近日,据海外媒体爆料,苹果计划为其产品带来卫星通讯功能,卫星连接将使 iPhone 能够绕过运营商,通过卫星网络联系紧急联络人。该功能最早可能在今年的 iPhone 14 上搭载,之后,苹果可能将该技术引入 Apple Watch。

提起卫星通讯,不得不说卫星互联网,其是以卫星为接入手段的互联网宽带服务模式。互联网服务商先把互联网信号发送至太空中的卫星,再通过二次发射,将信号返回至用户端的卫星接收天线,天线又接入用户的调制解调器,再进一步把信号还原成计算机能够使用的网络数据。而由计算机一侧发出的信号,再经过相同的路径,前往互联网服务商,通过重复往来实现数据交互。未来将在在工业互联网、物联网、数字城市等方面具有广泛的应用场景。

2020 年 4 月国家发改委首次明确 “新基建” 范围,涵盖了包括 5G、人工智能、物联网、工业互联网、卫星互联网等在内的信息基础设施,应用边际未来甚至可激活万亿市场空间,甚至有人扬言其将取代传统的地面通信网络,而各大厂甚至有实力的国家都早已开始布局,以抢占这一未来基础设施的先机。

先行者

目前,卫星互联网已经成了全球科技企业的新风口,已知的有亚马逊、SpaceX、OneWeb、Telesat 等等多家公司。据华泰证券分析,2022 年全球低轨卫星互联服务市场规模将达 1100-2000 亿美元。拥有卫星制造能力的商业航天企业也因此成为资本追逐的热点。

近日,据《华尔街日报》报道,亚马逊宣布与蓝色起源(Blue Origin)、欧洲卫星发射公司阿丽亚娜(Arianespace)、联合发射联盟(United Launch Alliance)三家公司敲定了共 83 次发射的协议,耗资数十亿美元。据了解,该卫星项目名为 Project Kuiper,且蓝色起源本就是亚马逊创始人贝索斯创建的。

该领域最知名的要数马斯克在 2018 年建立的太空探索公司 SpaceX,截至 2022 年 2 月,地球轨道上共运行有 2091 颗 Starlink 卫星,2027 年底前总共要布署大约 12000 颗低轨卫星组成星链网络,能够为地球上的大部分地区提供网络连接覆盖。

紧随 SpaceX 之后的是 OneWeb 公司,预计要发射 648 颗卫星布建相关网络,截至目前,该公司在轨卫星总数已达近 300 颗,有望在不久的将来提供区域商业服务。对于 OneWeb 来说,其实更偏向传统集中采购组网。但因为地面站受限,路由的路径更长,所以时延相比也会长一些。

国内有吉利在布局低轨卫星网络,早在 2018 年,吉利战略投资的浙江时空道宇科技有限公司就成立了,其的低轨卫星高精度导航系统目前已完成 305 座高精时空基准站的布署。目前,银河航天、九天微星等国内企业也逐渐崭露头角。银河航天将精力聚焦在研发对标 Starlink 的低轨小卫星宽带通信系统上;而创办时间更早的九天微星,则经历了更为曲折的探索,产品定位和技术路线历经多次调整,才逐渐从一些应用市场打开局面。

大国角逐场

除了企业,一些国家也开始关注这个领域并加大投入。欧盟近日提出了一项投资额达 60 亿欧元的 “天基安全通信系统” 提案,创建属于自己的低地球轨道卫星系统。欧盟的 “天基安全通信系统” 将成为现有的 “哥白尼”(地球观测系统)和 “伽利略”(导航服务系统)的补充。

尽管要部署的卫星数量尚未确定,但其将支持 “边缘计算、物联网、自动驾驶、电子健康、智能工作和教育、海空通信连接以及智能农业”,并为交通部门提供宽带连接服务和卫星接入。

欧盟估计,计划部署的卫星网络总成本将为 60 亿欧元,其中,欧盟将在 2022 年至 2027 年期间投入 24 亿欧元,其余资金则来自成员国、欧洲航天局和私营机构投资者。

而早在 2018 年,俄罗斯总统普京宣布了一项名为 “球体” 的多功能卫星系统项目。这一项目由俄罗斯航天国家集团主导,采用财政拨款加市场投资的方式,计划打造由分布在 17 个轨道面的 640 颗多用途卫星组成的卫星星座,其中包含一个由 288 颗卫星构成的第二代 “信使” 低轨通信星座。整个 “球体” 星群除了服务于军事需求外,还能为消费者提供通信、导航等服务。

2021 年 7 月,加拿大政府承诺向卫星电信运营商 Telesat 投资 12 亿美元,以支持其开展 “加拿大历史上最大的太空计划”。这家成立于 1969 年的老牌卫星公司不同于 SpaceX 和 OneWeb,其更专注于商业客户而非普通消费者。虽然其发射计划一推再推,但是凭借其在卫星运营方面数十年的经验积累,Telesat 的星座计划仍然被业界视为 Starlink 和 OneWeb 的 “强敌”。

而中国的星座计划,在 2016-2018 年间已经开始酝酿。其中,航天科技、航天科工、中国电科、中国电信等国家队这此期间纷纷提出了各自的低轨互联网星座建设方案,并陆续发射了试验星。

短期内恐难进入日常体验

传统互联网往往要求用户在特定区域内布设固定网络,例如掀开地板埋下几米长的线缆,再分别延伸至各个房间。搞定之后,地板或者墙体下头将是迷宫般的电线和线路。这种要求还限制了服务的覆盖范围。对于地形较为险峻或者传输线路较差的偏远地区,固网服务几乎不可能实现连通。而卫星互联网则一般不受地形限制。

不过以往的卫星互联网速度极慢。据了解,之前提供的下载速度约为 750 Kbps,而技术发展与新卫星的升级让网速表现有了质的飞跃。如今,某些卫星互联网服务商已经能够支持 100 Mbps 的传输速度,差不多跟大部分固网及 DSL 网络服务的性能处于同一水平。

而且长期以来,由于经历的传输步骤过多,延迟问题一直困扰着卫星互联网的可行性。光纤互联网提供的延迟一般在 20-50 毫秒之间,而卫星互联网的延迟可能高达 600 毫秒。高延迟会影响多种应用环境,比如强调超高速响应的游戏在使用卫星互联网时将比较尴尬,而网页浏览、查收邮件等则对延迟不算敏感。

另外,卫星互联网的成本远远高于常规光纤互联网,导致资费是一个大问题。即便 Starlink 对接收服务所需的硬件进行了大量的补贴,该设备的费用仅为 499 美元,而其实际成本至少是这个数字的四倍。在美国市场上,卫星宽带每月的费用为 99 美元,大约是光纤服务价格的两倍。虽然依靠规模有望在之后把成本继续摊薄至接近光纤,但是能否获得普遍认可还有待商榷。

总结

诚然,建设卫星互联网系统能为现有的地面通信网络形成有效补充,但由于资金、技术、频段资源等各方面条件限制,绝大部分星座目前都处于规划阶段,据航天市场研究咨询公司 Northern Sky Research(NSR)2020 年预测,大约只有 18% 的星座能走到发射阶段。

当前中国从事火箭发射和卫星制造的商业航天企业,虽然在部分技术上取得突破,但是从产品成熟度和生产能力来看都还与 SpaceX 有一定差距,如果做不到像 Starlink 那样低成本、大规模的小卫星组网,无法摊薄资费,那么就会面临像如今 5G 一样的尴尬境地。

铱星计划的前车之鉴犹在眼前,低轨通信星座建设周期长、投入巨大。如果空间互联网的建设和运营成本无法接近地面网络,卫星星座的商业价值将大打折扣。同时,用户使用成本过高,也将使得产品难以具备国际竞争力。

再加上卫星互联网在对大型城市密集用户提供服务方面承载能力较弱,对当前工业互联网、智慧城市等场景的促进还不如光纤、5G 等地面网络,谈何取代传统通信网络?