华为、苹果带火的“卫星互联网”,是时候给它泼一盆冷水了
作者 | 物联网智库2022-12-05

火热的低轨卫星发展并不是一帆风顺,也不是想象的那么美好。近日,国际互联网协会发布了《低轨卫星展望》报告,报告总结了低轨卫星提供互联服务的挑战,并提出了未来发展的一系列问题。

智次方

在苹果、华为手机等新产品宣布实现卫星通信的驱动下,卫星互联网成为今年业界一个热点。多年来,多家公司运营的地球同步卫星,提供互联网接入服务。然而,这些高轨道卫星在提供服务时面临巨大挑战,例如,信号从地球到卫星返回,均需要跨越36000公里距离,时延往往超过600毫秒,无法满足现有很多服务需求。相比之下,低轨地球卫星(LEO)系统在160到2000公里之间,可以提供低延迟、高速的互联网连接,LEO成为近年来卫星领域一个热门方向,吸引大量厂商和资本进入。

早在上世纪90年代,就有企业开展低轨卫星互联网接入服务,只是后来相对于廉价的2G地面移动通信系统,这一服务太过昂贵而失败。不过,当前商业发射系统的发展和卫星技术的其他进步大大降低了部署低轨卫星星座的成本时,大量参与者涌入。低轨卫星能够为地面移动通信无法提供服务的区域和场景提供服务,在航空、远洋、渔业、石油、环境监测、户外越野和军事等领域有广泛的场景。

然而,低轨卫星发展并不是一帆风顺,也不是想象的那么美好。近日,国际互联网协会发布了《低轨卫星展望》报告,报告总结了低轨卫星提供互联服务的挑战,并提出了未来发展的一系列问题。

报告指出,低轨卫星互联网能够显著改善生活。低轨卫星系统能够在任何地方为高速移动的用户提供稳定网络接入,但在行业应用方面仍面临诸多风险挑战。一是尚未形成成熟的商业及运营模式,低轨卫星系统服务价格仍然居高不下,对于农村及偏远地区等地面移动网络难以覆盖的地区,仍需要政府补贴及其他财政支持才能够负担这项服务;二是政策和监管法规尚不完善,尚未形成统一的国际组织为低轨卫星和其他非地球同步轨道卫星分配或管理地球轨道资源;三是技术瓶颈仍有待突破,低轨卫星系统开放标准亟需建立以增强不同星座间的互操作性,低轨卫星系统仍存在严重的安全与隐私泄露隐患,卫星互联网基础设施安全性能仍需提升。

低轨卫星

低轨卫星提供互联服务的挑战

在国际互联网协会看来,低轨卫星互联网接入行业仍处于起步阶段。目前,只有SpaceX的Starlink提供规模相对较大的互联网接入,在轨超过3000多颗卫星,但直接竞争对手也加快速度,如OneWeb、Telesat和Kuiper等。低轨卫星互联面临的挑战包括:

1.可负担成本的挑战

低轨卫星互联市场不成熟,市场还未形成用户可负担的起成本的服务,尤其是对于那些偏远地区未连接的用户。在直接面向消费者的商业模式中,卫星运营商通常对地面终端收取初始费用,并对互联网服务收取月费。以Starlink为例,目前其地面终端一次性收费600美元,在许多国家每月收费约100美元,这一成本仅有少数用户能够承担。如果价格居高不下,许多个人用户,尤其是低收入国家的用户,可能无法负担这项服务。

部分政府提供卫星互联的补贴计划,以帮助用户访问低轨卫星互联网系统。例如,在一段时间内补贴初始设备和月度订阅费用。然而,这一补贴并不具有可持续性。

随着越来越多的卫星运营商上线接入服务,加上地面移动通信网络不断完善,卫星互联网的定价将受到怎样的影响还有待观察。目前,业界还在探索其他商业模式,运营商也在考虑需要在多大规模的需求上进行定价可以实现盈利。

2.与现有运营商竞争的挑战

由于低地球轨道系统为互联网接入提供了新的选择,因此,现有的地球静止轨道卫星互联网提供商、光纤、宽带和移动网络运营商在一定程度上受到挑战,这些群体也努力发挥自身优势争夺资源,降低低地球轨道提供商获取频谱、许可证和政府资金的能力。这方面的竞争既有行动上的竞争,也有在位者试图制造进入壁垒,阻止基于不同技术的新竞争。

3.并购整合的挑战

随着低轨卫星互联参与者的增多,这些主体不得不接受所有垄断市场力量和经济整合问题的影响。随着低轨卫星系统部署的增加,部分运营商有可能被其他运营商收购。例如,去年11月,美国卫讯公司(Viasat)宣布,将以73亿美元的价格收购国际海事卫星组织(Inmarsat),此举将创造一家全球领先的卫星通信公司,这一并购目前已获得多个国家的批准。未来,类似的并购整合还会不断出现。

4.轨道和频谱资源的争夺

联合国外层空间事务厅(UNOSA)曾出台过一个外层空间发射物登记的制度,它已成为确定哪些国家对哪些太空物体(包括卫星碎片)承担国际责任的一种手段。然而,很多人担心这一登记并不完整,而且没有关于如何报告对象的商定标准。

目前没有任何国际组织为低轨卫星和其他非地球同步轨道卫星分配或管理轨道。现有的12个低地球轨道系统运营商只向其希望运营的国家的监管机构申请频谱分配,并在申请中指定其预期轨道。

由于低地球轨道基本上是先到先得的,占用轨道不收取任何费用,最佳轨道是一种有限的资源。因此,早期进入者有很强的动机来迅速接管尽可能多的轨道,从而使后来的进入者可选余地不多。为了避免占用轨道,一些监管机构正在制定扩建要求,其中低轨卫星运营商必须满足一定的部署时间表,以保持其频谱分配。

联合国和平利用外层空间委员会(COPUOS)关于空间活动长期可持续性的无约束力准则重申了国际电信联盟(ITU)章程第44条和第45条中的原则,并强调需要促进外层空间活动的长期可持续性。提出了使各国家能够公平地利用轨道和频率,同时考虑到发展中国家的特殊需要和特定国家的地理情况。在2019年世界无线电大会上,国际电信联盟出台规定,要求低轨卫星星座在开始部署后的头两年内将其星座的10%送入轨道,五年内将50%送入轨道,七年内将100%送入轨道。这一决定旨在防止未实现或失败的项目长期占用有限且有价值的频谱,“要么使用它,要么失去它。”

5.空间碎片的挑战

随着数千颗数万颗卫星发射至低地球轨道,形成一层潜在的地球外壳,加上低地球轨道上已经有非常丰富的各类物体,未来有可能产生大量的卫星碎片,包括计划中退役的卫星和计划外的卫星(如碰撞后失联)。这些碎片可能会对近地轨道空间的其他互联网接入系统造成物理破坏,在空间和地面上造成干扰或造成威胁。

目前,美国联邦通信委员会要求低轨卫星运营商在运营结束后的5年内使其卫星脱离轨道。联合国和平利用外层空间委员会《空间碎片缓减准则》、国际机构间空间碎片协调委员会(IADC)《碎片缓减指南》、《关于近地轨道卫星大星座的声明》以及ISO标准ISO-24114《空间系统-空间碎片减缓要求》等标准也对此有指导。

6.关键基础设施和国家安全的挑战

随着低地球轨道系统在民用、政府和军事用途的扩大,低地球轨道的系统将成为关键基础设施,从而使其受到相关国家政策和国际规范的保护。低轨卫星系统也成为有组织犯罪和对国家攻击的一个目标,特别是如果它们用于军事目的。即使是纯民用低地球轨道系统也可能被视为对国家空间资产(例如空间站)的干扰,或是未来潜在的国家安全威胁。

7.系统容量的挑战

低轨卫星通信系统容量一直是运营商需要解决的问题。例如,Starlink有大约80万用户,系统的容量限制尚不清楚,研究机构Ookla报告称,2022年第二季度,某些市场的Starlink连接速度有所下降,而SpaceX在法国、加拿大和美国推出了新的优先流量服务级别,并且收到不少投诉。但目前尚不清楚,在SpaceX继续构建其完整星座的过程中,这些问题是否只是成长的烦恼。随着部署的增加,访问开放数据非常重要,这样独立的研究机构就可以根据支持的用户数量、延迟、吞吐量和可靠性来衡量低轨卫星系统的容量。

8.互操作性和开放标准的挑战

当前的低轨卫星运营商似乎正在创建多个独立且互不兼容的低轨卫星星座,鉴于适当的轨道数量有限,运行成本高,理想的情况是低地球轨道系统能够与地面网络兼容互操作。

理想情况下,从低轨卫星系统接收的互联网接入服务应是与通过地面宽带或移动连接接收的连接类型相同的连接。在地面部分,它应该使用互联网工程任务组(IETF)、3GPP和其他标准化机构发布的开放标准。Starlink支持大多数当前协议,尽管用户报告IPv6的可用性不一致,我们认为IPv6协议对互联网未来的容量极为重要。互联网开放标准确保了互操作性,并与全球互联网的其他部分提供了共同的用户体验。

9.隐私和安全性的挑战

用于互联网接入的低轨卫星系统的用户应至少具有与常规宽带或无线互联网连接相同的隐私通信支持级别,以防止窃听、篡改和未经授权的互联网流量重定向,应以确保端到端加密的方式支持传输层安全。

低轨卫星系统为本已复杂的互联网基础设施增加了新的复杂性,它包括将卫星连接到互联网的地面站和客户用于连接卫星的地面终端。正如美国政府最近的一份文件所概述的,卫星基础设施有许多领域需要安全保障,而低轨卫星系统带来了额外的挑战,因为这一领域有太多的卫星。

低轨卫星互联未来发展的一些质疑

在诸多挑战下,低轨卫星互联未来存在多个方向的疑问,需要业界共同探讨。

1.总体市场规模

许多因素正在推动基于低地球轨道的互联网接入市场,包括卫星和互联网技术的进步、小型化和快速降低的发射成本,再加上政府资金或补贴、基本上开放的接入轨道,以及对空中和水上互联网接入的需求。

然而,有分析师认为,低轨卫星赛道已经非常拥挤,基于低轨卫星的互联网系统的总体可用市场是什么?是否只对偏远或服务不足的地区有用?鉴于目前星座轨道覆盖范围有限,该接入对极地地区是否可行?这些问题都是未来业界需要回答的。

2.可持续的商业模式

在提供基于低轨卫星的互联网接入的热潮中,多家运营商对星座都进行了大量投资。这些运营商在探索各类服务,有些关注个人用户的直接订阅,有些侧重于企业或地面的回传,还有一些的目标是为航空公司或船舶提供Wi-Fi。不过,各家运营商有一个一致的服务对象,即物联网。

这产生了多个疑问,不同的商业模式都是可持续的吗?如果它们不可持续,政府会补贴它们的运营吗?政府会用什么标准来决定为哪些运营提供资金?这会使资金从基于地面移动通信接入转移吗?如果没有政府拨款、补贴或军事支出,纯消费者的接入服务是否可行?当某些低轨卫星系统在财务上不可持续时,会对用户会产生什么影响?

3.太空中天气的影响

目前尚不清楚低轨星座是否充分了解来自太空天气(如太阳风暴)的威胁,以及它们如何影响互联网接入。2022年2月,SpaceX公司报告称,一场太阳风暴导致其40多颗卫星丢失。

如果我们遇到一个10倍或100倍大的太阳风暴,它将如何影响低轨星座的卫星?低轨卫星系统对这些类型的威胁有多大的弹性?

4.外部性、补贴和真实成本

提供低轨卫星互联网接入的真实成本可能难以评估,这不仅是因为外部成本、补贴、赠款、税收减免和军事投资,还因为与其他业务(如太空发射)的整合和商业机密性可能会掩盖总运营成本。提供低轨卫星互联网接入的外部成本包括轨道碎片(如增加碰撞避免、跟踪和清理),以及与制造、发射、退役和不受控的环境成本。这些外部成本由社会承担,也可能由不提供或不使用基于低轨卫星互联网接入的国家承担。

从长远来看,低轨卫星是否会像其他互联网接入技术一样经济高效?什么是最有效、最经济、最可持续地利用公共资金来支持未服务或服务不足人群的互联网接入?

5.环境成本

环境成本虽然与互联网接入没有直接关系,但低轨卫星系统对环境影响确实存在。我们可能很快就会用成千上万颗卫星组成的不同外壳包围我们的地球,除了对空间碎片的担忧之外,还存在制造卫星对环境的影响以及创建所有这些星座所需的大量火箭发射,以及许多退役卫星在重返大气层过程中烧毁对大气层的影响等问题。

6.对天文学影响的质疑

自20世纪50年代末发射第一颗卫星以来,卫星一直是天文学研究的一部分。但大规模低轨卫星星座对光学、天文学活动影响已受到相关机构的质疑,尤其是对低轨卫星在轨道上反射太阳光留下的轨迹提出了担忧。目前业界正在努力减少卫星对观测的影响,包括通过使用图像处理技术从图像中去除卫星的存在。然而,当所有计划中的低轨卫星在不久的将来发射时,对天文学研究的全面影响尚不清楚。

早在数年前,天文学家就表示“贯穿整个时代的每种文化都珍视星空,并已将其融入各自的文化中。当SpaceX和其他企业准备雄心勃勃的占领太空时,却没有哪个国际机构或组织能够规范其行为,为人类共有的星空和轨道提供足够的保护。”国际天文学联合会 (IAU)此前宣布成立一个全新的中心,以统一天文学家并抵制这些星座。

以上内容主要来自于国际互联网协会发布的《低轨卫星展望》,可以看出,这一报告从非常理性的角度,对当前发展正在火热的卫星互联网提出灵魂拷问。

热门文章
刚刚过去的11月,对于工业互联网而言并不平凡,发生了很多可能一石激起千层浪的标志性事件。这些事件均由IT企业引领,积极将IT与OT推向融合...
2022-12-05