馬斯克放衛星太空垃圾氾濫 警惕美國搶佔軌道和頻率

據外媒報道,馬斯克公開放話,6個月內公測衛星互聯網。有媒體稱馬斯克要顛覆5G。鐵流認為,這是馬斯克的又一輪炒作。

此前,埃隆·馬斯克就使用星鏈(Starlink)衛星,發出了他的第一條推文。馬斯克在社交網站上發文稱,“通過Starlink衛星發送了這條推文。”隨後,他又發佈了一條稱,“哇,它成功了。”

如果說川普和烏克蘭政客是“推特治國”,馬斯克則毫無疑問是推特“推特圈錢”,此前,美國證監會甚至放話:(馬斯克)再亂髮推特就起訴你(非原話,但大致是這個意思)。

誠然,衛星通信很有潛力,但只會是現有通信體現的補充,而非革命。馬斯克鼓吹的採用42000顆衛星組成星鏈星座,從而真正實現覆蓋全球的自組網絡,徹底擺脫光纖和基站的區域限制,只是給投資人畫的大餅。不過,大家要警惕由於SpaceX大量發射衛星帶來的太空垃圾問題,以及美國藉此搶佔軌道和通信頻率的問題。

馬斯克放衛星太空垃圾氾濫 警惕美國搶佔軌道和頻率

星鏈星座使人類通信徹底擺脫光纖和地面基站是大忽悠

其實,用無人機和衛星實現普適性的通信這個早已不是什麼新鮮事,美國谷歌公司,就鼓吹並曾經嘗試過,結果事實證明,就是一個炒股價,玩噱頭的東西,根本缺乏可行性。馬斯克宣佈發射12000顆衛星覆蓋全球的自組網絡,徹底擺脫光纖和基站的區域限制是不靠譜的。

這種結果的根源在於技術限制使衛星通信難以普及。

一直以來,傳統的衛星通訊基於C頻段和Ku頻段,而且受到發射功率,天線尺寸等因素的影響,能夠滿足普通老百姓日常使用的普適性衛星通信網絡在技術上難度很大,截至目前,衛星通信的用戶基本鎖定於軍隊、政府、金融機構,以及一些實力雄厚的跨國公司。

根據香農定理,信息傳輸能力與帶寬和發射功率成正比,與背景噪音功率成反比。這裡先解釋一下帶寬,一般信道都有一個最高的信號頻率和最低的信號頻率,只有在這兩個頻率之間的信號才能通過這個信道,這兩個頻率的差值就叫做這個信道的帶寬。用來打個比喻的話,帶寬好比是公路的寬度。5G在頻譜利用率和4G差不多的情況下,把網速提升上去,最為關鍵的一點就是5G採用大帶寬,國內運營商在中頻獲得了100M以上的帶寬,而一些國外運營商則在高頻上獲得了幾百兆的帶寬,相比之下,4G帶寬僅為幾十兆。

如果要把信息傳輸能力提升上去,比較現實的做法是提升“信息公路”的寬度,或者提升信號的發射功率。以發射功率來說,4G是40W,華為5G的發射功率則高達240W,諾基亞上液冷,發射功率高達320W.

就帶寬來說,5G暴力提升的做法之一就是把帶寬從4G時代的幾十兆,提升到5G時代的上百兆乃至1個G,像幾大廠商測試中宣稱的高速率,都用了800M以上的帶寬才能完成這種極速測試,在實踐中,是不可能在低頻拿出800M帶寬給運營商揮霍的。

不過,C頻段和Ku頻段相對有限,而且非常寶貴,“信息公路”的寬度天然受到限制。而受技術水平限制,信號的發射功率的提升也不是無節制的。而且Ku波段的網絡需要蝶形天線發射和接收的,在房間裡是接受不到的。陰天、大雨連接也會受到影響因此,無線傳輸能力也會有一個上限,而且在室內、陰雨天的用戶體驗會非常糟糕。當有限的資源面臨龐大的用戶,自然會導致用戶多了上網就卡,甚至會出現無法接入的情況。誠然,衛星通信可以學5G搞高頻擴容,馬斯克就計劃使用Ka波段(26.5 to 40 GHz)和V 波段(50 to 75 GHz),但高頻擴容是有代價的,而且頻率越高,覆蓋就越差。因此,雖然5G、衛星通信等被媒體炒得火熱,但光纖才是數據傳輸的大動脈。

衛星通信還要解決功率和天線的問題。在發射功率不變前提下,距離近可以降低信號衰減,當信息傳輸距離擴大到海平面和近軌人造衛星的距離,要想實現信息的可靠傳輸,就必須提升下行功率(衛星信號到手機)和上行功率(手機信號到衛星),而要滿足這一標準,會使電子元器件的體積大幅增加,這必然導致射頻天線的尺寸根本塞不進當前以輕薄為主打要求的手機中。

事實上,衛星通信終端,尺寸都比較大,一般都安裝在建築物上面或者大型的車輛上。隨著半導體技術的發展,衛星通信終端的體積縮小了不少,能夠放到小汽車上,但還是塞不進手機裡,不適合普通人隨身攜帶。

正是因此,衛星通信只能服務少數人,用戶數量少又帶來價格過高的問題。

馬斯克放衛星太空垃圾氾濫 警惕美國搶佔軌道和頻率

比如美國當年的銥星計劃,銥星移動通信系統最多隻能滿足50萬用戶的語音通信,而且由於用戶體驗非常一般,實際用戶遠遠達不到這個數字,受巨大的研發費用、系統建設費用和維護費用拖累,銥星背上了沉重的債務負擔,最終不得不申請破產,由美國軍方當了接盤俠。

由此可見,衛星通信只僅僅是作為補充的形式而存在,更多的服務於軍隊、政府、金融機構,以及一些實力雄厚的跨國公司,無法向老百姓提供普適性服務。

其實,中國也有衛星通信的計劃,一個是鴻雁星座計劃,另一個是虹雲工程。

鴻雁星座計劃,2016年立項,計劃2020年建成,計劃發射60顆低軌道衛星,實現全球組網。

虹雲工程,計劃發射156顆衛星,它們在距離地面1000公里的軌道上組網運行。

鴻雁和虹雲都是現有通信體系的補充,為飛機、輪船、客貨車輛、野外場區、作業團隊以及一些偏遠地區的村莊、島嶼提供服務。無法承載提供普適性服務的能力。

馬斯克放衛星太空垃圾氾濫 警惕美國搶佔軌道和頻率

警惕美國藉此先佔軌道和頻率

一般把距離地面1500公里之內的軌道稱為低軌。一般而言,距離地面300公里之內的軌道大氣阻力稍大,軌道衰減較快,不是部署通信衛星的經濟軌道。衛星的軌道,根據不同的地面覆蓋目的,有不同的軌道傾角——與赤道的夾角,實現一定的軌道重訪設計,所以軌道高度也是有講究的,

所以300公里至1500公里區間覆蓋較好經濟性較好的軌道層次是有限的。

ITU的規則是發達國家制定的,基本上是披著文明外衣的叢林法則,核心是先佔先得,軌道和通信頻率劃分一樣,都是先佔先得。到目前為止,我國代表沒有能力影響頻率協調規則的制定。在衛星頻軌領域,我們被別人告輸過,我們被別人譴責過。反而,我們的衛星被幹擾,我們定位了,那個北美國家就是不認。

根據媒體報道,今年,SpaceX還會部署2至6批衛星,每批60顆。預計到2024年,他們會將4425顆衛星部署在地球上方1150公里至1325公里處,通過Ku與Ka波段之間傳輸數據,另有7518顆衛星部署在地球上方335公里至346公里處,以V波段傳輸。

這種做將會佔據大量軌道和通信頻率資源,而且會製造海量太空垃圾。衛星靠慣性飛行,拐彎的動力代價十分高昂,可以和發射成本比比,所以低軌商業通信衛星一旦入軌,一般就不再變軌,不能主動規避碰撞了。

馬斯克發射42000顆衛星的做法,將會大幅增加軌道“擁擠程度”,增加發生“交通事故”的概率,事實上,此前已經有一顆386公斤重的星鏈衛星,一度迫近歐洲空間局的衛星軌道,迫使歐空局作出一個迴避操作,而SpaceX將此事件歸咎於系統錯誤。

必須強調的是,空間碎片有個臨界點,一旦超過就像雪崩一樣失穩,兩顆衛星,一旦撞擊就會產生幾萬個碎片,呈幾何級數增長,馬斯克這麼做,就是在人為製造海量太空垃圾。

馬斯克的做法其實是給投資人看的,繼續畫餅圈錢,星鏈星座使人類通信徹底擺脫光纖和地面基站是大忽悠。相對於這些衛星,馬斯克通過星鏈星座佔據的頻率和軌道才是真正的無價之寶,沒準這次馬斯克也許想當一回“太空版李嘉誠”,先把軌道和頻率搶下來,就像李嘉誠囤地一樣,馬斯克把這些軌道和頻率“囤”些年,待價而沽。

結語

正如大家調侃“有線是無限的,無線是有限”的,真正承載信息的大動脈是光纖,至於無線側到底是WIFI,還是4G/5G大家可以根據實際情況自由選擇,但光纖的地位是無法取代的。

因此,設計的原則是用有線儘量去靠近用戶,在最近用戶的地方使用無線。而衛星通信卻是背道而馳。鼓吹美國衛星通信使人類通信徹底擺脫光纖和地面基站的說辭,就是瞎扯淡。衛星通信確實有前途,但並非對現有通信體系的革命,而是對現有通信體系的補充。

目前,中國和美國正在競爭的是低軌碎片清除技術,也是軍民兩用,誰能夠高效率地清除低軌的碎片,也意味著能夠佔有和控制低軌的空間。現有空間資源分配規則是美國主張的先佔先得原則。中國如果具備控制空間的技術,就可以主張按人口分配空間資源。衛星空間軌道,通信頻譜,這些都是無價之寶,中國已經落後。今年,中國可能被迫採用錯位方案(錯開軌道和頻率)。



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