1月29日，SPACEX公司使用3手的獵鷹9號火箭發射了第四批60顆星鏈衛星，引發了一些網文"又又又又"式的奇葩標題。星鏈計劃一提出，就得到了輿論的廣泛關注，不少質疑更多吹捧；隨著四批60顆衛星先後上天，SPACEX已經成為了世界上擁有衛星最多的私營公司。那麼，星鏈計劃實施的怎麼樣？前景又如何？
作為一名馬斯克日常DISSer，本文的答案當然是
——與擁躉們的期望相比，並不怎麼樣。
一、最初的計劃
首先，來了解一下星鏈計劃的方案細節。
2015年馬斯克提出星鏈計劃，為用戶提供容量達1Gbps、延遲低於25ms的寬頻服務。次年，SPACEX公司向美國政府申請批准發射星鏈衛星。在提交給美國聯邦通訊委員會的一份文件中，SPACEX提出將發射4425顆衛星，軌道為1150千米到1325千米之間，每顆衛星不包含太陽能電池板重量約386公斤。第一批分四組：前800顆衛星，滿足北美洲和拉丁美洲的天基高速網際網路需求；第2組400顆衛星，分布在8條軌道上，每條軌道50顆衛星；第3、4組分別為375顆、450顆衛星組成，分布軌道分別為5條、6條；剩下的3275顆衛星將在第1批到位後發射。最後1批，7518顆衛星將搭乘重型獵鷹拔地而起，工作在僅340公里的高度上。
星鏈衛星的通信方面，工作頻率計劃如下圖（重點關注用戶上行、下行那兩行即可）：
受益於Ku、Ka、V波段的高頻率（相比之下，5G通信的頻段在5GHZ以下）和很低的衛星軌道，星鏈衛星第一期的單星通信容量約可達到17-23Gbps。整個星座的數據吞吐量可達到100Tbps左右。衛星使用了大功率相控陣天線，可以高效分配若干點狀波束連接終端，地面客戶只需要使用"一個披薩餅"大小的天線就可以與衛星開展通信，因為頻段的原因，5G手機當然不可能直接和衛星通信。同時，衛星之間採用雷射星間鏈路實現空間組網，達到網絡優化管理、降低時延以及服務連續性的目標。
從設計的軌道來看，星鏈計劃的衛星部署類似於當前的5G策略，用大部分極低軌道的衛星，滿足地面高速網際網路的追求，用1150公里較高軌道覆蓋較大的範圍，保證在較低網速的妥協狀況下保證儘可能穩定的連接。在這種狀態下，1150公里高的衛星可以覆蓋1100公里左右的地面範圍；較低軌道的"高速"衛星，覆蓋的範圍在350公里左右。從通信能力來看，星鏈計劃整個追求的是使用12000顆衛星做到全球無死角的網絡覆蓋，為全球49%的尚無網際網路的人提供上網便利，並將現有的世界平均網速提升180倍（1Gbps）；同時徹底解決光在光纖網絡中傳播速度只有真空中的1/3這一無可避免的延時問題，最終實現10ms的極低延遲，從而全面替代傳統光纖網絡，實現高速、高帶寬、低延遲全球網際網路，占領3%以上的全球網際網路連接市場，大約為300億美元/年。
星鏈計劃建成後，將具備以下2個方面的功能：
——為全球尚未連接到網際網路的偏遠地區和傳統死角提供高速網際網路服務，包括飛機、遠洋船隻、海島等，並作為緊急情況下的備份上網方案；
——為金融領域等時間敏感用戶提供全球長距離數據傳輸的延遲問題。
星鏈計劃建成以後，將不會具備以下幾個方面部分網友認為的可能的功能：
——直接超越5G成為新一代個人即時通訊手段：星鏈衛星不能直接和手機連接，而要通過終端天線，再以WIFI等形式同手機連接，超過WIFI覆蓋範圍，手機上不了網。
——特別適合分布式儲存、數字錢包等區塊鏈技術：星鏈就是星鏈，和光纖網際網路沒有什麼本質性區別，區塊鏈在星鏈上能做的，在光纖網際網路上同樣能做；同時，區塊鏈應用恰恰對通信容量要求很高，並不適合高成本的衛星通信方式。
——取代GPS：星鏈上沒有原子鐘，沒法授時自然沒法定位。作為追求最低發射成本的衛星，其上面的每一克重量都是寶貴的。疊代放大版是最不划算的選擇。
——軍事用途：同樣，衛星上不可能再為別的網友幻想中的功能而增加哪怕一克的重量。至於說什麼變軌去攔截彈道飛彈更是無稽之談。星鏈衛星在上升軌道過程中撞到別的什麼衛星或者太空垃圾是很可能的，攔截彈道飛彈？星鏈衛星的霍爾推進器是典型的"水滴石穿"型推進器，推力級小消耗物質也級小，也就是比沖很大。因此星鏈衛星的變軌是十分緩慢的過程，上升200公里軌道的時間就以月計，如果從300公里上升到1125公里的軌道上可能需要差不多一年的時間。洲際飛彈20分鐘就在某國投降之前打到某黎了。至於和F35之間的連接，任何寬頻衛星通信從技術上做到都不是難事。
二、計劃有變
2019年5月25日，獵鷹9號火箭發射了星鏈計劃第一批60顆衛星。這批衛星每顆重227公斤。標稱軌道為550公里。衛星僅支持Ku波段通信，原計劃的Ka和更高頻的V波段不見蹤影，星間雷射通信也不存在。使用動量輪的自主碰撞規避系統同樣也沒有安裝的跡象。SPACEX也承認，這批衛星屬於"0.9"版本。
2019年11月11日，獵鷹9號火箭發射了星鏈計劃第二批60顆衛星。這批衛星被標稱為"1.0"版本。衛星重260公斤，增加了Ka波段天線，並對生產材料進行了改進使得重返大氣層時能夠100%燒毀。衛星底部做了塗黑處理，減小對天文觀測的影響。
2020年1月7日、29日，第3、4批各60顆"1.0"版本星鏈衛星發射成功。前四批所有的星鏈衛星軌道高度都是550公里。
2019年10月15日，馬斯克發了一條推特，宣布星鏈計劃衛星數目猛增30000顆，達到了42000顆以上的水平。
三、質疑
（一）對計劃本身的質疑。星鏈計劃一經發布，參半的毀譽主要來源於兩個不同的專業：從事航空航天相關專業的人們一片叫好，畢竟100萬美元一顆的衛星實現數以萬計大批量生產，是多少衛星領域從業者的夢想；而低至4000美元/公斤的發射價格又激發了無數火箭愛好者的航天夢——離把在下的75公斤打上去的距離又近了一步呢。再加上馬斯克的豪言壯語、漂亮的PPT和火箭/整流罩回收圖片，SPACEX簡直是人類航天希望之光。
但是在通訊領域則是一片質疑之聲。SPACEX對衛星的許多關鍵細節例如波束數量、天線功率諱莫如深，但是參考最新的銥星二代860公斤重量基礎上的L波段的相控陣共48個波束來看，儘管毫米波的天線尺寸一定比L波段的要小，但是質量上的差別使得星鏈衛星的相控陣天線的TR單元數應該和銥星沒有數量級上的差距。極為有限的波束意味著單星覆蓋範圍內的可用接收器也就是用戶將十分有限。按照計劃中的1150KM高度計算，單星覆蓋地面範圍約為88.25萬平方公里。比寧夏自治區和青海省面積之和還要大。即使按照西藏自治區的人口密度（加上遊客）3人/平方公里計算（要知道這個水平僅相當於世界上人口密度最低的大洋洲的人口密度），3%的市場份額、10%的同時活躍用戶數，也有8000台終端需要連接。而8000台去分享單顆衛星20G的通信容量，單路用戶的通信容量只有2.5Mbps，離馬斯克承諾過的每個用戶1Gbps的帶寬相差400倍。按照馬斯克宣布要建100萬個地面站，100T的全部通信容量只夠給每個地面站分到0.1G的容量，單個用戶容量達到1G的說法真的不知從何說起。另外，Ka波段通信受到天氣影響很大，雨霧天氣下衛星通信將受到影響。
（二）對星鏈計劃當前狀態的質疑。與原有計劃相比，當前的星鏈衛星"並不怎麼樣"，缺少幾乎所有馬斯克當初承諾過的亮點：
——星間鏈路並不存在。SPACEX號稱衛星之間的採用10000GHZ速率達到100Gbps以上雷射的星間鏈路在當前版本中並不存在。因此，所有數據都必須通過地面站多次轉發。這就意味著當前星鏈通信容量極低、延遲極高。從這個角度看，當前的星鏈系統遠遠不如2019年初就已經發射完畢、採用Ka波段星間鏈路的二代銥星。
——網絡延遲不達標。同樣基於缺失星際鏈路的關係，信號傳輸距離將至少倍增並依賴於地面站的處理速度，這樣的網絡延遲和現有的其他衛星通信系統沒有差別甚至會低於二代銥星。
——自主碰撞規避系統未起作用或者不存在。星鏈衛星工作的高度，是各種地球觀測衛星和空間站的運行的黃金高度，軌道資源寶貴。12000顆甚至後期的40000顆在軌星鏈衛星，很容易造成和其他衛星的碰撞。2011年，NASA警告的太空垃圾數量是2.2萬片"已經達到了危險的臨界點"現在一下子多了40000個飛行物，還是同一高度的，那可以說是"走自己的路，以後誰也別想走路"了。SPACEX宣稱衛星上裝有自主碰撞規避系統，但是沒有證據證明已經安裝並能有效使用，相反，2019年，歐洲航天局發現Starlink 44衛星有千分之一的幾率和其Aeolus地球觀測衛星碰撞——這一幾率高出了必須進行規避操作的10倍。歐洲航天局馬上聯繫了SPACEX，後者"顯然也接到了"碰撞警報，但是SPACEX拒絕移動Starlink 44衛星，歐洲航天局無奈只能對自己的Aeolus地球觀測衛星進行兩次變軌操作，花費以百萬歐元計。事後，SPACEX解釋"待命尋呼系統中出現了一個bug，導致星鏈操作人員看不到關於這個機率增加的後續通信"。這種解釋，至少從一個側面顯示了"自主碰撞規避系統"的不自主性，而霍爾推進器極其極其緩慢的加速度也否定了規避的效率。仔細想想這種動機也能解釋——畢竟是量產型低成本衛星，每顆100萬，所謂"赤腳的不怕穿鞋的"，撞就撞吧。
圖：星鏈衛星星座三維構型（4425 顆）
——軌道變化巨大。之前1150公里的軌道變成為550公里，原因不得而知，也許認識到覆蓋面積過廣或者衛星天線發射功率不足等其他問題。軌道下降後，覆蓋面積縮小為20萬平方公里，但並沒有數量級上的變化。因為軌道的下降，要達成更大的覆蓋面積，更多的衛星必不可少。所以衛星總數量將增加到40000顆以上，典型的"面多加水，水多加面"。
——衛星壽命不足。原先的1150公里的軌道衛星，有7年左右的壽命和幾百年的在軌時間。但是降到550公里以後，這個高度就在地球大氣散逸層以內了，衛星會受到空氣阻力不斷減速降軌，需要霍爾發動機的不斷工作進行維持，5年的壽命都很難保證。
——衛星發射能力不足。星鏈計劃最讓人矚目的部分就是獵鷹9號一箭60星的超強發射能力。這60星，正好可以裝滿整個獵鷹9號的整流罩。但是要意識到，前四批衛星和原計劃的386公斤的重量存在50%左右的差距，這個差距不是因為SPACEX採用了更先進的技術節省了重量，而是削減了V波段通信、星間雷射通信等一系列重要功能實現的。即使在這個重量下，獵鷹9號仍然沒有能力將衛星送入550公里的軌道，而是在300公里左右的軌道釋放衛星，再由衛星的霍爾推進器自主爬行到550公里軌道。這是什麼概念？這就意味著，如果長征五號遙一發射最終是靠遠征一號上面級推動才使衛星入軌從而判定長征五號遙一發射"部分成功"的話，那麼可以說，獵鷹9號每一次送星鏈衛星上天都只能判定為"小部分成功"。消耗寶貴的衛星燃料將衛星送入軌道，使得衛星在自主上升過程中容易與其他空天飛行器碰撞，也使得衛星以後用來維持僅550公里甚至後期340公里軌道的寶貴燃料不足，大大縮減了衛星壽命。同時，這個爬升過程需要幾個月時間，而衛星壽命總共就不到五年，衛星的寶貴壽命有很大一部分是花費在爬升入軌這個毫無產出的階段。
四、前景
總體來說，SPACEX的星鏈計劃方案激進，宣傳高調，實際產品現階段卻和其他低軌寬頻衛星基本無甚差別甚至還有所差距。可以說，在首批240顆衛星中，也許相控陣天線的配置、衛星切換時的穩定連接等方面還是可圈可點的（實際情況除SPACEX公司外誰也不知道）。但是真正劃時代的技術目前基本不存在。可以說，SPACEX把簡單的活都乾了，從而營造一種星鏈衛星已堪重要的表象，吸引輿論眼球和更多融資，而只有更多的融資，才能確保衛星裝上V波段天線和星間鏈路以及相應的路由器等配件，而一旦裝上這些，前幾批發射的不具備上述功能的衛星將成為落後的"孤島"；即使裝上這些，大量用戶的體驗也達不到宣稱的1G帶寬，同時一定會面臨新衛星造價與重量陡增、發射成本也同步上升的新問題。意料之中的，2月7日，SPACEX公司宣布有意分拆星鏈業務並尋求IPO融資。
實事求是地說，以馬斯克的融資和經營能力，完成全部星鏈計劃也許是可行的。但是即使完成了，其網際網路連接市場的份額何時能達到3%也將打個問號。畢竟即使按現在的世界人口的一半為基數來算（當前網際網路覆蓋率約50%），再扣除中國的21%的用戶數，最初300億的成本攤到其中3%的用戶上，也需要每人承擔至少316美元，再加上購買接收終端還需要300美元。再加上因為衛星軌道很低，需要經常更新衛星，所以遠期成本不會有下降的可能性，另外還需要考慮盈利和新增加的30000顆衛星必定引起的預算超支。在如此高昂的費用面前，用戶們將面對的是受天氣影響並不穩定的連接和可能只有ADSL級別的網速。而且用戶越少價格越高、用戶越多網絡越卡，真的是尷尬。
不吹不黑，星鏈計劃確實是一個龐大而光輝的計劃，但實際上和一網、銥星二代或者其他的低軌寬頻星座並沒有本質區別。也許馬斯克確實是一個讓人敬仰的理想主義者，但是不能排除星鏈計劃和超級高鐵一樣無疾而終的可能性，也不能排除SPACEX想用資本的錢為自己占據軌道和頻率資源的"險惡"用心。畢竟所謂低延遲、為偏遠地區提供網際網路服務、提供應急上網備份等功能只要是低軌寬頻衛星都可以做到，而銥星二代和Oneweb公司的產品衛星數目大大減小，技術更加成熟，對太空生態影響更小，建設進度也明顯比星鏈快。同時也要認識到，真正需要衛星寬頻的偏遠地區、航空和郵輪旅客，其市場規模和整個網際網路連接市場相比真是微不足道，網上說可以服務珠峰攀登的，珠峰大本營4G信號滿格難道不比星鏈香嗎？
文章來源: https://twgreatdaily.com/XctcM3ABgx9BqZZI8_hi.html