衛(wèi)星像火車一樣經(jīng)過(guò)世界各地上空 馬斯克的“星鏈”計(jì)劃惹爭(zhēng)議

圖片來(lái)源：視覺(jué)中國(guó) 4月27日，天文愛(ài)好者們注意到，一串因反射太陽(yáng)光而發(fā)光的衛(wèi)星在當(dāng)晚8點(diǎn)37分從西北方升起，劃過(guò)北京夜空；5月1日晚，這批衛(wèi)星過(guò)境廈門，40顆肉眼可見(jiàn)的衛(wèi)星一字排開(kāi)……2019年開(kāi)始，美國(guó)SpaceX公司通過(guò)一次火箭發(fā)射搭載60個(gè)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(guò)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(dòng)人們的認(rèn)知，他對(duì)未來(lái)生活方式的設(shè)想涉及交通、能源、支付、腦機(jī)接口等眾多領(lǐng)域，但航天無(wú)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(shí)間成功發(fā)射火箭，用不到16年的時(shí)間，造出了世界現(xiàn)役運(yùn)載能力最強(qiáng)且可以回收的火箭。未來(lái)，他計(jì)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(hào)。 衛(wèi)星通信：網(wǎng)絡(luò)覆蓋無(wú)死角 2018年2月22日，在美國(guó)加州范登堡空軍基地，SpaceX成功發(fā)射了一枚“獵鷹9號(hào)”火箭，并將兩顆小型實(shí)驗(yàn)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(jì)劃——“星鏈”項(xiàng)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(yáng)能板組成，每顆衛(wèi)星上搭載了4面相控陣天線用來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。低軌衛(wèi)星通信的優(yōu)勢(shì)是快。一方面，星鏈的信號(hào)傳播速度接近真空中每秒30萬(wàn)公里的光速，而光信號(hào)在光纖中的傳播速度為每秒20萬(wàn)公里，與此同時(shí)，星鏈不用像遠(yuǎn)距離光纖通信那樣，靠一段一段接起來(lái)，而是直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，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(hào)”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(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在內(nèi)，星鏈計(jì)劃已經(jīng)發(fā)射了422顆衛(wèi)星。 按照馬斯克給出的最新時(shí)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(shí)測(cè)——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(cè)試，更大規(guī)模的公眾測(cè)試將在2020年11月展開(kāi)。根據(jù)SpaceX去年的計(jì)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?jī)芍馨l(fā)射一次。 根據(jù)SpaceX向美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)提交的文件，“星鏈”計(jì)劃將在2027年之前部署1.2萬(wàn)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(qǐng)，計(jì)劃再增加3萬(wàn)顆衛(wèi)星運(yùn)行在328~580千米之間，使得總衛(wèi)星數(shù)達(dá)到4.2萬(wàn)顆。 馬斯克允諾的是一個(gè)具有誘惑力的目標(biāo)：星鏈計(jì)劃將通過(guò)大量低軌衛(wèi)星對(duì)全球的完整覆蓋，屆時(shí)，無(wú)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(shí)的互聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。在網(wǎng)速方面，星鏈提供的是至少1Gbps/秒的寬帶服務(wù)——這個(gè)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(shí)候，消費(fèi)者只需要購(gòu)買SpaceX的終端設(shè)備，每個(gè)月花費(fèi)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(guó)新聞周刊》，現(xiàn)在城市居民花費(fèi)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(huì)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(bǔ)傳統(tǒng)通信方式無(wú)法覆蓋到的地方，比如大洋上的貨運(yùn)船、天空中的客機(jī)、南北極科考站等特殊位置。 美國(guó)《麻省理工科技評(píng)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(gè)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(lái)。與此同時(shí)，天文學(xué)家和關(guān)注太空交通管制的專家們對(duì)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(huì)越來(lái)越強(qiáng)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(gè)是伊隆·馬斯克，另一位是英國(guó)維珍集團(tuán)董事長(zhǎng)理查德·布蘭森，他投資的項(xiàng)目便是后來(lái)成為星鏈勁敵的OneWeb。 《麻省理工科技評(píng)論》認(rèn)為，與過(guò)去以展示國(guó)家實(shí)力和聲望為動(dòng)機(jī)不同，如今，實(shí)用主義正在驅(qū)動(dòng)太空領(lǐng)域的發(fā)展。據(jù)美國(guó)商務(wù)部估計(jì)，太空市場(chǎng)的價(jià)值已達(dá)3250億美元，20年后可能會(huì)超過(guò)1.5萬(wàn)億美元。以“星鏈”項(xiàng)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(rùn)。 衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)賽道上，一個(gè)重要的應(yīng)用場(chǎng)景是通信。傳統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)最大的問(wèn)題是延遲，這是因?yàn)榇蟛糠滞ㄐ判l(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(guò)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(shí)信號(hào)很弱，高帶寬數(shù)據(jù)如上因特網(wǎng)或者看視頻時(shí)，需要一個(gè)至少3米大的地面天線來(lái)接收信號(hào)?！惫鸫髮W(xué)天體物理學(xué)家喬納森·麥克道爾告訴《中國(guó)新聞周刊》。 毛新愿則解釋說(shuō)，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(duì)于部署衛(wèi)星數(shù)量會(huì)進(jìn)行嚴(yán)格限制，分布過(guò)密的衛(wèi)星也會(huì)干擾信號(hào)。 在這種情況下，衛(wèi)星數(shù)量多、信號(hào)強(qiáng)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(shuō)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)具有很高的商業(yè)價(jià)值，除了用于通信，還可以參與導(dǎo)航定位，通過(guò)輔助北斗系統(tǒng)這類高軌衛(wèi)星來(lái)提高定位精度，同時(shí)，還可以在載人航天、各類勘探、氣象研究、遙感等科學(xué)類項(xiàng)目中發(fā)揮作用。但因?yàn)橐粋€(gè)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(shí)現(xiàn)全球覆蓋，需要很多衛(wèi)星。 早在1990年代，就有企業(yè)開(kāi)始涉足太空互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。美國(guó)曾經(jīng)的通信巨頭摩托羅拉公司于1987年提出了“銥星計(jì)劃”，曾發(fā)射了66顆衛(wèi)星。 毛新愿說(shuō)，1990年代，火箭發(fā)射一次大約是3000萬(wàn)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(yùn)營(yíng)，銥星收費(fèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于預(yù)期，用戶數(shù)量隨之急劇下降，最后項(xiàng)目破產(chǎn)。同一時(shí)期，由比爾·蓋茨支持的Teledesic項(xiàng)目也在成本飆升和投資者資金枯竭后，于2002年申請(qǐng)破產(chǎn)保護(hù)，當(dāng)時(shí)Teledesic只發(fā)射了一顆衛(wèi)星。 而現(xiàn)在，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)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(shuō)的每顆衛(wèi)星100萬(wàn)美元的制造成本，隨著量產(chǎn)，一顆衛(wèi)星成本50萬(wàn)~100萬(wàn)美元；最昂貴的成本來(lái)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(fèi)用約3000萬(wàn)美元，再加上發(fā)射場(chǎng)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(wàn)~200萬(wàn)美元之間。 但直到現(xiàn)在，這依然是一個(gè)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(qǐng)破產(chǎn)，當(dāng)時(shí)，該項(xiàng)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(méi)有破產(chǎn)？零?！苯衲?月，在一次會(huì)議上，馬斯克開(kāi)玩笑說(shuō)，鑒于那些破產(chǎn)項(xiàng)目的前車之鑒，SpaceX眼下正致力于“不破產(chǎn)”。 SpaceX總裁兼首席運(yùn)營(yíng)官格溫·肖特韋爾曾于2018年的一次訪談中透露，星鏈項(xiàng)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(wàn)顆衛(wèi)星可能將會(huì)花費(fèi)SpaceX600億美元。 這筆資金如何籌措是個(gè)難題。據(jù)美國(guó)《華爾街日?qǐng)?bào)》今年3月報(bào)道，F(xiàn)CC撥出160億美元的基金，用于在未來(lái)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(qǐng)到這筆資金，然而，競(jìng)標(biāo)者們認(rèn)為把資金給SpaceX是一場(chǎng)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(jī)。 星鏈“礙眼” 2019年5月，當(dāng)星鏈計(jì)劃的第一批60顆衛(wèi)星發(fā)射時(shí)，就引發(fā)了一場(chǎng)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(lái)光污染、太空垃圾等實(shí)際影響。 根據(jù)聯(lián)合國(guó)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(wàn)顆衛(wèi)星的計(jì)劃，也會(huì)將這一數(shù)字增加6倍。而在同類項(xiàng)目中，“星鏈”并非唯一參與者。如此繁多的衛(wèi)星正在爭(zhēng)奪天然星空，在天文學(xué)界引發(fā)了不少批評(píng)。 一個(gè)常被引用的例子是，在智利落成的一個(gè)價(jià)值4.66億美元、8米寬口徑且配有32億像素照相機(jī)的大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡，本來(lái)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(tái)望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖像都被其“污染”，長(zhǎng)時(shí)間曝光拍攝的照片中更是可能包含數(shù)十條衛(wèi)星移動(dòng)軌跡條紋。該大型巡天望遠(yuǎn)鏡對(duì)未來(lái)4.2萬(wàn)顆星鏈衛(wèi)星對(duì)觀測(cè)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(duì)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(guò)將衛(wèi)星表面涂黑來(lái)試驗(yàn)對(duì)亮度的降低效果，但該措施仍不滿足專業(yè)天文臺(tái)的要求。SpaceX的工程師還提出可以給每個(gè)衛(wèi)星配備一個(gè)遮陽(yáng)傘的想法，以防止反射太陽(yáng)光，不過(guò)目前還未驗(yàn)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(lái)幾個(gè)月中進(jìn)行測(cè)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(cè)活動(dòng)。 意大利都靈天體物理天文臺(tái)的天文學(xué)家羅納德·德雷梅爾在回復(fù)《中國(guó)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(wú)法被肉眼捕捉到，這將是一個(gè)巨大的改進(jìn)，因?yàn)檫@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(wú)余的夜空的愿望。然而，如何在實(shí)際和政治層面上解決這個(gè)問(wèn)題上，各方還沒(méi)有達(dá)成一致意見(jiàn)。 太空垃圾是另一個(gè)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(dòng)規(guī)避碰撞，并在到達(dá)壽命后自動(dòng)脫離軌道，推向大氣中燃燒殆盡。不過(guò)，中科院國(guó)家天文臺(tái)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(kāi)，它們?nèi)耘f會(huì)構(gòu)成嚴(yán)重問(wèn)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(wú)法進(jìn)行主動(dòng)控制，從而形成了太空垃圾。 國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)(IAU)2019年6月發(fā)布聲明，表達(dá)了對(duì)這類項(xiàng)目可能會(huì)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(huì)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(méi)有人想過(guò)衛(wèi)星發(fā)射的數(shù)量會(huì)增長(zhǎng)得如此快，因此監(jiān)管尚未跟上這個(gè)新生的領(lǐng)域。羅納德·德雷梅爾直言，就對(duì)天空可見(jiàn)的影響來(lái)看，這類項(xiàng)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(jī)會(huì)。 另一個(gè)問(wèn)題是，通信衛(wèi)星項(xiàng)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(shí)際所需衛(wèi)星更多的唯一原因是為了炫耀?！靶l(wèi)星的數(shù)量成就一家公司。從公眾和籌資的角度來(lái)看，多即是好。”