2021 年,马斯克的「星链」卫星曾两度接近中国空间站,出于安全考虑,中国空间站组合体实施了两次紧急避碰。
这条不起眼的消息背后,其实折射出了两个不容忽视的大问题:星链计划怎么会威胁到中国的太空安全?中国的航天工业又将如何面对马斯克这样不讲武德的美国企业?
从 2019 年 5 月 24 日星链的第一批卫星上天到如今,马斯克的的 SpaceX 已经成功发射了 44 批星链卫星,每次发射可以将 57-60 颗卫星送上近地轨道,到现在星链计划的轨道卫星已经达到了 2248 颗。
大家对这个数字可能没有概念,但要知道,人类目前所有的在轨卫星总数加在一起,才不过 4800 多颗,马斯克一家公司的卫星数量就占了近一半,但这可不是结束,而是个开始。
按照马斯克的想法,星链计划的第一阶段,总共要发射大约 4500 颗卫星,如今也才发射了一半的数量。但问题是,他还有第二阶段、第三阶段…,这也就意味着,如果不对马斯克进行限制,那用不了多少年,夜空中密密麻麻的交织成网的卫星,大部分都是 SpaceX 的廉价卫星。
加载中…
星链计划
虽然展开形式不如《三体》里的质子,但实际效果也非常接近了,读过这本书的大概都能体会什么叫无处不在。
以往,中国航天的对手都是「国家队」,他们的技术路线比较保守,会制订长期的航天发展规划,太空开发相对比较合理,即使像美苏冷战状态下,大家的「吃相」也不算太难看。
而到了马斯克这儿,人家根本不讲武德。
在他之前,人类的人造星座,大部分都是几十颗卫星组成一个星座,而马斯克的星座,起步就是 5 位数的卫星在轨量,两者完全就不在一个比较层级。
马斯克计划在 2024 年之前要发射 12000 颗卫星,以后要达到 42000 颗卫星,这些卫星将在近地空间连点成线、织线成网,要知道,地球低轨总共就只能容纳约 6 万颗卫星,「星链」这一家就占了一大半。
根据国际电信联盟规定,虽然卫星频率和轨道资源是全人类共有的资源,但获取卫星频率和轨道资源主要通过「先登先占」和「先协调,后使用」等原则,换句话说就是个「跑马圈地」的阶段,如果你不去占,那就是他的。
这样看来,原本浩如烟海的宇宙,被马斯克「星海战术」这么一折腾,突然变得拥挤起来了。
马斯克说星链是为了让地球上的偏远地区享受网络通讯服务,未来还会为火星移民提供星际网络,一些马粉儿更是脑洞大开,把星链比作人类 21 世纪的颠覆技术,甚至说它是美国版的 6G,很快就会取代 5G 技术。
那第一个问题就来了,单从技术上讲,星链计划到底有多少价值?
01
大家一听「星链计划」觉得很牛逼,就跟外企员工飙中文时突然崩出几个英文单词一样,听着很高大尚,但实际上唠的还是行业里那几个老掉牙的嗑儿,属于老黄瓜刷绿漆,没什么新鲜的。
星链的基本目标,就是依靠卫星技术,在不受地面设施限制的情况下,为世界上每一个人提供高速互联网服务。翻译过来,就是卫星传输数据,满足大家的上网需求。
这里就有个 BUG,如果单从上网需求来讲,星链的传输速度只有 5G 的几千分之一,效果可能还不如 4G。
这里面的技术原理也不复杂,网络通讯最重要的一个指标是流量密度,5G 每平方公里可以提供 100Tbps 的带宽,靠的是大量的基站做保障,中国目前为 5G 建设的基站,每个可以提供 15Gbps 的带宽,而星链计划中每颗卫星是 20Gbps。
加载中…
5G 基站
如果单做比较,星链的单颗卫星的效果要比基站要好,但问题是两者在数量上完全没有可比性。
截止到 2022 年 5 月,中国搭建了近 160 万个 5G 基站,未来可能会根据需求增加到上千万个,而星链计划完工也不过 12000 颗卫星,也就是说,单从硬件数量上星链也就是 5G 的千分之一。
一般情况下,相差 100 倍就可以完全忽略不计了,这就好比一个月薪 1 万的程序员和一个月入百万网红,两者在生活质量上完全没有可比性;一辆电动自行车再怎么把动力拉满也追不上一辆烧燃汽油的家用小汽车。星链和基站就属于这个情况。
另外,信号功率还会因为传输距离逐渐递减,这就和路由器在距离上影响网速是一个道理,马斯克的星链虽然放在近地轨道,但也距离地面相差了 2000 公里,如果再加上天气等干扰因素,星链的传输速度可能会指数级衰减,如果全球 60 亿的用户一起使用星链刷 TT,那效果可能还不如看个 PPT。
前面也说了,马斯克计划要发射大约 12000 颗卫星,预计在 2027 年 11 月完成这一目标。
可问题是,星链卫星的可持续非常差,每颗卫星的设计寿命只有 5 年,也就是 2019 年 5 月上天的第一批 60 颗卫星,到了 2024 年基本就凉透了,SpaceX 要想在 2027 年完成 12000 颗的工作目标,就要从 2024 年开始,每年再补发 2000 多颗卫星,平均下来每个月就要比现在多发 200 颗。
目前 SpaceX 已经很努力了,但平均下来每个月也只能发射 65 颗卫星,距离 200 多颗的目标还差着一个地球到火星的距离。如果想要解决这个问题,SpaceX 就要从提升卫星寿命或者大幅减低发射成本去考虑,但这两个想法貌似很难在短时间实现,因为涉及卫星使用寿命的环节非常多,不是一个技术公司可以搞定的;而 SpaceX 的发射成本已经属于白菜价了,基本没啥可以下降的空间。
这就会造成一个难以忽视的问题——太空垃圾。
从苏联发射第一颗人造卫星到现在,人类一共向太空发射了 6000 多颗,其中 4000 多颗挂在地球轨道上,一部分还在工作,剩下的就基本属于僵尸卫星了,随着时间推移,僵尸卫星相互撞击,然后产生上万块碎片,随后这些碎片又有可能撞击其他卫星,从而让碎片总数呈几何倍增长,这就是咱们俗称的太空垃圾。
看过《地心引力》的朋友可能会有些印象,这些太空中的残骸会以接近第一宇宙速度的方式
加载中…
《地心引力》片段
围着地球绕圈,也就是每秒狂奔 7.9 千米,要比狙击步枪的最大射速高出好几倍。
而星链计划每年都会产生 2000 多颗报废卫星,虽然按照规定,这些报废卫星会在 9 年内坠落到南太平洋,不过这个措施并不保险。2017 年,19 颗退役卫星就没能进入指定「坟场」,按照这个比例,星链每年报废 2000 多颗卫星,其中 300 多颗都会变成太空中的「孤魂野鬼」,一不留神就可能来个太空碰瓷儿。
2019 年 9 月 2 日的时候,欧洲航天局就监测到,星链的 44 号卫星和欧洲「风神」卫星有五万分之一的碰撞可能,当时大家也没太在意,因为一般情况下几率超过万分之一才有行动的必要,可过了一段时间欧洲人发现,两者相撞的可能提高到了千分之一,这已经超出安全警戒线了。
欧洲宇航局紧急通知了 SpaceX,可是美国那边毫无反应,最后欧洲宇航局只能自己采取紧急躲避,这才避免碰撞事故。
后来星链团队还是回复了一下,说自己公司通讯系统故障,技术人员没有看到邮件。
2021 年,马斯克的「星链」卫星又两度接近中国空间站,出于安全考虑,中国空间站组合体实施了两次紧急避碰。
这就暴漏出星链在管理上的巨大漏洞,要知道未来他们可是要同时监控 12000 颗卫星,随便一个疏忽就会酿成太空惨案。
02
前面说了星链几个不靠谱的地方,下面咱们再来说说它的优势。
星链的第一个优势就是传输延迟小。
技术文盲怎么理解呢?
咱们就拿现在的 5G 通讯网络来说,信号从基站传输到手机,中间还需要基站和网络服务器通讯,信号在空气中传输的过程就会导致网络延迟。
那这个延迟时间有多少呢?
大概不超过 5ms。
而星链因为高度问题,延迟的时间大概在 2.3ms 到 7.7ms 之间,总体还是要比 5G 慢很多。
但问题也是显而易见的,如果你的周围几百米就有基站,5G 的延迟肯定小,但如果方圆百里、甚至千里没有 5G 基站,星链的优势就体现出来了。
大家可别小看这几毫秒的差距,这个优势在金融领域就非常值钱了。
就拿今天的外币交易来说,很多机构都是用程序自动控制高频交易的,平均 1ms 内就要进行 300 笔交易,同样的价格,先出价的人先成交。
所以很多金融机构都恨不得把办公室搬到交易所的隔壁,因为物理距离越短,信号延迟越小,这省下来的几毫秒基本就是几百万、甚至几千万的巨大利润。
根据一个专业市场研究机构给出的评估,在金融电子交易中,如果交易处理时间比对手慢 5ms,可能就会损失 1% 的利润;慢 10ms,损失可能会扩大到 10%。
假设一个总部在上海的机构要在纽交所交易,星链由于不受基站和光纤制约,至少可以节省 5-20 毫秒的时间。大家算算这是多少钱?
星链的第二个优势就是以数量霸占频普资源和轨道资源。
和石油资源一样,频谱资源就是可以被现有技术使用的电磁波频道,虽然电磁波频率范围很宽,但在目前的技术下,用于通信的频段已经不太够用了。
电磁波频率看不见摸不着,但频谱资源的争夺战从几十年前就开始了。最激烈的争夺主要集中在地面应用,太空领域稍好一些,这是因为能够玩转卫星技术国家就那么几个,但这个资源在几个大国之间也是竞争的非常激烈。
星链出现前,除了地球同步轨道以外,其他轨道区域并不拥挤。但在星链出现以后,卫星轨道的申报数量猛增,每次都是几百甚至上千的申报。按照跑马圈地,先到先得的原则,可能用不了几年,1000 公里以下的轨道资源都将成为马斯克的私人空域。
另外,1.2 万颗卫星还只是星链计划的第一阶段,未来还有可能扩充到 4.2 万颗,这么密集的卫星数量几乎霸占了整个低空轨道,完全不给其他国家留机会,这么流氓的打法,也就美国人干的出来。
虽然目前马斯克的星链没啥优势,但等他把低空轨道资源占尽后,也就形成了太空垄断,其他竞争对手就只能在高轨道想办法,投入的资金和研发能力完全不是一个数量级。
到那时,星链的成本优势就能体现出来,收益也会比竞争对手大很多。
星链第三个优势就是军事用途。
大家都知道,美军能够玩转现代战争,卫星技术功不可没。星链虽然不如地面 5G 基站的传输速度,但要比美军使用的卫星通讯速度快了近 100 倍。
由于星链的低轨道卫星足够多,美军还可以让这些卫星干扰远程导弹,而且利用星链平台跟踪导弹的订单已经安排上了。
星链卫星上有一套自动防碰撞系统,平时可以躲避卫星和太空垃圾;遇到战时,它就可以化身一个 220 公斤的大铁块,然后精准地撞向携带核弹头的导弹,让导弹偏离预定轨道。
等到星链完成 12000 颗甚至 4.2 万颗的发射目标,那就相当于在地球的外部架起一张巨网,任何弹道导弹都在它的严密监视下,大国之间的核威慑也就不复存在。
光是这一点,就足够美军下血本补贴马斯克。假如有一天星链在运营上出了问题,美国国防部大概率也会解盘,这才是星链最可怕的地方。
03
最后咱们再来说说,中国如何破局马斯克搞的「星海战术」?
我们常见的通讯卫星大多是高轨卫星,成本高、延时长、容量低,公众通信服务效果差,这些缺点只能靠低轨卫星弥补,但低轨卫星使用时间短、覆盖范围小,所以得走大批量、低成本、多星发射的路线。
马斯克的「星链」就是低轨卫星,基于廉价航天的理念,卫星成了流水线上出来的量产货,一发火箭能搭载几十颗,比好多国家的可用卫星总数都多,而且火箭还能回收再利用,成本这么一摊下来,卫星跟以前比那就是白菜价了。
所以,马斯克根本不在乎太空碰撞,反正光脚不怕穿鞋的,这么便宜的卫星废几个十几个也没关系,但是别的国家就不划算了,所以都怕马斯克的卫星碰瓷,躲地远远的。
更要命的是,由于卫星太便宜,「星链」卫星可以以极高的密度发射,为的就是抢占轨道资源,基于资本逐利的本性,马斯克几乎毫无顾忌。
这种打破以往游戏规则的玩法,就会逼着马斯克的竞争者,要么采取跟他一样的手段抢资源,要么丢掉轨道资源直接出局。
而且「星链」计划虽然被说是商业卫星网络,但是它的通信传输、卫星成像、遥感探测等功能,照样适用于军事。
俄乌冲突爆发以来,SpaceX 就给了乌克兰大量「星链」卫星通信终端,提供高速互联网服务,而且,「星链」还跟无人机交叉互动,利用大数据和人脸识别技术。俄高级将领在乌克兰多次遭到「斩首」,这里面有多少是「星链」的功劳呢?看似民用的星链,其实已经对中国形成了一种无法预计的危险。
随着国际局势的重新洗牌,一个全新的竞争局面正在悄然形成,中国不但要和其他「国家队」较量,还要应对马斯克这种民间资本巨头的挑战。
2022 年 3 月 5 日,长征二号丙运载火箭一次性将 7 颗卫星送入预定轨道,很多人不知道的是,这 7 颗卫星来自一家叫做「银河航天」的民营企业。
其实在 2020 年,「银河航天」首发星就搭载「快舟一号甲」运载火箭发射成功,成为中国首颗通信能力达 48Gbps 的低轨宽带通信卫星,正式拉开了追赶马斯克的大幕。
与此同时,「银河航天」还在合肥打造新一代卫星智能制造工厂,向年产 300-500 颗卫星迈进,加快卫星生产速度,近两年将进入密集发射期。
然而,单靠这一家企业跟马斯克搞对抗也不现实,毕竟起步晚了将近 20 年,到现在「银河航天」只有 8 颗卫星在轨,而后者已经达到 2000 颗以上,况且 SpaceX 每年生产卫星的数量至少 2500 颗。
这个时候,国家队的下场就很有必要。
早在 2016 年,中国就已经发起了「鸿雁星座」和「虹云工程」卫星通信系统,2018 年,这两大项目前后脚都发射了其首颗验证卫星。
2021 年 4 月 26 日,「中国星网」正式成立,把包括「银河航天」在内的相关企业统一整合,形成集团优势,进一步加速低轨卫星布局。
2021 年 11 月,中国向国际电信联盟提交 12992 颗卫星发射计划,该计划与「星链」类似,都是可以覆盖全球的卫星通信网络,并且运行 2 个轨道高度。
「中国星网」的成立,不仅能加速整合产业优质资源,还能促进航天产业结构性升级,引领新一轮产业变革,带动上下游产业链共同发展。
举国体制的优势很快开始展现。
2022 年 2 月 27 日,长征八号运载火箭历史性地完成「一箭 22 星」的发射,火箭垂直回收试验也同步展开,飞行试验取得圆满成功。
尽管前路的竞争将异常艰险且充满不确定性,不仅要拼技术,还要控制成本,加快速度,赢得市场。
但中国已经有了足够的分量和实力,相信在不远的将来,中国定会让这个星球上的强势文明,重新回到竞争科技高峰的轨道上来!