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让4425颗卫星上天,马斯克将如何打造太空互联网?

自从 9 月初把小扎 2 亿美金的互联网卫星炸毁后,马斯克还没有再发射火箭。

除了调查爆炸原因,马斯克还琢磨出一个更大的计划来安慰小扎——由 4425 颗卫星所组成的太空互联网项目。

让4425颗卫星上天,马斯克将如何打造太空互联网?

其数目足足是当前在轨的卫星总数的三倍之多,该计划的规模「将超过人们迄今为止谈论的任何(卫星互联网)项目」。

事实上,马斯克早在 2015 年 1 月就提出了 700 颗卫星的最初设想,随后便向美国联邦通讯委员会(FCC)申请技术测试,他当时估计该项目大致需要五年的时间以及 100 亿美元的启动资金。

此次提交给 FCC 的则是一份正式的商业申请,这就意味着 SpaceX 向前迈进了一大步,该计划应该很快就能进入具体的实施阶段。

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这是一个什么样的卫星网络?

这个系统将主要被用于为全球个人用户、商业用户、机构用户、政府和专业用户提供各种宽带和通讯服务。

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SpaceX 将首先向一个轨道高度发射 1600 颗卫星,然后再发射 2825 颗卫星并将它们安置在不同轨道高度的 4 个壳层中:

首批800颗卫星上天后,SpaceX 就能提供覆盖全美和全球的宽带服务。一旦经过最终部署的彻底优化,这个系统就能为全美和全球消费者和商业用户提供高带宽(最高每用户1Gbps)、低延时(25ms到35ms之间)的宽带服务。

计划中的通信卫星,重约 386 公斤,尺寸 4m × 1.8m × 1.2m,运行轨道在 1150 公里到 1275 公里之间,工作寿命五至七年。

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卫星的具体特性如下:

高容量:SpaceX卫星系统中的每一颗卫星能够为用户们提供的下行容量总和在 17Gbps 到 23Gbps 之间,具体数值取决于用户终端配置。以平均值 20Gbps 来计算,首期部署(Initial Deployment)的 1600 颗卫星将能够提供32Tbps的总容量。整个系统的部署时间长达数年,SpaceX 将在部署过程中定期改善和升级卫星,有可能进一步提升单颗卫星和整个卫星系统的总容量。

高适应性:整个系统可利用相控阵技术来动态控制资源池,专注于需要容量的用户。卫星之间以光速互连,这样便于在轨道层面灵活规划数据流。而且,卫星集群可以保证频谱能够被不同卫星更高效地再利用,从而增强整个系统的灵活性、容量和牢固性。

宽带服务:系统可以提供最高容量达每用户1Gbps的宽带服务。由于系统使用的是低轨道卫星,因此可以将延时控制在 25ms 到 35ms 之间。

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全球覆盖:首批 800 颗卫星部署完成后,系统就能为美国和全球提供宽带连网服务;整个系统全部部署完成后,系统就可以进一步增加容量并覆盖赤道和两极,达到真正的全球覆盖。

低成本:SpaceX 在设计这个系统时考虑了成本效率和可靠性。从设计和制造位于太空和地面的各种设备,到利用 SpaceX 的发射服务来发射卫星和部署整个系统,到部署用户终端以及最终用户的收费标准,SpaceX 都考虑到了成本的因素和服务的可靠性。

易用性:SpaceX 采用的相控阵用户天线设计对用户所用终端的要求很低,这些终端很容易安装在墙面或屋顶,操作也很简单。

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据悉,首批 800 颗卫星将用于在美国(包括波多黎各和美属维尔京群岛)拓展互联网访问服务:

全面部署之后,SpaceX 的系统将覆盖地球表面的每个部分,原则上它可以提供无处不在的全球互联网服务。

火星计划需要该卫星网络吗?

一直以来,SpaceX 的目标都是火星。马斯克说过,他积累财富的目的就是为了火星计划,让人类成为一个跨行星物种。

但马斯克也承认,真正移民火星,还是需要大量的资金支持的。而他短期的目标只能是「利用我们现有的资源来取得尽可能多的进展」,并继续前进。

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简单对比一下你就清楚了,马斯克做出电动汽车时的融资是不超过 20 亿美元的,而阿波罗登月计划的资金投入是 200 亿美元,换算成现在的价值则高达 2050 亿美元……

你可以想象一下大规模移民火星所需要的资金支持。

而对这方面的融资,他也没能给出什么具体的构想。马斯克是认为,仅仅证明火星计划切实可行,就能激起很多人的兴趣。而这种兴趣随着时间的推移,将会给项目融资带来「滚雪球」般的效果。

但 SpaceX 作为一家盈利性的机构,要实施一项如此庞大的火星移民计划,没有地方来钱支撑他们肯定是活不下去的。当前的运载火箭发射,也许足够 SpaceX 的日常运营和技术研发之用,但 SpaceX 想要稳步发展还是要有一种规模化的太空经济来做支撑。

让4425颗卫星上天,马斯克将如何打造太空互联网?

对于规模化的经济来说,太空旅行就太过于小打小闹了,而小行星采矿则太过于遥远了——唯有提供给地面上所有人类的整套服务,才足以形成这样的规模化经济。考虑到地球上还有 40 多亿人无法上网,在地球轨道上为整个人类提供一套完整的太空互联网服务,确也有一定的道理可言。

基于该卫星网络来进行火星通讯?

今年 4 月的时候,SpaceX 宣布与 NASA 合作,将在 2018 年用重型猎鹰火箭运送一艘红龙飞船(Red Dragon)前往火星,以验证火星登陆相关的技术。

但 SpaceX 仅负责火箭和飞船的部分,而飞船登陆火星、太空政策以及飞船与地球之间的通讯都需要 NASA 的技术支持。

让4425颗卫星上天,马斯克将如何打造太空互联网?

因为 NASA 的深空网络,是目前地球上可用于行星际飞行的最大、最敏感的无线电通讯及射电天文学观测网络。其核心的三处呈 120 度分布的深空通信设施,分别位于美国加州的莫哈维沙漠、西班牙的马德里以及澳大利亚的堪培拉,从而在地球的自转的过程中能连续观察。

相比于 NASA 目前在太阳系内所进行的无人探测任务,将来 SpaceX 移民火星的密集载人任务对于通讯效率与可靠性的要求,绝对要高上几个数量级。

让4425颗卫星上天,马斯克将如何打造太空互联网?

那么,将来的这套「地球—火星」通讯网络,与其等 NASA 慢慢去改造它那老旧的系统,确实不如马斯克从头开始来搭建一套自有的深空通讯网络。

Geek君有话说

从「火星计划」的角度加以理解,马斯克的卫星网络就不仅仅是吸引眼球的话题了,而是必然要去做、必须要做好的问题。

通过在地球轨道重建互联网,把互联网的规模化经济从地面转移到太空,自然就能形成一个规模化的太空经济,从而转化出资金来支撑火星计划的稳步推进。

让4425颗卫星上天,马斯克将如何打造太空互联网?

而构建该卫星网络所累积起来的通讯和观测技术,正好可用于发展新的「地球—火星」深空通讯系统,以更好地适应移民火星时的密集载人任务。

极客君想到这里的时候,马斯克已经把里面的事情都做出来了。依据最基本的原理,他拆解问题并重新推理和组合出最佳答案的能力,确实让人叹为观止。

恐怕也只有这样的头脑,才能构想出切实可行的火星计划。

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