些國家，高軌道中軌道X波段、Ku波段和Ka波段移動衛星通信兼備的設備已經實現車載、背負甚至單人手持，而過去沒有一口如同大鍋的衛星天線和工作站級別的沉重設備，是無法想像的。至於中、低軌道尤其近地軌道衛星的地面終端設備，普遍可以手持。從 Inmarsat到銥星、全球星、亞星電話、Spot等衛星電話，最突出的只是粗壯的通訊天線，主流衛星電話的體積已經遠小於最初的GSM移動蜂窩電話。
而下一步，隨著天線、電池技術的進一步提升，以及數以千計的衛星組成大規模星座、高帶寬網路服務能力的提升，包括波束成形、波束定向、抗干擾、抗衰減、障礙物克服、基於網路融合的無縫連接等方面的技術演進，完全有希望逐步創造與普通智能手機相近甚至更好的衛星上網體驗。
總部位於迪拜的衛星運營商 Thuraya的智能手機衛星適配器是個有趣的方向。即使沒有衛星電話，用戶的iPhone或者Android手機只要套上SatSleeve適配器，在應用商店免費下載安裝SatSleeve App，智能手機即可與適配器有效連接，然後用戶就可以在衛星網路模式下撥打電話、收發簡訊和電子郵件，使用一些社交、即時通信軟體也沒問題。Thuraya的 SatSleeve適配器，樣子和厚一點的手機保護殼看上去沒有太大不同，除了粗壯的天線，其他方面是一眼看不出來它竟然能讓智能手機秒變衛星電話的。
所以，衛星上網距離每個手機用戶並不遠，隨著產業各方參與StarLink計劃，其地面用戶的上網終端，將逐步集成到手機、汽車等智能終端裡面去；當然，這個進程的快慢，也和這些終端未來的制式、頻率、信道等是否與衛星是否能夠趨同或融合有關；單就功率而言，1瓦左右的終端和低軌道衛星進行簡單通訊妥妥的，大數據量聯網的時候功耗會倍增。
6.相比傳統電信業，衛星互聯網是小投資，但卻能搏取大未來
問：SpaceX以外還有哪些衛星互聯網玩家，將來哪一家走出來的可能性大一些？
胡延平：Facebook和Google也算是，遺憾的是Facebook被SpaceX給整到溝里去了，Google相關團隊里的人基本都跑路了；2016年 9月，Facebook第一顆衛星被 SpaceX獵鷹火箭失敗的發射變成了一團火球。以色列公司製造的這顆 5噸重、造價 2億美元的 Amos-6衛星灰飛煙滅，原本它是要為撒哈拉沙漠以南部分非洲地區提供互聯網服務的，這對小扎對 internet.org都是個不小的挫折。
這場未來網路空間競賽遊戲里也有創業公司的身影，一家以色列公司乾脆把自己公司的名稱命名為 SkyFi，且對外宣布計劃向太空發射 60 顆微型衛星。衛星上天看起來懸，SkyFi的摺疊、可轉向衛星天線倒是有些獨到思路，引來多個買家與其接觸。
OneWeb的股東都是大牌，軟銀、Virgin Galactic、Qualcomm、Honeywell Aerospace等。其信號處理晶元就來自高通，後者利用其終端與基站之間的切換技術，幫助建立衛星通信網路，解決諸多衛星在掠過一個個地面基站過程中的交接、切換問題。和 SpaceX一樣，OneWeb要用小型低軌道衛星網路覆蓋地球，計劃發射 648個小型衛星到近地軌道，終端接入速率約為 50Mb/s，每顆衛星的製造費用在 35萬美元左右，項目總成本約 20億美元。OneWeb為航空公司、災難救援組織、個人家庭客戶、偏遠山區的學校和村落提供服務。不過，儘管是近地軌道，OneWeb的天線和功耗技術似乎一般，設備小型化程度還是不夠高。地面基站的設備尺寸依然不小。
美國 MDIF公司 2014年曾經發布的 Outnet外聯網計劃是個插曲，MDIF向近地軌道發射數百顆衛星以支持全球免費 WiFi的實現，雖然貌似動人，但這個Outnet的技術思路顯然有問題，終端用戶只能單向接收經過挑選的網路內容，不能互動，僅僅只是單向廣播，不合時宜。
OneWeb的頻譜資源通過 O3b獲得，而 O3b是這個領域另一個重要角色，可以稱之為中軌道玩家。起步不晚、開局不錯，不過現階段有些問題。O3b的成立之意，在於解決地球上 other 3 billion——也就是另外 30億人沒能上網的問題。Google、SES、滙豐銀行等不同行業巨頭是其重要投資人。相比原來35000多公里高度地球同步軌道通訊衛星存在的時延問題，處於 8000公里中軌道的 O3b衛星網路時延低於 150毫秒，且中繼帶寬達到常規光纖水平，這意味著網路品質可以規模化商用了。O3b在 2013和 2014年通過阿麗亞娜火箭已經分別發射兩個批次的 Ka波段衛星，實現 8顆在軌。O3b衛星網路計劃達到 12至 16顆衛星，利用這些成本比過往地球同步軌道衛星低廉得多的衛星，覆蓋非洲、中東、亞洲、拉丁美洲等區域，提供最快可達 10Gbps 的速度和總容量84Gbps的網路服務給非洲、中東、亞洲、拉丁美洲等區域的發展中國家。
此前，儘管已經有號稱 140Gbps全球最高容量的寬頻通信衛星 ViaSat1在軌，同為 Ka波段，但 ViaSat公司其實首先是高軌道玩家，地球同步軌道以及 10倍於中軌道 O3b衛星的總質量，使其成本極為高昂。ViaSat1的地面系統包括衛星用戶終端——Ka波段蝶形天線和衛星數據機，網關衛星地面站及網路操作中心，對企業、家庭用戶的服務能力相對較強。相比之下，O3b的天網定位於骨幹網路而不是最終用戶接入，O3b採取一顆衛星下降到地平線之後由另一顆衛星接力的網路策略，使得製造、發射成本大幅降低，O3b自己的數據是有希望讓非洲等地區的上網成本降低 95%以上。太平洋島國、非洲、美洲等區域的 40多家 3G和 LTE移動運營商、互聯網接入服務商已經成為客戶。
當然，位於加利福尼亞州的 Viasat公司也不會滿足於現狀，隨後的 Viasat2衛星帶寬會是 Viasat 1的 2倍，容量 2.5倍，為 250萬用戶提供服務，寬頻互聯網服務下載速度從Viasat 1的12/15Mbps提升到25Mbps。
重組之後的 Google在天空互聯網方向越來越沒了感覺，先是從 O3b退股，後來又取消了 10億美元打造 180顆高性能繞地衛星網路計劃。但是，在關乎未來的重大方向上，Google不會一去不回。在衛星圖像領域 Google已經有多起投資，間接擁有多顆在軌衛星。
三星儘管沒有行動，但在口頭上也表示自己也是一家世界級的、關注全球網路問題的大公司。三星稱，未來要發射 4600顆微型衛星，為用戶提供低成本的互聯網接入。
上面說了這麼多，從數字的角度算個帳，一會發現其實這個領域還在早期，二會發現這個領域的玩家其實是在以小投資搏得大未來。SpaceX規模如此龐大的StarLink，其實只需要100多億美元資金，OneWeb與之相當。如果把排隊要進入低軌道衛星互聯網的玩家的預算做個加法，會發現涉及的資金總和不及傳統電信業一年的網路升級和維護投資。StarLink的總投資，不及某一家中國的電信運營商的年度網路投資。100多億美元只是一點兒零錢，這麼點投資，就可以架構起來一張覆蓋全球、服務億萬用戶的衛星網路，其實是一筆極為合算的生意。不過生意成不成，也要看傳統電信業和衛星互聯網業未來在帶寬、資費、服務、對物聯網車聯網等應用場景的支持等方面誰表下的更好了。
7.未來是誰的？衛星互聯網、空天互聯網的中國身影
問：前面分析到的情況裡面，好像一家中國企業都沒有提到，未來有中國的份嗎？
胡延平：這也是個好問題。中國企業和相關機構儘管技術實力、所處發展階段不太一樣，但是在高中低不同軌道的發展方向與前述項目大致相同。中國航天科技集團在進行高通量寬頻衛星項目，2016年發射了第一顆地球同步軌道移動通信衛星天通一號01星，為船舶、飛機、車輛等大型移動用戶以及手持終端提供通信、短報文、語音和數據傳輸服務兼備。中國衛通也在實施Ka頻段寬頻衛星計劃。但是衛星互聯網未來主要是低軌道星座之間的遊戲。
十幾年前，前北電網路公司（Nortel Networks）CEO歐文斯曾提出和華為合作做低軌道衛星，類似今天 Facebook和 Google的方案，不過相關討論未能繼續。
清華大學與信威集團聯合研製靈巧通信試驗衛星，2014年完成發射並進行在軌測試。衛星重量約 130公斤，運行高度約 800公里，通信覆蓋直徑約 2400公里。測試驗證了星載智能天線、星上處理與交換、天地一體化組網、小衛星一體化集成設計等多項技術，實現手持衛星終端通話、手持衛星終端與手機通話、互聯網數據傳輸等業務。為了實現未來天空互聯網布局，信威集團甚至通過其子公司盧森堡空天通信公司向以色列 Space-Com發出收購邀約，而 Space-Com就是被 Space X的獵鷹火箭送到火焰里的那顆 2億多美元的寬頻衛星Amos-6的製造者。
中國航天科技集團「鴻雁星座通信系統」計劃2020年建成，60顆衛星組成星座；中國航天科工集團公司提出包括156顆衛星的「虹雲工程」，提出覆蓋全球的寬頻互聯網接入服務；民營企業、初創公司方向，天地經緯、九天微星、世域天基等公司的身影開始出現。
8.衛星、無人機、熱氣球……還有什麼可能是可能的？
問：前面主要分析了衛星互聯網，Google、Facebook等公司也在嘗試用無人機、熱氣球、飛艇等為地面提供互聯網服務，會不會這些方向以後也會成為重要方向？
胡延平：這些方向的嘗試都是有益的，但是不會成為主流形態，充其量以後是局部拾遺補缺的技術手段，大規模組網更不可能。比如無人機，即使未來通過太陽能等新能源驅動，能夠做到永飛不落，也不是最佳的空天互聯網載具和平台，就不贅述了。最佳平台還是低軌道小型智能衛星。氣球等發揮局部作用可以，大規模組網不合技術趨向。
在FutureLab未來實驗室對20多個前沿科技領域的技術創新洞察里，未來網路是其中一個方面，但也是最關鍵的層面。對下一代網路、下一代基礎設施的認知和探尋，和其它20多個領域的大大小小7000多個技術創新點位放在一起來看比較好。網路在一定程度上是多路力量齊頭並進、多維創新協同作用的結果。能量密度、連接密度、數據密度，材料尺度、感知尺度、網路尺度，計算速度、移動速度、融合速度，從根本上影響網路演進的是這9個度。而不同領域和層面的基礎科學、應用科技、產業群落在9個維度的突破創新，既是未來網路之因，也是IT（信息科技）的下一個進階——新IT（智慧科技）的創新演進之果。
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