马斯克的卫星互联网终于能用了,颠覆 5G 的「全球 WiFi」要来了?

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11-08 19:18

最近马斯克又上了热搜,这次他成了「宣誓火星主权第一人」。

一位网友晒出 SpaceX 星链(Starlink)卫星互联网服务的条款,称马斯克已经开始为火星殖民地制定法律框架。

移民火星或许还很遥远,但马斯克另一个宏大计划已经开始落地。筹划多年的卫星互联网计划星链(Starlink)也正式向用户提供服务了。

按照马斯克的计划,星链将由 4.2 万颗卫星组成,让网络信号覆盖全球每一个角落,无论你在北极还是亚马逊丛林里都能连上 WiFi

现在,用户终于可以连接星链的信号上网了,体验到底如何?而它未来会不会成为主流通信网络,甚至像一些人说的「颠覆 5G」呢?

马斯克的卫星互联网可以用了,体验怎么样?

简单回顾一下星链计划,马斯克在 2015 年就透露了这个想法,并在 2016 年正式向美国联邦通信委员会(FCC)提出了申请。

最开始 SpaceX 计划在 2020 年前发射 4425 颗卫星,后来又将发射卫星的数量增加到 11943 颗,现在星链卫星数量的规划已经增加到了 4.2 万颗。

这是什么概念?

要知道在 2016 年,人类史上发射的卫星总数也才约 4025 颗,星链要发射的卫星是这个数字的 10 倍

按照 SpaceX 此前的计划,那近 1.2 万颗卫星将分三个阶段发射:

  • 第⼀批 1600 颗卫星位于 1150 公⾥的轨道高度,其中首批 800 颗卫星用于覆盖北美地区;
  • 第二批 2825 颗卫星分为 4 组,分布在 4 个不同高度的轨道上,完成全球组网;
  • 第三批 7518 颗卫星位于 340 公里高度的轨道。

目前 SpaceX 已经成功发射了 15 批星链卫星,入轨卫星数量达到 893 颗,SpaceX 也成为了全球最大的卫星运营商

▲ SpaceX 火箭发射轨迹.

虽然这个卫星数量连星链计划的第一阶段都还没达成,但已经可以为北美部分地区提供网络服务了,最近星链也正式面向用户进行公测了。

一位收到内测邀请的用户在 Reddit 上展示了收到的邮件,有意思的是,SpaceX 把这项服务叫做「总比没有强(Better Than Nothing)」,似乎是在告诉用户不要抱有太高的期待。

SpaceX 在邮件中表示,目前星链可以提供 50Mb/s 到 150Mb/s 的下载速度,网络延迟在 20ms 到 40ms 之间,预计 在 2021 年上半年可以将延迟降到 20ms 以下。

而网络测速平台 Ookla 的最新数据显示,星链卫星互联网服务的下载速度最高突破 160Mbps,超过美国 95% 的宽带水平。蒙大拿州农村一位用户甚至测到了 174Mbps 的下载速度。

单看网速,星链的表现已经比 4G 网络要好。不过在便携性和信号稳定性上,星链的表现只能说差强人意。

因为要用上星链提供的网络服务,首先需要安装一个平板锅大小的终端和配套的路由器。如果你要在移动中联网,也必须将这些设备带上。

一位叫做 Wandering-coder 的 Reddit 用户,在距离服务地址约 24 公里的国家森林对星链进行了测试,这是个没有任何运营商覆盖网络的地区。

▲图片来自:Wandering-coder

测试结果显示,虽然下载速度也达到 135Mbps,很容易被树木、房屋遮挡信号,一次只能连接 5 秒钟。不过在不受遮挡时,星链的网络可以流传访问流媒体、低延迟视频会议和游戏。

最后是价格,星链公测的服务价格为 99 美元/ 每月,同时必须购买 499 美元的配套终端才可以使用。

▲图片来自:Wandering-coder

这个价格比起现在的手机上网套餐显然没有优势,不过在传统的卫星互联网运营商面前还是很有竞争力的,能以相同的价格提供数倍的网速。

目前 SpaceX 正在以每天 6 颗的速度制造星链卫星,以每月 2~3 批的速度部署星链卫星互联网,并表示到 2021 年将能够向全球几乎所有角落提供高速宽带互联网。

▲ 肉眼可见的星链卫星. 图片来自:Medium

那这是不是意味着,最快明年全世界都可以用上星链提供的「全球 WiFi」呢?

颠覆 5G,全球 WiFi?真的想多了

自从马斯克宣布星链计划以来,舆论就开始将这个号称要覆盖全球的卫星互联网和 5G 相提并论,甚至有人表示星链可能对 5G 网络进行降维打击。

实际上这种说法根本站不住脚,而马斯克本人其实也没有表达过类似的观点

首先星链采用的是 Ku 和 Ka 波段,和手机上使用的不是一个频段,不能和手机直连,因此需要像上文提到的那些终端来接受和转换信号。

另外因为卫星互联网所用的是高频毫米波段,信号衰减也十分严重,难以穿透混凝土等障碍物,在室内基本无法使用。

▲图片来自:触电新闻

即便是上述这些问题彻底解决了,要让卫星互联网像 4G、5G 基站一样提供网络服务也不太现实。

每颗星链卫星相当于太空中的一个基站,目前单颗星链卫星带宽是 20Gbps,与一个 5G 基站相当,然而目前全球 80 多万个 5G 基站的覆盖范围也很有限,因此就算星链完成 4.2 万颗卫星的部署,也无法和地面基站相提并论。

这里需要提到一个「通量密度」的概念,指的是单位面积的总数据流量,比如 5G 的通量密度是 10 万 Gbps/平方公里,同样的带宽下,服务面积越大,通量密度就越低,分配给每个用户的带宽也就越少。

以星链卫星 20Gbps 的带宽和 4.2 万颗的数量,是不足以给全球用户提供高速互联网服务的。中国信息通信科技集团副总经陈山枝指出,若星链要替代 5G,实现与 5G 相当的通信容量,至少要提供相当于 5G 基站数量的卫星。

我们看到目前星链公测的下载速度可以达到 160Mbps,但却很少有人提到接入星链的用户数量。如果以 5G 最低网速标准 1Gbps 计算,4.2 万颗卫星的总带宽只能为 84 万名用户提供服务。

综上所述,星链的确可以提供和 5G 相当的网速,前提是要限制接入的用户数量,这也意味着无法为海量用户提供高速网络服务,当然也不可能取代 5G 了,只能作为 5G 基站的补充。

那么星链卫星互联网有什么用?

既然星链只能为少数人提供高速网络服务,那么 SpaceX 为什么要投入数百亿美元在这个项目上,谁会为星链买单呢?

实际上马斯克一开始也没打算要用星链和蜂窝网络运营商竞争,而是要为那些「接入不可靠、价格昂贵或完全无法使用的地区,提供高速宽带互联网业务」。

虽然用户规模相对较小,这同样是一个前(钱)景广阔的市场。

互联网现在被称为水电煤般的基础设施,但地球上仍有超过 70% 的地理空间,约 30 亿人口未能实现互联网覆盖。这些地区可能无法接入光纤,或者人口密度太低,建设基站无法收回成本。

▲第 57 届世界新闻摄影比赛 (荷赛) 年度图片大奖获奖作品《信号》.

而在美国也有 2000 多万人的网络接入速度不高于 25Mbps,为此美国联邦通信委员会 (FCC) 计划在 10 年内拨款 204 亿美元,用于支持美国农村地区千兆网速宽带接入服务,而 SpaceX 目前也在努力争取这个订单。

此外飞机和远洋船只向乘客提供的 WiFi 服务,也基本来自卫星互联网。这些 WiFi 服务收费动辄超过 10 美元/小时,而且网速慢延迟高,星链能对传统的卫星互联网服务形成降维打击。

另外一个容易被忽略的应用场景在金融领域,收到光纤传输距离和速度的限制,全球各大金融交易所,交易会存在一定延时,虽然可能只是 100 ms,但对于高频的金融交易来说就是数以百万计的金额浮动。

虽然卫星互联网带宽不如光纤,但在真空中光速传播的传播速度也比光纤快一些,能有效降低交易所的交易延时。

除了民用,星链另一个重要的市场在军事领域。

早在 2018 年,SpaceX 就获得了美国空军一份价值 2870 万美元的合同,用以「使⽤商⽤太空互联⽹防御实验」,让空军使用卫星互联⽹服务进行通信。

而在今年 5 月美国陆军又和 SpaceX 签署了一项协议,测试用星链在军事网络中传输数据,这项协议一签就是三年。

同时美国五角大楼最近的一份报告还指出,星链即将是 GPS 理想的替代品。星链的通信速度已经是 GPS 卫星的 100 万倍,微波频率天线定向性是 GPS 的 10 倍,延迟和精度都优于 GPS。

这样一来,军队的战机、航母、潜艇就能在海外战场实现高速通信,从而打造一个连接海陆空的高速军用互联网系统,这对于信息化水平越来越高的现代战场十分重要。

这可能也是马斯克预计星链未来每年能带来 300 亿美元收入的底气。而投行瑞银预测全球卫星互联网产值在 2030 年到达 8050 亿美元,摩根士丹利分析师 Adam Jonas 则预计到 2040 年将达到 1.1 万亿美元。

虽然你我可能都不是星链的目标用户,但星链的确在很多领域有着用武之地,北京邮电大学经济管理学院博士生导师吕廷杰教授表示

空天互联网会成为地面基站的一个非常有效的补充,而且大概率会用在 5G 的后半期。当万物互联的时代真正到来的时候,他会成为一个非常经济有效的,真正能实现连接万物的网络连接解决方案。

过去的低轨星座网络都失败了,星链会是例外吗?

要讨论星链能不能成功,就要先看看过去的那些卫星互联网计划是怎么失败的。

马斯克并不是第一个要以卫星互联网提供通信网络服务的人,早在上世纪 80 年代,摩托罗拉就启动了铱星计划,要用 77 颗卫星覆盖全球,让用户可以在全球任何一个地方打电话,这也是第一个低轨道卫星星座。

然而铱星 3 美元/分钟~8 美元/分钟的价格,在更低成本的光纤和地面基站普及后变得不堪一击。铱星公司投入 50 多亿美元,只收获 5.5 万用户,在上线 15 个月宣告破产。

随着在卫星制作和发射成本逐渐降低,近年来卫星互联网又进入了人们的视线。其中 OneWeb 被称为 SpaceX 最大的竞争对手。

OneWeb 在 2017 年宣布要发射 648 颗卫星组建卫星互联网,并和美国、俄罗斯和欧洲多个国际签订合同,累计获得了来自高通、软银、可口可乐等企业的近 35 亿美元的融资。软银集团首席运营 Marcelo Claure 还曾表示:

OneWeb 有望成就世界上最大、也是第一个真正的全球通信网络 。

然而在今年 3 月, OneWeb 却突然宣布申请破产。原计划发射的 648 颗卫星,最终只发射了 74 颗,而软银在疫情来袭的背景下,决定不再向 OneWeb 注资,失去资金来源的 OneWeb 也难以为继。

从雄心勃勃到破产倒闭,这在卫星互联网这个赛道上是常态。马斯克还曾在世界卫星大会调侃道:

猜猜有多少个低轨星座网络最终没有破产?零。

回顾过去这些失败的的卫星互联网项目,正如经纬创投在一份报告总结的,主要有三个重要原因:

  • 火箭发射的成本和运力;
  • 卫星的成本和寿命;
  • 市场需求

而在火箭发射节约成本这件事,目前在航天领域没有谁比 SpaceX 做的更好。

SpaceX 利用可重复回收的火箭,已经将发射成本降低了近 90%,加上一箭可发射 60 星,平摊到每颗卫星上的发射成本仅 35.6 万美元,短时间内都没有其他机构能达到这样的水平

至于市场需求,前文已经提到过。绝大部分很多卫星互联网项目均以失败告终,但也有人已经证明了在商业市场上的可行性。

还记得上面那个申请破产的铱星项目吗?它并没有因此销声匿迹,而是在重组后调整定位,作为地面通信的补充继续存活了下去。铱星二代(Iridium NEXT)还在去年完成部署,拥有 130 万个可计费用户。

这并不是说星链一定能成功,但确实是目前看来最有可能达成目标的一个低轨卫星互联网项目。

目前越来越多国家和企业投入到卫星互联网领域,全球至少有 16 家公司对外公布了覆盖全球低轨星座计划,当中包括三星、波音和亚马逊这样的大型科技公司。

中国也有自己的的卫星互联网项目——鸿雁星座和虹云工程。今年 4 月 20 日,在国家发改委首次明确的「新基建」范围内,就包含了低轨卫星互联网。

对于马斯克来说,星链将成为 SpaceX 未来重要的收入来源,用以支撑火星移民等烧钱的航天项目,可以说马斯克的星辰大海,很可能将取决于星链计划的成败。

参考资料:

小火箭对 SpaceX 星链计划低轨巨型星座的分析》[M/OL],小火箭微信公众号(ixiaohuojian)

卫星互联网行业深度报告,新基建下产业链机遇几何

为什么马斯克的星链计划值得警惕?

万颗卫星、百亿美元的太空⼤赌局时代

陈山枝详解低轨卫星通信:与 5G 是互补关系,在 6G 时是融合

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