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马斯克“星链”迈出商用第一步被美军方盯上,或为GPS“备胎”

美国时刻 10 月 26 日晚间,有用户贴出特斯拉 CEO 埃隆?马斯克旗下太空探究技能公司 SpaceX 的一封邮件,其内容标明该公司的 “星链”卫星互联网项目现已开端下一阶段的测验作业。

报导称,未清晰数量的用户现已收到 SpaceX 的官方电子邮件,约请其参加 “聊胜于无Beta” 测验。这关于 SpaceX 和马斯克来说,是一个里程碑,标志着 “星链” 网络迈出了商业化的第一步。

狼子野心的 “星链” 方案

“星链” 是 SpaceX 推出的一项经过近地轨迹卫星群,供给掩盖全球的高速互联网接入的项目,其初衷是为了在全球规模内供给网络服务,尤其是现在网络不行及的偏远区域。

开端的幻想是在地球上空的预订轨迹布置由 1.2 万颗卫星组成的巨型卫星星座。到现在,SpaceX 现已成功发射了 15 批星链互联网卫星,入轨卫星总数抵达 893 颗,咱们包括 2018 年发射的 2 颗原型卫星,入轨卫星总数则为 895 颗。虽暂时不足以掩盖全球,但现已能为美国西北区域供给网络服务。

图 | 不断增加的 “星链” 星座

邮件还显现,“星链” 卫星互联网服务开端的定价将为 99 美元 / 月,一起用户需求付出 499 美元购买 “星链” 上网设备,包括终端接纳设备、三脚架和 WiFi 路由器等。此外,一款名为 “Starlink” 的 App 也现已在 Android 及 iOS 运用商铺上架。

图 | “星链” 用户终端 / 卫星天线

该项目团队表明,期望参加测验的用户暂时不要有过高的等待。

未来几个月内,“星链” 网络数据传输速度估量在 50Mbps 至 150Mbps 之间,网络推迟控制在 20ms 至 40ms。之后,2021 年夏日,跟着发射更多的卫星和建造更多的配套地上站,网络推迟估量将降低到 16ms 至 19ms。当然,测验期间不扫除偶然呈现网络中止的状况。

图 | Reddit 用户贴出的邮件截图

在邮件的最终,SpaceX 添加了购买链接。一名 Reddit 这样写道,“香!我在华盛顿东部时刻晚上 7:38 分收到邮件,马上就完结了下单购买,尽管扣除运费和税费价格也有将近 600 美元,尽管还需求再花 100 美元订货将其装置在皮卡上的配件,但一个字,值!”

此前,马斯克曾揭露表明,不需求特别的额定设备,恣意类型的房顶都能够轻松装置 “星链” 终端设备,用户只需求将其指向天空,便能够轻松运用 “星链” 服务。现在这一卫星互联网服务正式开端测验,将极大改进 4G 和 5G 基站掩盖率不高的国家人民和深化无人区的探险家和科研人员的作业日子体会。

据悉,坐落德克萨斯州的埃克托县独立学区将成为第一个与 SpaceX 抵达服务的学区,“星链” 将为没有互联网或衔接不畅的家庭供给宽带服务。

单纯民用或许会亏掉内裤

本年 5 月,美国陆军与 SpaceX 签署了一项协议 —— 测验在军事网络中运用 “星链” 来传输数据。这项协议签署于 5 月 20 日,并答应美国陆军在三年时刻内运用 “星链” 的服务。

对此,北京邮电大学经济管理学院博士生导师吕廷杰教授在此前承受采访时断语,朴实民用的“星琏” 方案不行能盈余,一定是出于军事意图。

他为咱们算了一笔账。

世界上通用的算法,发射一颗卫星需求 2 亿 2 千万美元,其间卫星自身的本钱占一半,另一半是火箭的本钱、保险费用等。而因为马斯克把握了 “火箭回收” 和 “一箭多星” 的技能,导致他每次发射卫星的本钱大幅下降,所以权且算发射单颗卫星的本钱总计 1 亿美元,那么 1.2 万颗卫星,便是 1.2 万亿美元。

“星链” 方案从 2019 年开端,2025 年完毕。每次发射卫星 60 颗,均匀每年发射 2400 颗,截止 10 月底发射了大约 7.5% 的发射量。马斯克的预见是 2025 年有四千万人运用该 “星链” 网络,那么 1.2 万亿美元的本钱能回收来吗?

2019 年世界三大运营商的年收入是 1.31 万亿人民币。咱们到了 2025 年,世界运营商里面的 1/40 的用户也便是 4000 多万的人用星链网络,那么按世界现在的资费规范,一年世界市场 1/40 的人能发生 46 亿美元的收益,1.2 万亿美元的出资,需求 260 年才干回收本钱,明显这笔生意并不合算。

在投入产出间隔如此巨大的状况下,为什么马斯克还要做这件事呢?无疑是出于军事层面的考虑。

图 | 凤凰网《前行者》栏目截图

还有一些细节需求留意,星链网络选用的是 QV波段,同世界无线电协会规划的 6G 预留频段重合,相较于传统的 KU 和 KA 波段,它频率更高,载荷量更大,为了处理高通量,所以才需求密布放星。

而运用卫星网络和日常的 4G 网络是不一样的。

首先是信号问题。室内是没有卫星信号的,经过专用的设备接纳到信号之后,手机等智能设备还需求将数据传送回卫星,这需求相当大的功率,因而咱们在电视上看到的卫星通讯器件才显得很粗笨。

其次是时延问题。星链方案 1.2 万颗卫星,8 千颗卫星放置在间隔地上 550 公里的低轨迹上,别的 4 千颗星放置在高 1200 公里的轨迹上,而电磁波是有传输速度的。能够幻想,从卫星到地上,550 公里的时延挨近 4 毫秒,1200 公里的时延大约 8 毫秒。

而高牢靠低时延的 5G,相同的目标仅 1 毫秒,卫星网络在用户体会方面远远不如惯例网络。

GPS 的潜在 “备胎”?

近来,一家由美国军方赞助的研讨得出结论,这个日渐巨大的巨型卫星群或许有了一个新的非必须用处 —— 用作全球定位体系的替代品。

并且比较 GPS,因为星链卫星归于近地轨迹卫星,因而具有本钱低、精度高、传输速度快、简直不受搅扰等特色,当星链卫星的密度满足,将能够替代 GPS 为全球供给导航服务。

得克萨斯大学奥斯汀分校无线电导航实验室的托德?汉弗莱斯和彼得?伊安努奇在非同行分析论文中宣称,他们现已规划出一个体系,能够凭借传统的 GPS 信号,用相同的卫星来供给比 GPS 准确 10 倍的定位精度,并且遭到的搅扰更少。

GPS 由约 30 颗卫星组成,在离地 2 万公里的高空运转。每颗卫星不断发送无线电信号,包括其方位信息和由卫星所带着的高精细原子钟给出的切当时刻。地上上的接纳器经过比较多颗卫星宣布的信号抵达地上所需的时刻,核算出它们地点的方位,差错通常在几米之内。

图 | GPS 卫星

不过,这些信号抵达地上时十分弱小,一旦遭到意外搅扰或电子搅扰就很简略消失,这是 GPS 固有的短板。例如在地中海东部,GPS 信号就常常遭到无线电波搅扰。

美国军方严峻依靠 GPS。上一年,致力于戎行现代化的美国陆军未来司令部访问了汉弗莱斯的实验室,评论了他在 2008 年联合兴办的一家草创公司 ——Coherent Navigation。该公司旨在用铱星的信号来大略替代 GPS,于 2015 年被苹果公司收买。

军方人士问询汉弗莱斯是否有爱好和 SpaceX 公司谈谈,尝试用星链卫星来替代 GPS。后来,汉弗莱斯见到了 SpaceX 的人,对方对这个主意也感爱好,所以,军方给了一年时刻来研讨这个问题。为此,陆军未来司令部出资了几百万美元。

用 LEO 卫星群来导航并不是什么新概念。

事实上,美国在 20 世纪 60 时代发射的第一批航天器中,有一些是绕距地 1100 公里轨迹飞翔的过境卫星,为水兵舰艇和潜艇供给方位信息。LEO 卫星群的长处是宣布的信号比 GPS 强一千倍,缺陷是每颗卫星只能掩盖其下方的一小块区域,因而要想在全球掩盖安稳的信号,需求不计其数的卫星。

推倒重来 VS 晋级改造

现在,马斯克的星链卫星现已根本就位,但为了能够行使 GPS 的导航功用,还需求树立一个全新的 LEO 超精细时钟卫星网络,这又是一项耗资巨大的工程。

Xona 空间体系公司正计划这样做 —— 在未来六年内至少发射 300 颗低轨卫星,其组成的星座能够供给与当时 GPS 相似的掩盖规模。

与 Xona 不同,汉弗莱斯和伊安努奇想经过简略的软件晋级来改造星链卫星—— 运用这些卫星的通讯才能和现有 GPS 卫星来供给定位导航服务。

他们宣称,这个新体系为大多数用户供给的定位服务乃至比 GPS 还要准确。这是因为每个星链卫星上的 GPS 接纳器能够运用消费品中罕见的顶级算法来将其定位在只是几厘米之内。这些技能运用 GPS 无线电信号的物理特性和编码来进步定位精度。本质上来说,星链卫星能够为地上用户完结深重的核算使命。

星链卫星本质上也是太空中的互联网路由器,网速能抵达 100MB/s,而 GPS 卫星的通讯速度不到 100Byte/s,是后者的 100 万倍。

伊安努奇说:“GPS 的传输速度太慢了,因而无法供给卫星实践方位的最新准确数据。而咱们卫星发送信息的速度快上一百万倍,数据就会更挨近实在。”

据汉弗莱斯估量,这个交融了 LEO 导航的新体系将运用即时轨迹和时钟核算将用户定位到 70 厘米以内。比较之下,智能手机、手表和汽车上的大多数 GPS 体系只能准确到几米。

图 | 星链

但对美国国防部来说,这个新体系的要害优势是很难被搅扰或诈骗。它抵达地上的信号不只更强,并且其微波频率天线的方向性比 GPS 天线强十倍,这意味着比起搅扰器宣布的信号,接纳到真实的卫星信号更简略。

据汉弗莱斯和伊安努奇的核算,该体系能够为世界上 99.8% 的人口供给接连导航服务,而其仅消耗星链卫星不到 1% 的下行链路容量和不到 0.5% 的动力容量。

斯坦福大学 GPS 实验室的托德?沃尔特斯没有参加这项研讨,他说:“我以为这个处理方案的确比只用 GPS 更牢靠,更准确。咱们不需求改造星链卫星的话,这个办法当然更简略快捷。”

但是,这个新体系也有缺陷。据预期,开端的星链巨型卫星群不会在纬度 60 度以上运转,这意味着赫尔辛基的居民或许享用不到它带来的优点,北极或南极区域也掩盖不到。

别的,要在地上上运用该体系,还要用 SpaceX 自己的星链卫星天线,而不是现在装置在智能手机和手表里的廉价 GPS 芯片。

因而与 GPS 不同的是,未来带有 LEO 导航的服务都价格不菲,首要是因为 SpaceX 对星链卫星进行了巨额出资,开端需求看到有收益报答。因为这些原因,并不是人人都看好这一新体系。

Xona 的首席执行官布莱恩?曼宁表明:“咱们很久以前就研讨过这种办法,无论是从商业上仍是从技能层面上来说,都没有什么含义,这便是咱们要开发一个独立于 “星链” 卫星群的原因。”

美国陆军未来司令部和 SpaceX 都没有对置评恳求作出回应,但 UT 研讨人员期望马斯克能看到这项新技能的价值。伊安努奇说:“这或许真的会让全球导航体系面目一新。”

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