SpaceX又上頭條！馬斯克的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目即將發(fā)射，4425顆衛(wèi)星2024年完成部署

故事要從1984年誕生的一部手機(jī)說起，DynaTAC 8000X，摩托羅拉生產(chǎn)的第一款手機(jī)，也是世界上最早的手機(jī)。這樣一部重達(dá)1kg的“板磚”，耗費(fèi)了摩托羅拉公司1億美金的研發(fā)經(jīng)費(fèi)和10年的漫長(zhǎng)時(shí)光。就是這樣一部充電10小時(shí)通話30分鐘的手機(jī)，當(dāng)時(shí)的售價(jià)高達(dá)3995美金。

1985年的夏天，摩托羅拉的工程師Bary Bertiger帶著妻子到加勒比的一個(gè)小島上度假，由于沒有電話，作為地產(chǎn)商的妻子錯(cuò)失了很多商業(yè)機(jī)會(huì)，于是說到如果不論身處地球的任何一個(gè)角落都能打電話多好。于是老婆的一句抱怨變成了Bary Bertiger的靈感，他開始策劃起了一個(gè)能支持全球移動(dòng)通信的龐大計(jì)劃。

1987年，摩托羅拉公司正式發(fā)布銥星計(jì)劃。

銥衛(wèi)星（Iridium）是由圍繞地球一共66個(gè)運(yùn)作中的通信衛(wèi)星組成。這個(gè)系統(tǒng)原先規(guī)劃77個(gè)通信衛(wèi)星，所以用原子序?yàn)?7的銥來命名。隨著進(jìn)一步的論證，雖然最后削減至66個(gè)衛(wèi)星，但是因?yàn)樵有?6的鏑在希臘文的意思是“難以獲取”，缺乏正面含義，因此保留原來銥衛(wèi)星的名稱。銥衛(wèi)星允許人們使用手持型電子儀器做全球性的語(yǔ)音及數(shù)據(jù)通訊。

銥星系統(tǒng)從1990年代開始構(gòu)思，于1998年11月1日開始服務(wù)。但由于當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上并沒有足夠的需求，因此于1999年進(jìn)行破產(chǎn)重組。銥星——這樣一個(gè)當(dāng)時(shí)通信業(yè)理想主義的巔峰之作，沒有跟上時(shí)代的步伐，無法和同時(shí)興起的低成本、高普及率的地面移動(dòng)通信系統(tǒng)爭(zhēng)奪市場(chǎng)占有率，其可征服的市場(chǎng)被擠壓得過于狹小，再者銥星是完全為語(yǔ)音通信設(shè)計(jì)的，沒有預(yù)見到互聯(lián)網(wǎng)的爆炸式發(fā)展。經(jīng)歷了諸多波折，2001年3月銥星恢復(fù)了業(yè)務(wù)，并于2001年6月開始提供速度為 2.4kbps 的互聯(lián)網(wǎng)連接服務(wù)。

銥星公司目前正在開發(fā)第二代銥星系統(tǒng)，預(yù)計(jì)在 2017 年至 2018 年之間發(fā)射。第二代銥星系統(tǒng)被命名為 Iridium Next，同樣由 66 顆衛(wèi)星組成，此外還有 6 顆規(guī)定冗余衛(wèi)星，以及 9 座地面冗余。銥星二代保持了與第一代同樣的星座構(gòu)型，主要是做了能力升級(jí)與一些新業(yè)務(wù)的拓展。Iridium Next 的前70顆衛(wèi)星計(jì)劃由 SpaceX 在 2015 年至 2017 年之間，通過 7 次 Falcon 9 火箭發(fā)射，發(fā)射合同總價(jià)值 4.92 億美元。最后兩顆衛(wèi)星將分別單獨(dú)發(fā)射。

目前，SpaceX已完成3次發(fā)射，將30顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。并且銥星公司最近宣布，第四批10顆“第二代銥星”通信衛(wèi)星將于世界協(xié)調(diào)時(shí)2017年12月23日01時(shí)26分從美國(guó)范登堡空軍基地發(fā)射。短短一年時(shí)間，星座構(gòu)建任務(wù)將完成大半，這樣的效率不得不讓人對(duì)第二代銥星系統(tǒng)的未來浮想聯(lián)翩。作為第一個(gè)全球覆蓋的衛(wèi)星移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，銥星開一代風(fēng)氣之先，既是一個(gè)偉大的設(shè)想，也是一個(gè)偉大的創(chuàng)舉，有人曾說銥星是通訊行業(yè)的解放，隨著互聯(lián)網(wǎng)浪潮滾滾向前，或許在不遠(yuǎn)的將來全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃將帶來互聯(lián)網(wǎng)的解放。

截至2017年6月，全球互聯(lián)網(wǎng)普及率為51.7%，意味著全球仍有一半的人口未實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)連接。這個(gè)龐大的數(shù)字對(duì)于任何一家追求未來發(fā)展?jié)摿Φ墓緛碚f都是極具誘惑力的。Facebook、Oneweb、Google和SpaceX等科技巨頭已經(jīng)有了各自的行動(dòng)計(jì)劃和試點(diǎn)項(xiàng)目。

Facebook從2013年開始就在推行http://Internet.org項(xiàng)目，以期加強(qiáng)偏遠(yuǎn)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，實(shí)現(xiàn)全球三分之二的無線覆蓋率，并在2014年收購(gòu)英國(guó)航空公司Ascenta，為無人機(jī)制造以及激光通信做足準(zhǔn)備工作。Facebook希望能在天空部署10000架Aquila太陽(yáng)能激光通信無人機(jī)，環(huán)繞整個(gè)地球飛行，將網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)覆蓋到每一個(gè)地區(qū)。

OneWeb計(jì)劃建造900顆衛(wèi)星，其中有720顆衛(wèi)星將被發(fā)射到1200km軌道以提供全球互聯(lián)網(wǎng)連接。OneWeb將720顆衛(wèi)星布置在18個(gè)軌道面上，每個(gè)軌道面上每隔9度部署一顆衛(wèi)星。

OneWeb衛(wèi)星屬于微衛(wèi)星，只有150kg重，大小也和一臺(tái)小型的冰箱相差無幾?？偣矊⑸a(chǎn)900顆，除了部署的720顆，還有備用星。每顆衛(wèi)星設(shè)計(jì)了16個(gè)Ku用戶波束，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)全球的無縫覆蓋，使得不論何時(shí)身處何處，都能接收到OneWeb衛(wèi)星提供的無線信號(hào)。

谷歌選擇在高空部署熱氣球?qū)Φ孛孢M(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋。在距離地面20公里的平流層，谷歌氣球隨氣流運(yùn)動(dòng)，采用太陽(yáng)能面板進(jìn)行供電，比我們?nèi)粘３俗娘w機(jī)飛得還要高。谷歌氣球下部懸掛有射頻信號(hào)收發(fā)裝置，通過這一裝置向周圍的氣球和地面接收基站發(fā)送信號(hào)，再通過地面基站為人們提供無線網(wǎng)絡(luò)連接。

SpaceX低軌星座概況：

除了有殖民火星的遠(yuǎn)大夢(mèng)想以外，Elon Musk的SpaceX還有一個(gè)似乎更加實(shí)際的目標(biāo)，到2019年開始運(yùn)營(yíng)寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。SpaceX負(fù)責(zé)衛(wèi)星政府事務(wù)的副總裁Patricia Cooper在出席美國(guó)參議院商業(yè)、科學(xué)與技術(shù)委員會(huì)聽證時(shí)表示，公司將利用自己的獵鷹9號(hào)可回收火箭，在2019年到2024年的6年時(shí)間內(nèi)分別將4425顆衛(wèi)星送到軌道平面，為全球客戶提供高速寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

2016年11月15日SpaceX向美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)（FCC）提交了一份申請(qǐng)，計(jì)劃發(fā)射共計(jì)4425顆通信衛(wèi)星，并且準(zhǔn)備在華盛頓州雷蒙德對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)展開地面測(cè)試。

根據(jù)SpaceX提交給FCC的這份申請(qǐng)，SpaceX的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將被定名為The SpaceX non-geostationary orbit (“NGSO”) satellite system (the“SpaceX System”)。根據(jù)最新的消息，美國(guó)專利商標(biāo)局的申請(qǐng)文件披露了SpaceX正式遞交了衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡(luò)的商標(biāo)申請(qǐng)“Starlink”。

目前圍繞地球運(yùn)行的現(xiàn)役衛(wèi)星共有1400余顆，估計(jì)還有2600多顆衛(wèi)星已經(jīng)不再工作，只是漂浮在太空之中，加上這部分已經(jīng)退役的衛(wèi)星，人類已發(fā)射的衛(wèi)星總數(shù)約為4000多顆。也就是說，SpaceX計(jì)劃發(fā)射的通信衛(wèi)星數(shù)量將超過人類已發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)。

SpaceX的衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃分為兩步，首先向1150km軌道高度發(fā)射1600顆衛(wèi)星，然后再發(fā)射2825顆衛(wèi)星并將它們分別安置在1110km、1130km、1275km和1325km這四個(gè)軌道高度上。第一步發(fā)射的1600顆衛(wèi)星軌道傾角為53°，分布于32個(gè)軌道，每個(gè)軌道部署50顆衛(wèi)星。第二部發(fā)射的2825顆衛(wèi)星，其中1600顆的軌道高度為1110km，軌道傾角53.8°，分布于32個(gè)軌道，每個(gè)軌道部署50顆衛(wèi)星；其中400顆的軌道高度為1130km，軌道傾角74°，分布于8個(gè)軌道，每個(gè)軌道部署50顆衛(wèi)星；其中375顆的軌道高度為1275km，軌道傾角81°，分布于5個(gè)軌道，每個(gè)軌道部署75顆衛(wèi)星；其中450顆的軌道高度為1325km，軌道傾角70°，分布于6個(gè)軌道，每個(gè)軌道部署75顆衛(wèi)星。

按照1150km的軌道高度計(jì)算，每一顆衛(wèi)星大約可覆蓋半徑為1060km的區(qū)域，覆蓋面積大約為350萬平方公里。

SpaceX計(jì)劃發(fā)射的通信衛(wèi)星重量約為386公斤，規(guī)格為4m×1.8m×1.2m，相當(dāng)于一輛迷你Cooper汽車。每顆衛(wèi)星有兩塊太陽(yáng)能電池陣，每塊的面積為12㎡。

SpaceX的衛(wèi)星系統(tǒng)將主要被用于為全球個(gè)人用戶、商業(yè)用戶、機(jī)構(gòu)用戶、政府和專業(yè)用戶提供各種寬帶和通訊服務(wù)。SpaceX初期部署800顆衛(wèi)星上天后，SpaceX就能提供覆蓋全美和全球的寬帶服務(wù)。一旦經(jīng)過最終部署（Final Deployment）的徹底優(yōu)化，這個(gè)系統(tǒng)就能為全美和全球消費(fèi)者和商業(yè)用戶提供高帶寬（最高每用戶1Gbps）、低延時(shí)的寬帶服務(wù)。

為全球每一個(gè)用戶提供1Gbps的帶寬。據(jù)Akamai發(fā)布的《互聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)》報(bào)告稱，截至2015年底，全球互聯(lián)網(wǎng)平均速度為每用戶5.1Mbps，大約比SpaceX設(shè)定的目標(biāo)慢200倍，現(xiàn)在大多數(shù)網(wǎng)速較高的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的網(wǎng)速都是通過光纜和光纖連接實(shí)現(xiàn)的。

SpaceX衛(wèi)星系統(tǒng)中的每一顆衛(wèi)星能夠?yàn)橛脩魝兲峁┑南滦腥萘靠偤驮?7Gbps到23Gbps之間，具體數(shù)值取決于用戶終端配置。以平均值20Gbps來計(jì)算，首期部署（Initial Deployment）的1600顆衛(wèi)星將能夠提供32Tbps的總?cè)萘?。整個(gè)系統(tǒng)的部署時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)年，SpaceX將在部署過程中定期改善和升級(jí)衛(wèi)星，有可能進(jìn)一步提升單顆衛(wèi)星和整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的總?cè)萘俊?/p>

整個(gè)系統(tǒng)可利用相控陣技術(shù)來動(dòng)態(tài)控制資源池，專注于需要容量的用戶。衛(wèi)星之間以激光互連，這樣便于在軌道層面靈活規(guī)劃數(shù)據(jù)流。而且，衛(wèi)星集群可以保證頻譜能夠被不同衛(wèi)星更高效地再利用，從而增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的靈活性、容量和牢固性。

系統(tǒng)可以提供最高容量達(dá)每用戶1Gbps的寬帶服務(wù)。由于系統(tǒng)使用的是低軌道衛(wèi)星，因此可以將延時(shí)控制在25ms到35ms之間。

首批800顆衛(wèi)星部署完成后，系統(tǒng)就能為美國(guó)和全球提供寬帶連網(wǎng)服務(wù)；整個(gè)系統(tǒng)全部部署完成后，系統(tǒng)就可以進(jìn)一步增加容量并覆蓋赤道和兩極，達(dá)到真正的全球覆蓋。

在申請(qǐng)文件附帶的技術(shù)信息中，SpaceX公司表示，將利用800顆衛(wèi)星開始商業(yè)寬帶服務(wù)，在全球的覆蓋范圍是北緯15度到60度，南緯15度到60度。阿拉斯加的一些地區(qū)將被去除在外，因?yàn)槟抢镄枰狥CC臨時(shí)授權(quán)。最終，該網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星數(shù)量將增長(zhǎng)到4425顆，傳輸頻段在Ku和Ka之間。

SpaceX在設(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)時(shí)考慮了成本效率和可靠性。從設(shè)計(jì)和制造位于太空和地面的各種設(shè)備，到利用SpaceX的發(fā)射服務(wù)來發(fā)射衛(wèi)星和部署整個(gè)系統(tǒng)，到部署用戶終端以及最終用戶的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，SpaceX都考慮到了成本的因素和服務(wù)的可靠性。

SpaceX采用的相控陣用戶天線設(shè)計(jì)對(duì)用戶所用終端的要求很低，這些終端很容易安裝在墻面或屋頂，操作也很簡(jiǎn)單。這些衛(wèi)星可以運(yùn)行5到7年的時(shí)間，然后會(huì)在退役后的一年內(nèi)迅速衰竭。根據(jù)NASA的DAS軟件，SpaceX的衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行了離軌分析。

SpaceX的衛(wèi)星系統(tǒng)分別針對(duì)53°、53.8°、70°、74°和81°五種軌道的衛(wèi)星進(jìn)行了離軌鈍化分析，分析結(jié)果顯示SpaceX的衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星均可在退役后一年左右的時(shí)間再入鈍化。

早在2015年時(shí)，SpaceX就開始了相關(guān)的測(cè)試項(xiàng)目。SpaceX的衛(wèi)星系統(tǒng)將是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，除了制造發(fā)射衛(wèi)星，地面上還需要同步建設(shè)控制設(shè)施、網(wǎng)關(guān)地面站以及終端用戶地面站，建設(shè)初期美國(guó)本土就需要200個(gè)站，后面的數(shù)字應(yīng)該更加驚人。此外SpaceX還在申請(qǐng)V波段，如果獲得批準(zhǔn)將在更近地的距離（1070公里）再部署7500顆衛(wèi)星作為補(bǔ)充，以提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬并降低時(shí)延。

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SpaceX衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目

Starlink大事記

在西雅圖中心(Seattle Center)舉辦的一次私人聚會(huì)上，馬斯克向人們宣布了提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的計(jì)劃。隨后，馬斯克在接受《商業(yè)周刊》采訪時(shí)稱，推出這項(xiàng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)需要約100億美元資金。

當(dāng)月，SpaceX在華盛頓雷德蒙(Redmond)成立衛(wèi)星研發(fā)中心，致力于打造新的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。

SpaceX宣布，計(jì)劃在2016年發(fā)射兩顆原型衛(wèi)星。

SpaceX在加州爾灣市(Irvine)購(gòu)買了一處740平方米的創(chuàng)新空間，從事衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目研發(fā)工作，包括信號(hào)處理和射頻集成電路等。

原計(jì)劃發(fā)射兩顆衛(wèi)星原型，但由于設(shè)計(jì)上的變動(dòng)，發(fā)射工作被推遲。很明顯， SpaceX希望降低用戶上網(wǎng)設(shè)備的成本。

SpaceX向美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)提出申請(qǐng)，希望能發(fā)射4425顆衛(wèi)星，在高度從1110公里至1325公里的83個(gè)低地球軌道(LEO)面上運(yùn)行，采用Ka和Ku頻段。

SpaceX另外提交了在V波段進(jìn)行操作的申請(qǐng)，提出了一個(gè)額外的7500顆衛(wèi)星組網(wǎng)計(jì)劃，運(yùn)行高度更接近地球，降至335.9千米至345.6千米。相比之下，國(guó)際空間站(ISS)當(dāng)前的軌道高度是400千米。

SpaceX副總裁帕特麗夏·庫(kù)珀(Patricia Cooper)稱，SpaceX計(jì)劃將兩個(gè)原型衛(wèi)星送入地球軌道，第一顆計(jì)劃在2017年底之前，第二顆在2018年初。

此后，SpaceX會(huì)陸續(xù)發(fā)生更多實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。如果一切順利，SpaceX會(huì)在2019年啟動(dòng)正式的衛(wèi)星發(fā)射工作，直至2024年完成。

SpaceX向美國(guó)專利商標(biāo)局(USPTO)提交申請(qǐng)，希望將“Starlink”商標(biāo)用于“無線寬帶通信服務(wù)和高速無線上網(wǎng)服務(wù)“，也就是即將到來的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

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