太空WiFi就要來(lái)了

張妍

日前，美國(guó)太空探索技術(shù)公司使用“獵鷹9號(hào)”火箭，成功將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)“星鏈”計(jì)劃的2枚原型試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射升空，標(biāo)志著該公司衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的正式開(kāi)啟。此次太空探索技術(shù)公司將通過(guò)“放衛(wèi)星”一般發(fā)射近1.2萬(wàn)顆衛(wèi)星組成太空星鏈，向全球提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)好比把W i F i搬到了太空中，只要是在這個(gè)“WiFi”信號(hào)覆蓋范圍之內(nèi)，個(gè)人、企業(yè)、軍事設(shè)備等都可通過(guò)衛(wèi)星直接實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入，進(jìn)而搭建起全球無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)具有覆蓋范圍廣等突出特點(diǎn)，可輕易突破現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)接入的限制，或?qū)⒊蔀槲磥?lái)信息技術(shù)與航天技術(shù)融合發(fā)展的新興領(lǐng)域。此外，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)還將賦予傳統(tǒng)武器裝備“萬(wàn)物互聯(lián)”時(shí)代的戰(zhàn)場(chǎng)新角色和“改變游戲規(guī)則”的全新戰(zhàn)力。爭(zhēng)奪“太空WiFi”的控制權(quán)，也將成為未來(lái)大國(guó)博弈的“制高點(diǎn)”。

競(jìng)相挖掘的太空“金礦”

輸入密碼，你就能連接上來(lái)自太空的WiFi信號(hào)，甚至還能收到衛(wèi)星發(fā)來(lái)的信息“Hello World”。這些畫(huà)面目前正被美國(guó)太空探索技術(shù)公司加速變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。早在2014年11月，太空探索技術(shù)公司就提出了搭建全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想。此后付諸實(shí)施的“星鏈”項(xiàng)目，通過(guò)在地球上空組建一個(gè)用于通訊的衛(wèi)星星座網(wǎng)絡(luò)，為全球用戶(hù)提供高達(dá)1Gbps的高速網(wǎng)絡(luò)，并計(jì)劃在2024年前讓全球都可以“仰望星空”上網(wǎng)。2018年2月，“星鏈”計(jì)劃的首批2枚原型試驗(yàn)衛(wèi)星搭載獵鷹9號(hào)火箭成功發(fā)射升空，已經(jīng)開(kāi)始與地面站進(jìn)行通信。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)并不是個(gè)新鮮事物。互聯(lián)網(wǎng)主要通過(guò)交換設(shè)備將分散在世界各地的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接，實(shí)現(xiàn)信息與資源的共享。但現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要通過(guò)地面路由器實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)就是打算用衛(wèi)星取代地面上的路由器。這種利用衛(wèi)星充當(dāng)“太空WiFi”，星地鏈路替代光纖網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，可以突破現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的介入限制，直接利用無(wú)線信號(hào)就可以上網(wǎng)沖浪。

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，人們相繼發(fā)射了數(shù)以千計(jì)的各類(lèi)航天器，如果借助互聯(lián)網(wǎng)思維將每個(gè)衛(wèi)星作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，就可以把“互聯(lián)網(wǎng)搬到太空上”。更何況，隨著相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，目前各類(lèi)衛(wèi)星完全有能力攜帶有效載荷進(jìn)行互聯(lián)互通，并承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)交換功能。一星多用、多星組網(wǎng)、多網(wǎng)協(xié)同的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，也將進(jìn)一步推動(dòng)信息技術(shù)與航天科技的融合發(fā)展。

這也難怪近年來(lái)世界各航天技術(shù)大國(guó)紛紛把衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)視為戰(zhàn)略性項(xiàng)目發(fā)展。美國(guó)先進(jìn)無(wú)線通信研究計(jì)劃就曾提出，進(jìn)一步推動(dòng)地面移動(dòng)通信與衛(wèi)星通信的無(wú)縫融合，加快新一代空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建。2016年底，美國(guó)還正式宣布投資5000萬(wàn)美元用于小衛(wèi)星的研發(fā)。澳大利亞也于2016年12月發(fā)布《超高速寬帶基礎(chǔ)設(shè)施立法草案》，其中就包含了為國(guó)家衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡(luò)提供資金和技術(shù)支持。2017年初，英國(guó)發(fā)布衛(wèi)星和空間科學(xué)領(lǐng)域的空間頻譜戰(zhàn)略，還計(jì)劃進(jìn)一步放寬非同步軌道衛(wèi)星的頻譜使用，提高衛(wèi)星通信頻譜的利用率。

俄羅斯、巴西等國(guó)也相繼啟動(dòng)向邊遠(yuǎn)地區(qū)、農(nóng)村和島嶼提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)覆蓋的計(jì)劃。與此同時(shí)，以太空探索技術(shù)公司、OneWeb等為代表的新興商業(yè)衛(wèi)星公司也正加緊太空布局，爭(zhēng)相構(gòu)建衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)搶占發(fā)展先機(jī)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的浪潮開(kāi)始席卷全球。

燃起聯(lián)網(wǎng)的“星星之火”

如果把提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的范疇擴(kuò)大到語(yǔ)音通話服務(wù)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史還可追溯至20世紀(jì)80年代的銥星計(jì)劃。當(dāng)時(shí)人們希望通過(guò)發(fā)射66顆軌道衛(wèi)星，組成一個(gè)以提供語(yǔ)音和低速數(shù)據(jù)傳輸為主的“太空網(wǎng)絡(luò)”。雖然此后銥星計(jì)劃發(fā)展幾經(jīng)波折，但它依舊點(diǎn)燃了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的“星星之火”。

伴隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)再次成為熱點(diǎn)，其自身技術(shù)也在不斷革新。近年來(lái)，全球范圍內(nèi)陸續(xù)出現(xiàn)了6個(gè)大型中低軌衛(wèi)星星座項(xiàng)目，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微小衛(wèi)星平臺(tái)日漸成熟，推陳出新的火箭發(fā)射和回收技術(shù)也大幅降低了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的搭建成本。曾幾何時(shí)，制約銥星計(jì)劃發(fā)展的最大問(wèn)題就是昂貴的造星與發(fā)射成本。立方體衛(wèi)星的技術(shù)成熟，不僅能有效縮減發(fā)射路程和發(fā)射載荷，也能縮減造星成本。太空探索技術(shù)公司等商業(yè)航天企業(yè)提供的廉價(jià)衛(wèi)星發(fā)射方案，也直接把發(fā)射費(fèi)用砍掉了一半。

如今，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)廣泛使用的Ka波段已經(jīng)使得衛(wèi)星通信帶寬有了大幅提升，“高速?zèng)_浪”的主要障礙就是衛(wèi)星通信的延遲。也就是說(shuō)，當(dāng)你請(qǐng)求“太空WiFi”為你找尋一臺(tái)服務(wù)器地址時(shí)，你需要等待的時(shí)間會(huì)有點(diǎn)長(zhǎng)。為減少服務(wù)的延遲，太空探索技術(shù)公司的方案是把衛(wèi)星放置在比平時(shí)低得多的軌道上，這樣就可以提升衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。但要想實(shí)現(xiàn)WiFi信號(hào)的全球覆蓋，就必須發(fā)射更多數(shù)量的衛(wèi)星。

目前，“星鏈”項(xiàng)目旨在發(fā)射4425顆近地軌道衛(wèi)星和7518顆極低地球軌道衛(wèi)星來(lái)完成這個(gè)不可能完成的任務(wù)。這近1.2萬(wàn)顆衛(wèi)星的數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了目前全球在軌服役衛(wèi)星不足2000顆的數(shù)量。如果上述衛(wèi)星全部發(fā)射成功，太空探索技術(shù)公司就能在全球范圍內(nèi)提供與光纖網(wǎng)絡(luò)相媲美的“沖浪”速度。

為數(shù)眾多的“太空WiFi”遨游天際，不僅點(diǎn)燃了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的星星之火，也使得頻率和軌道資源成為爭(zhēng)奪的熱點(diǎn)。目前，OneWeb、Telesat 等公司將發(fā)展目標(biāo)定位于太空通信網(wǎng)絡(luò)，與太空探索技術(shù)公司的“星鏈”項(xiàng)目形成了競(jìng)爭(zhēng)。早在2017年6月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)就曾正式批準(zhǔn)授權(quán) OneWeb公司提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，該公司也計(jì)劃發(fā)射720顆低軌道地球衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入。

“星云”帶來(lái)的應(yīng)用風(fēng)暴

隨著“太空WiFi”技術(shù)的發(fā)展成熟，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)也勢(shì)必在全球掀起一場(chǎng)應(yīng)用風(fēng)暴。事實(shí)上，除衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)方案外，谷歌公司也曾嘗試將高空聚乙烯氦氣球送入平流層作為基站，在高空氣球支持下為地面提供網(wǎng)絡(luò)連接的“氣球”項(xiàng)目。雖然國(guó)外目前發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的均是商業(yè)公司，但可實(shí)現(xiàn)全球網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)除商業(yè)用途外，還具有不可忽視的社會(huì)效益及軍事運(yùn)用潛力。

本來(lái)，衛(wèi)星通信就具有通信距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣、靈活機(jī)動(dòng)、通信容量較大等優(yōu)點(diǎn)，可為軍事指揮員提供靈活的全球通信覆蓋能力和戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)性，在信息化指揮控制系統(tǒng)中正發(fā)揮著不可替代的重要作用。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一旦投入應(yīng)用，將賦予傳統(tǒng)武器裝備平臺(tái)改變游戲規(guī)則的全新戰(zhàn)力。尤其是在太空、網(wǎng)絡(luò)已由支援陸、海、空作戰(zhàn)的輔助戰(zhàn)場(chǎng)，轉(zhuǎn)換為與之相互支援的主戰(zhàn)場(chǎng)之后，誰(shuí)掌握衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)制高點(diǎn)，誰(shuí)就將牢牢掌握未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)制勝的主動(dòng)權(quán)。

此外，目前世界上尚有一半人口無(wú)法使用互聯(lián)網(wǎng)。我國(guó)幅員遼闊，偏遠(yuǎn)山區(qū)、大漠戈壁等部分區(qū)域如今依舊是通信盲區(qū)，建立全球性的衛(wèi)星通信系統(tǒng)是彌補(bǔ)數(shù)字鴻溝，開(kāi)展應(yīng)急救援的重要解決方案。通過(guò)連上“太空WiFi”這個(gè)“隱形光纖”網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)話音、視頻、數(shù)據(jù)等多種應(yīng)用需求的高質(zhì)量通信，具備重要的應(yīng)用價(jià)值。目前正在發(fā)展的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，已經(jīng)為在飛機(jī)上上網(wǎng)提供了條件。

在傳統(tǒng)衛(wèi)星制造領(lǐng)域，由于追求可靠性，使用的均是經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證的技術(shù)和產(chǎn)品。新興衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，在衛(wèi)星研制過(guò)程中通過(guò)增加商用元器件比例，開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化小衛(wèi)星批量生產(chǎn)等“跨界模式”，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星研制與生產(chǎn)的創(chuàng)新發(fā)展。這些經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)一旦向傳統(tǒng)衛(wèi)星制造領(lǐng)域流動(dòng)，勢(shì)必成為推動(dòng)衛(wèi)星制造業(yè)發(fā)展變革的重要?jiǎng)恿Α?/p>

如今，太空早已成為延伸的公共領(lǐng)域，可被人類(lèi)利用的軌道、頻譜等資源也十分有限。國(guó)外研究人員與商業(yè)資本之所以對(duì)“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”表現(xiàn)出了極大興趣，背后的動(dòng)機(jī)是想利用“太空WiFi”逐步取代路由器光纖骨干網(wǎng)，進(jìn)而掌控互聯(lián)網(wǎng)的控制權(quán)。我們?nèi)绻谛l(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中稍微猶豫，就有可能再次錯(cuò)失互聯(lián)網(wǎng)的接入管制和管理權(quán)，這勢(shì)必對(duì)我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)的信息安全與科技發(fā)展產(chǎn)生較大威脅與沖擊。