星链再发30000颗卫星引发多方抗议,卫星物联网路怎么走?
作者 | 物联传媒2022-02-23

自从马斯克提出“星链计划”,星链(Starlink)这个词就一直热度不下。近日,据WCCFTech报道,SpaceX的星链卫星物联网正面临着来自多个方面的批评,它计划发射大约3万颗第二代卫星。

加快推动星链计划为什么会被多方面抗议?NASA对SpaceX计划作为Starlink第二代升级的一部分而放入轨道的卫星数量之多表示担忧,一是认为过多的卫星数量会干扰其他卫星网络,二是会存在极高的不同卫星之间的轨道碰撞。

同行OneWeb认为如果美国联邦通信委员会(FCC)批准了星链发射3万颗卫星的申请,那么SpaceX的子公司应该受到一些条件的限制来确保OneWeb这样的小型星座不会受到损害。由于轨道上的卫星数量较多,一旦来自不同公司的两颗竞争性卫星被触发,OneWeb的卫星将100%地发生波段分裂事件,OneWeb认为,目前关于非地球静止卫星服务运营商(NGSO)之间的频谱共享规则是不充分的,这可能导致更大的星座利用模糊性来获得优势。

同时亚马逊和Dish Network 一样,单独向 FCC 提出了对 SpaceX 计划的担忧,国内也有不少企业都表示FCC 应该提出合理的限制条件。既然是这样,像星链这样的低轨卫星通信路要怎么走?

星链再发30000颗卫星引发多方抗议,卫星物联网路怎么走?

低轨卫星通信与“星链计划”

低轨卫星通信(LEO)是天基互联网的一种形式,类似地面的基站搬到了太空上。天基互联网是指利用位于地球上空的各类空天平台向用户终端提供宽带互联网接入服务的新型网络。低轨卫星通信是利用运行在距地面约1000公里轨道高度的卫星群向地面提供宽带互联网接入服务,通过大量卫星组网实现全球覆盖。

星链计划”要在2019年至2024年间,在太空搭建由约1.2万颗卫星部署一个完整的全球覆盖低轨卫星通信,旨在提供高速互联网无线微波接入,在全球范围内提供网络服务,特别是目前通信网络无法覆盖的偏远地区。这个计划在2015年被马斯克提出,这一项目被命名为“星链”(Starlink)。2019年5月,美国太空探索技术公司利用猎鹰9号运载火箭成功将“星链”首批60颗卫星送入轨道。截止目前,星链已经发射了近2100颗卫星。

卫星通信的优势是覆盖面广,相较于地面上的移动通信系统只覆盖了20%的陆地面积,卫星通信可以完成全球覆盖。同时卫星位于太空,受地面条件影响较小,可实现全天时不间断运作。并且,卫星的可用频带很宽,加之现阶段被广泛采用的多波束星载天线技术,提高了系统容量,可支持海量终端连接需求。因而,卫星物联网更易于对海量的大范围运动目标提供网络连接支持与服务。

所以星链刚出,业内普遍认为实现“海陆空天”一体化有了可执行方案,但是随着越来越多的星链卫星被送上太空,海量卫星部署低轨卫星通信遭到了质疑和担忧。

星链再发30000颗卫星引发多方抗议,卫星物联网路怎么走?

首先,星链发射的卫星距离地表也比较近,最近的只有550千米左右。这是什么概念?北京到上海的距离是1200公里。星链不同于传统卫星通信或者GPS导航,只需要几十或者几百颗卫星就能完成部署。而星链预定的轨道部署由1.2万颗卫星组成,那么这些卫星群将密密麻麻地将地球包裹着,需要占据大量的轨道资源,容易造成太空拥堵、卫星碰撞。

同时,地球上空的这些近地轨道卫星会继续反射太阳光,在夜空中显得非常明亮,对天文学影响带来极大的负面影响。此前NASA对外声称,这个在近地轨道额外部署3万颗卫星的计划可能造成轨道“严重拥堵”,增加碰撞风险,影响NASA的科研及载人航天任务。

其次,根据国际电信联盟的规定,卫星频率和轨道资源的主要分配形式为“先申报就可优先使用”的抢占方式。没有明确的卫星管理指标,这种不良性竞争让卫星部署变成是一场“太空圈地”运动,显得野蛮了些。根据测算,地球的近地轨道总共只能容纳大约6万颗卫星。星链目前多用于加密部署军事通信,且卫星也相当于一颗高速的“炮弹”,存在国际安全隐患。2021年12月,星链两次近距离接触中国空间站,对中国空间站和上面搭载的航天员生命健康构成危险。

第三,发射的卫星在大空中报废,回收技术的不成熟导致形成大量太空垃圾。2022年2月3日,SpaceX最新部署的一批49颗星链卫星在发射一天后就发生了磁暴,导致40颗卫星报废。所谓磁暴,就是因太阳爆发引起的地球磁场的剧烈扰动。一般情况下,地磁的改变会导致在轨卫星的姿态发生变化,影响正常通信,但这次磁暴却一次性报废了40颗卫星。

第四,抢占资源造成的通信干扰。实际上,卫星通信频谱资源存量本身有限,一方面是覆盖全球的低轨卫星频率协调难度大,另一方面是地球上5G毫米波也在不断发展,和卫星通信使用的频段相接近可能会造成信号干扰和阻塞的情况发生。

目前缺少一套太空法案来明文规定企业发射卫星的管理准则,毕竟低轨卫星通信在视讯通信方面的确是促进各行各业发展的重要技术。

全球发展卫星通信

星链并不是全球第一个低轨卫星,最早的低轨卫星就是铱星系统(Iridium),77颗卫星,拉开了低轨卫星通信的序幕。铱星系统跟当时地面蜂窝通信系统(GSM)基本差不多同期,最后铱星系统申请破产并被分拆。

星链再发30000颗卫星引发多方抗议,卫星物联网路怎么走?

图源:网络

地球上蜂窝移动通信从2G发展到了5G,当然卫星通信也在不断发展,以OneWeb来分析,公开的数据,低轨卫星720个,系统总容量5.4Tbit/s,单用户大概可以达到400兆比特/秒,如果平均用户速率是100兆,OneWeb整个系统可以支持并发的用户数只有5.4万个。实际上,单颗卫星现在统计下来,包括SpaceX、OneWeb跟5G单基站的通信容量基本上在同一个数量级。

2019 年以来,SpaceX 已将共计 2091 颗 Starlink 卫星发射到轨道上。根据天文学家的数据,截至目前,约有 1920 颗仍在轨道上。同时,星链互联网卫星已经开始提供运营服务,目前Starlink星链提供2套餐,基础套餐月费下行速率50-250Mbps、上行速度10-20Mbps,延迟20-40ms;而Premium高级付费套餐包含了一根更高性能的天线,下行速率150-500Mbps、上行速度20-40Mbps,延迟20-40ms。

而低轨通信卫星和地面通信系统对比,各有优劣。

类型

轨道高度

通信延迟

缺点

低轨通信卫星

500-1000km可覆盖全球

30-50ms

所需卫星数量较多,维护和控制比较复杂

地面通信系统

基站覆盖范围

4G:1-3km

5G:100-300m

无线蜂窝通信10-50ms

光纤10-20ms

基站建设及运营成本高;易受地形、环境影响

目前国外不止马斯克在部署低轨卫星通信系统,国外已经建成了多个能够提供物联网业务的低轨卫星通信系统,比如轨道通信(Orbcomm)和高级研究与全球观测卫星(ARGOS)等系统。

而我国也在大力发展低轨卫星通信,2020年4月,国家发改委将“卫星互联网”列入“新基础设施”名单,与5G、人工智能、工业互联网、新能源充电桩并行。

2020年10月26日,天启6号物联网卫星在我国西昌卫星发射中心成功发射,是我国首个投入运营的低轨卫星物联网星座。

2021年7月25日,我国首次低轨宽带卫星与5G专网融合试验在北京和济南完成。卫星互联网“行云工程”的诞生,该工程能为一些地质灾害、海上运输通信、海洋环境等提供监测,同时打造覆盖全球的天基物联网。

2021年9月27日,吉利宣布开始批量生产商业卫星,成为继特斯拉之后全球第二家做卫星发射的汽车公司。

项目

轨道高度

卫星数量

频段

SpaceX-starlink(星链)

300~500km;
1000~1300km

46000颗

Ku波段;
10.7-12.7Ghz(用户下行)
14.0-14.5Ghz(用户上行)
Ka波段;
17.8-19.3Ghz(馈线下行)
27.5-30.0Ghz(馈线上行)

伦敦卫星互联网公司-OneWeb

1200km

648颗

KU 频段;
10.7-12.7GHz(用户下行)
12.75-14.5GHz(用户上行)
17.8-20.2GHz(馈线下行)
27.5-30.0GHz(馈线上行)

加拿大卫星运营商Telesat-LEO(LightSpeed卫星)

1000km

近300颗

Ka频段(17.8-20.2GHz)1.8GHz的带宽用于下行链路;
Ka频段(27.5-30.0GHz)的带宽为2.1GHz用于上行链路

中国航天-GW星座

300~500km;
1000~1300km

12992颗

Ka频段;
37.5-39.5 GHz(空对地)
39.5-42.5 GHz(空对地)
V频段;
47.2-50.2 GHz(地对空)
50.4-51.4 GHz(地对空)

北京国电高科科技有限公司的天启星座

900km

38颗

共同服务于全球物联网数据业务

虹云工程

1000km

156颗

Ka 频段,预计接入速率可达到 500Mbit/s,将采用毫米波相控阵技术,低轨宽带互联网

行云工程

800-1400km

80颗

窄带物联网

加拿大HeliosWire公司

796km

30颗

S波段30 MHz带宽,支持50亿个传感器的数据采集

美国开普勒通信公司

575 km

140颗纳卫星

14~14.5 GHz(上行)
10.7~12.7 GHz(下行)
同一个卫星硬件能够配置成以500 Mbit/s的速率与一个地面站通信,或分别以1 Mbit/s的速率同时与10个物联网业务汇聚节点进行通信

澳大利亚舰队空间技术公司

500~600km

超过100颗纳卫星

帮助全球物联网设备实现低带宽连接

以色列的天空全球公司

500~600km

约200颗纳卫星

S波段,地面终端采用8 cm的贴片天线,能够提供语音、数据和即时消息

亚马逊-Project Kuiper(柯伊伯)

590~630km

3236 颗

最高网速400Mbps,宽带互联网服务

吉利天地一体化

200~2000km

168 颗

宽带互联网服务

来源:物联传媒整理

写在最后

低轨卫星通信目前虽然在太空上被“一家独大”,但这不会是长久的现象,同时随着各大卫星的建成使用,低轨卫星物联网的市场规模将迅速扩大,从2020年的不到2 000万美元增长至2027年的1.3亿美元,平均年增长率接近70%。届时,通过低轨卫星物联网获取应用的终端数量将突破 370 万。在此期间,低轨卫星技术发展需要提升,以及太空卫星管理法案亟待出台。

参考资料:

电信科学:《低轨卫星物联网的发展背景、业务特点和技术挑战》

快科技:《月费3000 网速500Mbps!星链最新49颗卫星上天》

极果:《中国版「星链」来了!无线网覆盖全球,未来能用卫星上网》

华经情报网:《中国低轨道卫星行业运行现状,低轨道卫星系统将是未来6G技术基础》


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