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马斯克的星链卫星互联网是什么鬼 - 原理和应用

科学百姓 姜涛 2020.6.6

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马斯克推特发布的照片:2020年1月猎鹰9号的鼻锥中一次火箭投放的60颗卫星。

马斯克的星链卫星互联网简要:

1. 在500-1200公里左右的低空发射数千到数万颗卫星(相比较,现有的用于互联网服务的卫星的高度是35000公里高)。

2. 卫星为居民家庭和公司提供宽带上网服务,不是为用户提供 WiFi 无线上网服务。

3. 每颗卫星跟4颗其它卫星用激光连接,构成全球的激光互联网通信网络,取代地面和大洋底的光纤电缆。

4. 卫星和地面用户的联系通过一个类似机顶盒的接收器来实现;用户的计算机、手机等设备则通过家里或办公室的有线或无线 WiFi 网络连接到星链公司提供的接收器。

5. 接收器的价格可能是200美元左右,上网服务费可能每月80美元。

以下是编译的详细介绍。原始文献见附在文后的参考资料链接。


这是太空竞赛,但与50年代不同,这次竞赛的目标是将包括农村地区在内的世界与互联网连接起来。埃隆·马斯克(Elon Musk)的星链(StarLink)项目旨在为美国和世界上服务不足的地区带来经济实惠的快速互联网。

联邦通信委员会(FCC)2016年的报告发现,62%的美国人在享有 “固定的先进通讯能力(即稳定联通的高速互联网服务)” 上只有一个选择。如果只是考量农村地区时,只有一家互联网服务提供商可供选择的美国人比例上升至87%。

太空X总裁兼首席运营官肖特韦尔(Gwynne Shotwell)表示,虽然现有的互联网服务提供商正在改善,但它们仍很难到达农村地区。但是 “星链 . . .将覆盖全球各地。”

但是太空X和星链将如何为美国农村提供更好、更快、更便宜的互联网连接方式呢?在我们等待试用这项服务的时候,一些细节仍然是模糊不清的,但以下是我们目前所知道的关于星链卫星互联网的情况。

星链互联网的运行原理是什么?

为减少信号延迟,星链卫星将比通常的卫星更靠近地球。星链的卫星之间使用激光传输来提高互联网速度。

目前,由于基础设施的巨大成本,农村地区在获得互联网接入方面面临挑战。这意味着挖沟、铺设电缆或光纤,甚至处理产权纠纷的成本。

星链的卫星将把互联网信号直接传送到地面的网关或用户终端。这意味着,将互联网信号传送到农村家庭所需的基础设施比常规电缆要少得多。

星链卫星互联网将更快

每颗星链卫星将使用激光与其他四颗卫星连接。这意味着它们将以接近光速的速度在全球范围内传输数据,这种速度只有光纤互联网才能接近。

星链互联网的速度有多快?

美国空军和星链之间的一个名为 “全球闪电” 的初始合作测试中,星链的下载速度达到了每秒610 兆比特(即6.1亿个二进制字符,相当于每秒传输约3千5百万个中文字)

全球闪电计划始于2018年初,在一架C-12运输机飞行期间,利用两颗星链卫星向飞机里的互联网终端发送信息。

星链卫星互联网的信号延迟将减少

这里说的信号延迟,指的是指你的电子信号从你的计算机传输到你的互联网提供商的设施,然后再到你要访问的网站服务器,然后再回到你的计算机整个路程需要的时间。

现有的卫星互联网的卫星在 3万6千公里高空,使用现有的卫星提供的互联网服务,意味着你的计算机的信号先要旅行3.6万公里到达卫星,然后再旅行3.6万公里从卫星连接到你要访问的网站服务器,然后再从网站服务器通过卫星原路回到你的计算机。你可以打赌这需要一分钟的时间,这就是为什么卫星互联网的延迟通常在500到600毫秒(ms)之间。

但星链卫星将位于地球表面只有500公里的上空(4)这比其他卫星要近得多,这意味着你的互联网信号到星链卫星的距离要小得多。

这意味着什么更少的延迟。

有多少颗星链卫星在轨道上?

目前在轨道上运行的星链卫星只有422颗,星链希望能建立一个一个由42000颗卫星组成的大星座。

这意味着星链已经达到马斯克说的 “小范围” 的互联网服务需要的400颗卫星,这是朝着太空X希望最终发射的42000颗卫星迈出了一小步。

太空X公司希望重新使用有效载荷整流罩

太空X的总裁提到,公司正在研究一种方法来重复使用太空X火箭的有效载荷整流罩或鼻锥。这不仅可以降低成本,还可以减少将星链卫星送入太空所需的材料数量。

星链卫星互联网将使用什么设备?

用户将通过一个地面终端接收器或一个比萨饼盒大小的网关连接到星链卫星。

每颗卫星大约和办公桌一样大,重量接近500斤,这意味着2020年1月的 “猎鹰9号” 将30000斤的卫星送入太空!

星链依靠地面终端接收器或星链的网关将互联网带入您的家庭。马斯克说,它们看起来像一个 “中小型披萨饼”,网友将这些终端和网关称为“披萨盒”。

每个终端的费用预计在100美元到300美元之间,但不清楚谁会支付这笔费用,也不清楚是否会有每月租金而不是预付款。

你什么时候能得享受星链卫星互联网上网服务?

最早在2020年年中投放星链卫星互联网服务,每月费用约80美元。

太空X的总裁说,我们可以预计到2020年年中,星链的互联网服务将向美国人开放

如果要确定其目标发布日期,太空X需要发射六到八批卫星(它刚刚发射了第四批),并完成用户终端的设计和工程制造。

除了将卫星送入轨道并完成披萨饼终端设计外,太空X还必须提交请求,并获得美国联邦通信委员会(FCC)和联合国国际电信联盟(ITU)对其星链计划的批准。这不是一件容易的事,但我们祝愿能成。

星链互联网要多少钱?

我们之前提到,马斯克之前说用户终端的成本是100-300美元,我们有理由相信星链卫星互联网每月的成本大约在80美元左右。

怎么得到这些数字的?用户终端的100-300美元成本来自马斯克在2015年回赠的一篇演讲,而每月80美元的成本则来自太空X总裁肖特威尔在接受CNN采访时发表的一篇评论:“有人每月为糟糕的互联网服务支付不到80美元吗?不。这就是为什么我们会成功。”

相比之下,Viasat的卫星互联网计划是每月30至150美元,下载速度为12到100兆,而HughesNet的计划是每月60至150美元,下载速度为25兆。

星链在哪里可用?

太空X的第一个目标是将快速的卫星互联网带到美国和加拿大的农村地区。之后,马斯克和他的公司希望将服务扩展到世界其他地区。

要实现全球互联网连接,太空X需要再发射2800颗卫星,但要在离地球1200公里左右的高空发射。

如何注册成为星链

现在还没有办法注册成为一个测试星链试用客户。

但我们离真正的服务开始日期越来越近,因为美国空军正在其全球闪电计划中测试星链互联网服务,而马斯克自己也在自己家里测试星链互联网。

马斯克用目前在轨的星链卫星在太空中发了一条推特。

参考资料链接

1. SpaceX Starlink Satellite Internet Update 2020. review.org, 2020.05

2. SpaceX Satellite Internet: What You Need to Know about Starlink. Satellite Internet, 2020.05

3. How Starlink’s Satellite Internet Stacks Up Against HughesNet and Viasat around the Globe. SpeedTest 网站, 2021.08

4. How many internet users can one SpaceX Starlink satellite support at once?. Quora, 2021.12