4月27日，天文愛好者們注意到，一串因反射太陽光而發(fā)光的衛(wèi)星在當(dāng)晚8點37分從西北方升起，劃過北京夜空;5月1日晚，這批衛(wèi)星過境廈門，40顆肉眼可見的衛(wèi)星一字排開……2019年開始，美國SpaceX公司通過一次火箭發(fā)射搭載60個衛(wèi)星的方式將幾批“星鏈”(Starlink)衛(wèi)星送入太空。此后，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這些衛(wèi)星像一列火車一樣經(jīng)過世界各地上空。
這是“硅谷鋼鐵俠”伊隆·馬斯克的又一大手筆。這位特斯拉汽車的創(chuàng)辦者頻頻撼動人們的認(rèn)知，他對未來生活方式的設(shè)想涉及交通、能源、支付、腦機接口等眾多領(lǐng)域，但航天無疑是其中最有野心的布局。
馬斯克于2002年成立的商業(yè)航天公司SpaceX，用六年時間成功發(fā)射火箭，用不到16年的時間，造出了世界現(xiàn)役運載能力最強且可以回收的火箭。未來，他計劃建造巨型火箭，可以將人類送往火星——但在那之前，他想利用火箭做另一件事：覆蓋全球的網(wǎng)絡(luò)和通訊信號。
衛(wèi)星通信：網(wǎng)絡(luò)覆蓋無死角
2018年2月22日，在美國加州范登堡空軍基地，SpaceX成功發(fā)射了一枚“獵鷹9號”火箭，并將兩顆小型實驗通信衛(wèi)星送入軌道——這是馬斯克雄心勃勃的全球互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星部署計劃——“星鏈”項目的起步。
每顆星鏈衛(wèi)星重227千克，大小和一輛小汽車差不多，由板狀的衛(wèi)星本體和一面可折疊的太陽能板組成，每顆衛(wèi)星上搭載了4面相控陣天線用來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。低軌衛(wèi)星通信的優(yōu)勢是快。一方面，星鏈的信號傳播速度接近真空中每秒30萬公里的光速，而光信號在光纖中的傳播速度為每秒20萬公里，與此同時，星鏈不用像遠(yuǎn)距離光纖通信那樣，靠一段一段接起來，而是直接點對點，因此即便考慮空地往返，這種通信手段也更高效。
2019年5月，星鏈第一批發(fā)射的60顆衛(wèi)星進(jìn)入550千米的近地軌道，之后又分別于2019年11月和2020年1月進(jìn)行了第二次和第三次發(fā)射……到了2020年4月22日，“獵鷹9號”火箭從佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心基地發(fā)射，將第7批的60顆衛(wèi)星送上了太空。至此，包含前述兩顆實驗衛(wèi)星在內(nèi)，星鏈計劃已經(jīng)發(fā)射了422顆衛(wèi)星。
按照馬斯克給出的最新時間表，他決定在420顆衛(wèi)星完成之際，就推出衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)實測——目前，他們正在北美地區(qū)和加拿大利用這些衛(wèi)星進(jìn)行一些私人網(wǎng)絡(luò)測試，更大規(guī)模的公眾測試將在2020年11月展開。根據(jù)SpaceX去年的計劃，2020年，星鏈衛(wèi)星將至少發(fā)射9次，最多可能達(dá)到24次，也就是差不多每兩周發(fā)射一次。
根據(jù)SpaceX向美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)提交的文件，“星鏈”計劃將在2027年之前部署1.2萬顆衛(wèi)星，分三層坐落在近地軌道中——7500顆、1584顆、2825顆衛(wèi)星分別位于距地面340千米、550千米和1150千米的軌道上。2019年10月，SpaceX提交了新一批衛(wèi)星的頻率申請，計劃再增加3萬顆衛(wèi)星運行在328~580千米之間，使得總衛(wèi)星數(shù)達(dá)到4.2萬顆。
馬斯克允諾的是一個具有誘惑力的目標(biāo)：星鏈計劃將通過大量低軌衛(wèi)星對全球的完整覆蓋，屆時，無論是在人跡罕至的山川冰河，還是茫茫大海，都能接收到高通量、低延時的互聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)信號。在網(wǎng)速方面，星鏈提供的是至少1Gbps/秒的寬帶服務(wù)——這個速度是目前家庭寬帶的30多倍，和最高可達(dá)23Gbps/秒的超高速寬帶網(wǎng)絡(luò)。到時候，消費者只需要購買SpaceX的終端設(shè)備，每個月花費幾十美元，就可享受這一網(wǎng)絡(luò)。
青年航天學(xué)者毛新愿目前從事低軌衛(wèi)星精密定軌和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等領(lǐng)域的博士后研究。他告訴《中國新聞周刊》，現(xiàn)在城市居民花費很少的錢就可享受便捷且快速的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，所以這類通信衛(wèi)星不會沖擊現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)和4G/5G等基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，而是彌補傳統(tǒng)通信方式無法覆蓋到的地方，比如大洋上的貨運船、天空中的客機、南北極科考站等特殊位置。
美國《麻省理工科技評論》近日發(fā)布的2020年十大突破性技術(shù)中，大型衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)占據(jù)了其中一席。這個領(lǐng)域的主要玩家包括SpaceX、OneWeb、亞馬遜和Telesat等科技企業(yè)。該期刊認(rèn)為，2020年大規(guī)模衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的影響，將在今年凸顯出來。與此同時，天文學(xué)家和關(guān)注太空交通管制的專家們對這些龐大的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)負(fù)面影響的擔(dān)憂和抱怨可能會越來越強烈。
致力于“不破產(chǎn)”
2015年初，兩名太空企業(yè)家在同一周先后宣布了進(jìn)軍衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)：一個是伊隆·馬斯克，另一位是英國維珍集團董事長理查德·布蘭森，他投資的項目便是后來成為星鏈勁敵的OneWeb。
《麻省理工科技評論》認(rèn)為，與過去以展示國家實力和聲望為動機不同，如今，實用主義正在驅(qū)動太空領(lǐng)域的發(fā)展。據(jù)美國商務(wù)部估計，太空市場的價值已達(dá)3250億美元，20年后可能會超過1.5萬億美元。以“星鏈”項目為標(biāo)志的通訊基礎(chǔ)設(shè)施、太空旅游、太空采礦等許多其他服務(wù)都有潛在的巨大利潤。
衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)賽道上，一個重要的應(yīng)用場景是通信。傳統(tǒng)衛(wèi)星信號最大的問題是延遲，這是因為大部分通信衛(wèi)星都在距離地球赤道35786公里的“地球靜止軌道”上，這段距離足以造成超過半秒的延遲。
“高軌道衛(wèi)星離地球太遠(yuǎn)，因而到達(dá)地面時信號很弱，高帶寬數(shù)據(jù)如上因特網(wǎng)或者看視頻時，需要一個至少3米大的地面天線來接收信號。”哈佛大學(xué)天體物理學(xué)家喬納森·麥克道爾告訴《中國新聞周刊》。
毛新愿則解釋說，高軌衛(wèi)星、尤其是地球靜止軌道通訊衛(wèi)星，還存在諸多壁壘。一方面，這些衛(wèi)星重達(dá)幾噸，技術(shù)含量高而且非常昂貴，因此存在很高的技術(shù)門檻，另一方面，這些軌道是人類航天最寶貴的軌道，對于部署衛(wèi)星數(shù)量會進(jìn)行嚴(yán)格限制，分布過密的衛(wèi)星也會干擾信號。
在這種情況下，衛(wèi)星數(shù)量多、信號強度高的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)就成了近年航天領(lǐng)域的熱門。毛新愿說，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)具有很高的商業(yè)價值，除了用于通信，還可以參與導(dǎo)航定位，通過輔助北斗系統(tǒng)這類高軌衛(wèi)星來提高定位精度，同時，還可以在載人航天、各類勘探、氣象研究、遙感等科學(xué)類項目中發(fā)揮作用。但因為一個近地軌道衛(wèi)星只能負(fù)責(zé)地球一小部分的通信，所以要實現(xiàn)全球覆蓋，需要很多衛(wèi)星。
早在1990年代，就有企業(yè)開始涉足太空互聯(lián)網(wǎng)項目。美國曾經(jīng)的通信巨頭摩托羅拉公司于1987年提出了“銥星計劃”，曾發(fā)射了66顆衛(wèi)星。
毛新愿說，1990年代，火箭發(fā)射一次大約是3000萬美元，但發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量只有幾顆，完全不同于現(xiàn)在一次搭載60顆衛(wèi)星的做法。在這種高昂的成本下，為了維持運營，銥星收費遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于預(yù)期，用戶數(shù)量隨之急劇下降，最后項目破產(chǎn)。同一時期，由比爾·蓋茨支持的Teledesic項目也在成本飆升和投資者資金枯竭后，于2002年申請破產(chǎn)保護(hù)，當(dāng)時Teledesic只發(fā)射了一顆衛(wèi)星。
而現(xiàn)在，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項目的成本正在隨著量產(chǎn)、可回收火箭等技術(shù)改進(jìn)不斷下降。毛新愿算了一筆賬。按SpaceX此前說的每顆衛(wèi)星100萬美元的制造成本，隨著量產(chǎn)，一顆衛(wèi)星成本50萬~100萬美元;最昂貴的成本來自發(fā)射，但由于SpaceX使用自己制造的火箭，且可復(fù)用，因此一次發(fā)射60顆衛(wèi)星的總費用約3000萬美元，再加上發(fā)射場地、配套設(shè)施等等，他認(rèn)為他們目前發(fā)射一顆衛(wèi)星的平均成本在150萬~200萬美元之間。
但直到現(xiàn)在，這依然是一個殘酷的商業(yè)領(lǐng)域。今年3月末，因和軟銀之間20億美元資金的談判破裂，OneWeb申請破產(chǎn)，當(dāng)時，該項目的在軌衛(wèi)星已有74顆。
“猜猜有多少低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)沒有破產(chǎn)?零。”今年3月，在一次會議上，馬斯克開玩笑說，鑒于那些破產(chǎn)項目的前車之鑒，SpaceX眼下正致力于“不破產(chǎn)”。
SpaceX總裁兼首席運營官格溫·肖特韋爾曾于2018年的一次訪談中透露，星鏈項目的總成本約為100億美元。根據(jù)著名投資公司摩根·斯坦利估算，再多增加3萬顆衛(wèi)星可能將會花費SpaceX600億美元。
這筆資金如何籌措是個難題。據(jù)美國《華爾街日報》今年3月報道，F(xiàn)CC撥出160億美元的基金，用于在未來10年內(nèi)改善農(nóng)村地區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。SpaceX希望申請到這筆資金，然而，競標(biāo)者們認(rèn)為把資金給SpaceX是一場賭博，一位前FCC官員則表示：我們不允許人們用公共資金投機。
星鏈“礙眼”
2019年5月，當(dāng)星鏈計劃的第一批60顆衛(wèi)星發(fā)射時，就引發(fā)了一場商業(yè)倫理的討論：一家公司單方面地改變了天空的模樣，以及可能帶來光污染、太空垃圾等實際影響。
根據(jù)聯(lián)合國衛(wèi)星登記網(wǎng)站的最新數(shù)據(jù)顯示，目前仍在軌的人造衛(wèi)星有2000顆左右，即使星鏈按照此前1.2萬顆衛(wèi)星的計劃，也會將這一數(shù)字增加6倍。而在同類項目中，“星鏈”并非唯一參與者。如此繁多的衛(wèi)星正在爭奪天然星空，在天文學(xué)界引發(fā)了不少批評。
一個常被引用的例子是，在智利落成的一個價值4.66億美元、8米寬口徑且配有32億像素照相機的大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡，本來旨在本世紀(jì)20年代快速掃描天空。但隨著星鏈衛(wèi)星群的組建，許多用這臺望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖像都被其“污染”，長時間曝光拍攝的照片中更是可能包含數(shù)十條衛(wèi)星移動軌跡條紋。該大型巡天望遠(yuǎn)鏡對未來4.2萬顆星鏈衛(wèi)星對觀測的影響進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)30%的圖像中將至少包含一條衛(wèi)星軌跡。
SpaceX對此也給出了一些解決方案。今年1月6日，SpaceX發(fā)射了一顆“暗星”，通過將衛(wèi)星表面涂黑來試驗對亮度的降低效果，但該措施仍不滿足專業(yè)天文臺的要求。SpaceX的工程師還提出可以給每個衛(wèi)星配備一個遮陽傘的想法，以防止反射太陽光，不過目前還未驗證。在4月向FCC提交的文件中，SpaceX透露正在研究新的降低衛(wèi)星亮度的方法，并將在未來幾個月中進(jìn)行測試，此外，該公司將提供衛(wèi)星跟蹤數(shù)據(jù)，以便天文學(xué)家可以更好地協(xié)調(diào)觀測活動。
意大利都靈天體物理天文臺的天文學(xué)家羅納德·德雷梅爾在回復(fù)《中國新聞周刊》的郵件中指出，如果衛(wèi)星隱形得足夠好，以至于無法被肉眼捕捉到，這將是一個巨大的改進(jìn)，因為這可以使衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)更容易處理，并且保護(hù)地球人仰望一覽無余的夜空的愿望。然而，如何在實際和政治層面上解決這個問題上，各方還沒有達(dá)成一致意見。
太空垃圾是另一個擔(dān)憂。SpaceX表示，每顆星鏈衛(wèi)星都將能夠追蹤在軌碎片并自動規(guī)避碰撞，并在到達(dá)壽命后自動脫離軌道，推向大氣中燃燒殆盡。不過，中科院國家天文臺研究員茍利軍等人近日撰文指出，如果這些衛(wèi)星在軌道上受到損壞或者未能成功分散開，它們?nèi)耘f會構(gòu)成嚴(yán)重問題。在2019年5月發(fā)射的第一批星鏈中，就有3顆衛(wèi)星失去了聯(lián)系，無法進(jìn)行主動控制，從而形成了太空垃圾。
國際天文學(xué)聯(lián)合會(IAU)2019年6月發(fā)布聲明，表達(dá)了對這類項目可能會破壞自然天空以及干擾射電天文學(xué)頻率的擔(dān)憂，在聲明中，該協(xié)會將這一太空前沿領(lǐng)域描述為“新的、且基本上不受管制的。”
多位受訪專家認(rèn)為，由于沒有人想過衛(wèi)星發(fā)射的數(shù)量會增長得如此快，因此監(jiān)管尚未跟上這個新生的領(lǐng)域。羅納德·德雷梅爾直言，就對天空可見的影響來看，這類項目的監(jiān)管完全缺位。他認(rèn)為， SpaceX之所以步調(diào)邁得如此快，部分原因就在于利用當(dāng)前的監(jiān)管真空，在規(guī)則出現(xiàn)之前，最大程度地抓住機會。
另一個問題是，通信衛(wèi)星項目需要如此龐大嗎?OneWeb創(chuàng)始人格雷格·韋勒認(rèn)為，發(fā)射比實際所需衛(wèi)星更多的唯一原因是為了炫耀。“衛(wèi)星的數(shù)量成就一家公司。從公眾和籌資的角度來看，多即是好。”(記者 彭丹妮)
