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

故事要從1984年誕生的一部手機說起，DynaTAC 8000X，摩托羅拉生產的第一款手機，也是世界上最早的手機。這樣一部重達1kg的“板磚”，耗費了摩托羅拉公司1億美金的研發(fā)經費和10年的漫長時光。就是這樣一部充電10小時通話30分鐘的手機，當時的售價高達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小島上度假，由于沒有電話，作為地產商的妻子錯失了很多商業(yè)機會，于是說到如果不論身處地球的任何一個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能支持全球移動通信的龐大計劃。

1987年，摩托羅拉公司正式發(fā)布銥星計劃。

銥衛(wèi)星（Iridium）是由圍繞地球一共66個運作中的通信衛(wèi)星組成。這個系統(tǒng)原先規(guī)劃77個通信衛(wèi)星，所以用原子序為77的銥來命名。隨著進一步的論證，雖然最后削減至66個衛(wèi)星，但是因為原子序66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音及數(shù)據通訊。

銥星系統(tǒng)從1990年代開始構思，于1998年11月1日開始服務。但由于當時市場上并沒有足夠的需求，因此于1999年進行破產重組。銥星——這樣一個當時通信業(yè)理想主義的巔峰之作，沒有跟上時代的步伐，無法和同時興起的低成本、高普及率的地面移動通信系統(tǒng)爭奪市場占有率，其可征服的市場被擠壓得過于狹小，再者銥星是完全為語音通信設計的，沒有預見到互聯(lián)網的爆炸式發(fā)展。經歷了諸多波折，2001年3月銥星恢復了業(yè)務，并于2001年6月開始提供速度為 2.4kbps 的互聯(lián)網連接服務。

銥星公司目前正在開發(fā)第二代銥星系統(tǒng)，預計在 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型，主要是做了能力升級與一些新業(yè)務的拓展。Iridium Next 的前70顆衛(wèi)星計劃由 SpaceX 在 2015 年至 2017 年之間，通過 7 次 Falcon 9 火箭發(fā)射，發(fā)射合同總價值 4.92 億美元。最后兩顆衛(wèi)星將分別單獨發(fā)射。

目前，SpaceX已完成3次發(fā)射，將30顆衛(wèi)星送入預定軌道。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)調時2017年12月23日01時26分從美國范登堡空軍基地發(fā)射。短短一年時間，星座構建任務將完成大半，這樣的效率不得不讓人對第二代銥星系統(tǒng)的未來浮想聯(lián)翩。作為第一個全球覆蓋的衛(wèi)星移動通信網絡，銥星開一代風氣之先，既是一個偉大的設想，也是一個偉大的創(chuàng)舉，有人曾說銥星是通訊行業(yè)的解放，隨著互聯(lián)網浪潮滾滾向前，或許在不遠的將來全球衛(wèi)星互聯(lián)網計劃將帶來互聯(lián)網的解放。

截至2017年6月，全球互聯(lián)網普及率為51.7%，意味著全球仍有一半的人口未實現(xiàn)互聯(lián)網連接。這個龐大的數(shù)字對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等科技巨頭已經有了各自的行動計劃和試點項目。

Facebook從2013年開始就在推行http://Internet.org項目，以期加強偏遠地區(qū)的網絡覆蓋，實現(xiàn)全球三分之二的無線覆蓋率，并在2014年收購英國航空公司Ascenta，為無人機制造以及激光通信做足準備工作。Facebook希望能在天空部署10000架Aquila太陽能激光通信無人機，環(huán)繞整個地球飛行，將網絡熱點覆蓋到每一個地區(qū)。

OneWeb計劃建造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)網連接。OneWeb將720顆衛(wèi)星布置在18個軌道面上，每個軌道面上每隔9度部署一顆衛(wèi)星。

OneWeb衛(wèi)星屬于微衛(wèi)星，只有150kg重，大小也和一臺小型的冰箱相差無幾。總共將生產900顆，除了部署的720顆，還有備用星。每顆衛(wèi)星設計了16個Ku用戶波束，從而實現(xiàn)了對全球的無縫覆蓋，使得不論何時身處何處，都能接收到OneWeb衛(wèi)星提供的無線信號。

谷歌選擇在高空部署熱氣球對地面進行網絡覆蓋。在距離地面20公里的平流層，谷歌氣球隨氣流運動，采用太陽能面板進行供電，比我們日常乘坐的飛機飛得還要高。谷歌氣球下部懸掛有射頻信號收發(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，再通過地面基站為人們提供無線網絡連接。

SpaceX低軌星座概況：

除了有殖民火星的遠大夢想以外，Elon Musk的SpaceX還有一個似乎更加實際的目標，到2019年開始運營寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網。SpaceX負責衛(wèi)星政府事務的副總裁Patricia Cooper在出席美國參議院商業(yè)、科學與技術委員會聽證時表示，公司將利用自己的獵鷹9號可回收火箭，在2019年到2024年的6年時間內分別將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)網服務。

2016年11月15日SpaceX向美國聯(lián)邦通訊委員會（FCC）提交了一份申請，計劃發(fā)射共計4425顆通信衛(wèi)星，并且準備在華盛頓州雷蒙德對衛(wèi)星通信系統(tǒng)展開地面測試。

根據SpaceX提交給FCC的這份申請，SpaceX的衛(wèi)星網絡將被定名為The SpaceX non-geostationary orbit (“NGSO”) satellite system (the“SpaceX System”)。根據最新的消息，美國專利商標局的申請文件披露了SpaceX正式遞交了衛(wèi)星通訊網絡的商標申請“Starlink”。

目前圍繞地球運行的現(xiàn)役衛(wèi)星共有1400余顆，估計還有2600多顆衛(wèi)星已經不再工作，只是漂浮在太空之中，加上這部分已經退役的衛(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個軌道，每個軌道部署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個軌道，每個軌道部署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個軌道，每個軌道部署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個軌道，每個軌道部署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個軌道，每個軌道部署75顆衛(wèi)星。

按照1150km的軌道高度計算，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，相當于一輛迷你Cooper汽車。每顆衛(wèi)星有兩塊太陽能電池陣，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人用戶、商業(yè)用戶、機構用戶、政府和專業(yè)用戶提供各種寬帶和通訊服務。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。一旦經過最終部署（Final Deployment）的徹底優(yōu)化，這個系統(tǒng)就能為全美和全球消費者和商業(yè)用戶提供高帶寬（最高每用戶1Gbps）、低延時的寬帶服務。

為全球每一個用戶提供1Gbps的帶寬。據Akamai發(fā)布的《互聯(lián)網狀態(tài)》報告稱，截至2015年底，全球互聯(lián)網平均速度為每用戶5.1Mbps，大約比SpaceX設定的目標慢200倍，現(xiàn)在大多數(shù)網速較高的互聯(lián)網服務的網速都是通過光纜和光纖連接實現(xiàn)的。

SpaceX衛(wèi)星系統(tǒng)中的每一顆衛(wèi)星能夠為用戶們提供的下行容量總和在17Gbps到23Gbps之間，具體數(shù)值取決于用戶終端配置。以平均值20Gbps來計算，首期部署（Initial Deployment）的1600顆衛(wèi)星將能夠提供32Tbps的總容量。整個系統(tǒng)的部署時間長達數(shù)年，SpaceX將在部署過程中定期改善和升級衛(wèi)星，有可能進一步提升單顆衛(wèi)星和整個衛(wèi)星系統(tǒng)的總容量。

整個系統(tǒng)可利用相控陣技術來動態(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，從而增強整個系統(tǒng)的靈活性、容量和牢固性。

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

首批800顆衛(wèi)星部署完成后，系統(tǒng)就能為美國和全球提供寬帶連網服務；整個系統(tǒng)全部部署完成后，系統(tǒng)就可以進一步增加容量并覆蓋赤道和兩極，達到真正的全球覆蓋。

在申請文件附帶的技術信息中，SpaceX公司表示，將利用800顆衛(wèi)星開始商業(yè)寬帶服務，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，因為那里需要FCC臨時授權。最終，該網絡的衛(wèi)星數(shù)量將增長到4425顆，傳輸頻段在Ku和Ka之間。

SpaceX在設計這個系統(tǒng)時考慮了成本效率和可靠性。從設計和制造位于太空和地面的各種設備，到利用SpaceX的發(fā)射服務來發(fā)射衛(wèi)星和部署整個系統(tǒng)，到部署用戶終端以及最終用戶的收費標準，SpaceX都考慮到了成本的因素和服務的可靠性。

SpaceX采用的相控陣用戶天線設計對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，操作也很簡單。這些衛(wèi)星可以運行5到7年的時間，然后會在退役后的一年內迅速衰竭。根據NASA的DAS軟件，SpaceX的衛(wèi)星系統(tǒng)進行了離軌分析。

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

早在2015年時，SpaceX就開始了相關的測試項目。SpaceX的衛(wèi)星系統(tǒng)將是一個龐大的系統(tǒng)工程，除了制造發(fā)射衛(wèi)星，地面上還需要同步建設控制設施、網關地面站以及終端用戶地面站，建設初期美國本土就需要200個站，后面的數(shù)字應該更加驚人。此外SpaceX還在申請V波段，如果獲得批準將在更近地的距離（1070公里）再部署7500顆衛(wèi)星作為補充，以提高整個網絡的帶寬并降低時延。

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SpaceX衛(wèi)星互聯(lián)網項目

Starlink大事記

在西雅圖中心(Seattle Center)舉辦的一次私人聚會上，馬斯克向人們宣布了提供衛(wèi)星互聯(lián)網服務的計劃。隨后，馬斯克在接受《商業(yè)周刊》采訪時稱，推出這項衛(wèi)星互聯(lián)網服務需要約100億美元資金。

當月，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)星通信網絡。

SpaceX宣布，計劃在2016年發(fā)射兩顆原型衛(wèi)星。

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

原計劃發(fā)射兩顆衛(wèi)星原型，但由于設計上的變動，發(fā)射工作被推遲。很明顯， SpaceX希望降低用戶上網設備的成本。

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

SpaceX另外提交了在V波段進行操作的申請，提出了一個額外的7500顆衛(wèi)星組網計劃，運行高度更接近地球，降至335.9千米至345.6千米。相比之下，國際空間站(ISS)當前的軌道高度是400千米。

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

此后，SpaceX會陸續(xù)發(fā)生更多實驗衛(wèi)星。如果一切順利，SpaceX會在2019年啟動正式的衛(wèi)星發(fā)射工作，直至2024年完成。

SpaceX向美國專利商標局(USPTO)提交申請，希望將“Starlink”商標用于“無線寬帶通信服務和高速無線上網服務“，也就是即將到來的衛(wèi)星互聯(lián)網服務。

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