雙十一當(dāng)天，在中國(guó)網(wǎng)友們開心買買買的同時(shí)，美國(guó)的太空企業(yè)SpaceX也向太空發(fā)出了自己的一批“寶貝”。第二批總計(jì)60顆“星鏈”（Starlink）衛(wèi)星發(fā)射升空，使馬斯克和SpaceX與太空互聯(lián)網(wǎng)愿景的實(shí)現(xiàn)又接近了一步。
然而，和廣受贊譽(yù)的獵鷹9與獵鷹重型火箭不同，星鏈計(jì)劃受到了來自不同方面的質(zhì)疑。同時(shí)，和一些自媒體的吹捧所不同的是，星鏈既不能讓你拿手機(jī)WIFI就能連上太空互聯(lián)網(wǎng)，也不會(huì)讓你免費(fèi)獲得上網(wǎng)的機(jī)會(huì)。
拿手機(jī)WIFI連星鏈？你想多了
提到衛(wèi)星通信，讀者們最先想到的可能是一個(gè)個(gè)”大鍋“式的衛(wèi)星天線。這些大鍋對(duì)準(zhǔn)的，一般是位于赤道正上方、距離地表3萬6千公里的地球靜止軌道上的衛(wèi)星。當(dāng)衛(wèi)星處于這個(gè)軌道時(shí)，與地面保持相對(duì)靜止，只需一次調(diào)整固定好大鍋的朝向后，就可以進(jìn)行穩(wěn)定的通信。
然而，對(duì)于通過衛(wèi)星進(jìn)行的互聯(lián)網(wǎng)連接來說，由于靜止軌道距離地面太遠(yuǎn)，電磁信號(hào)與衛(wèi)星間的傳輸要經(jīng)歷較大的延遲，因此上網(wǎng)的用戶體驗(yàn)并不是最理想的。而如果將衛(wèi)星部署在距離地面幾百到一千多公里的近地軌道，則可以顯著的降低延遲。
不過，由于這些軌道上的衛(wèi)星相對(duì)地面是運(yùn)動(dòng)的，特定的某顆衛(wèi)星不會(huì)總處于某個(gè)位置的上空，因此往往需要部署數(shù)量較多衛(wèi)星才能使特定地區(qū)的用戶可以持續(xù)的獲得服務(wù)。這些協(xié)作工作的衛(wèi)星被稱為“衛(wèi)星星座”。
“星鏈”衛(wèi)星星座構(gòu)想圖
我們熟知的GPS，就是衛(wèi)星星座的一種。曾經(jīng)一度瀕臨失敗后又被美國(guó)國(guó)防部接手的銥星系統(tǒng)，則是工作在近地軌道上的通信衛(wèi)星星座。而馬斯克將要組建的星鏈，也是近地軌道上的一個(gè)通信衛(wèi)星星座。與已有的星座相比，除了不干語音通信這種“舊活”、專門為用戶連接上網(wǎng)服務(wù)外，星鏈最大的特定就是衛(wèi)星數(shù)量相當(dāng)龐大。按照馬斯克目前不知道能否兌現(xiàn)的計(jì)劃，從現(xiàn)在開始，星鏈講以每?jī)芍?0顆的速度發(fā)射。到2020年代中期，星鏈將部署多達(dá)12000顆衛(wèi)星。要知道，全世界目前在軌工作的衛(wèi)星也不到2000顆。
60顆星鏈被打包發(fā)射到太空中、還未入軌時(shí)的畫面
得益于近年來不斷發(fā)展的微小衛(wèi)星技術(shù)，一顆衛(wèi)星的體積、重量和成本都可以做到前所未有的低。目前已經(jīng)發(fā)射的兩批星鏈衛(wèi)星，單顆的重量都在250kg左右，比以往幾噸重的大型通信衛(wèi)星輕了一個(gè)數(shù)量級(jí)。衛(wèi)星可以通過Ka和Ku波段與地面通信，未來可能還會(huì)試驗(yàn)使用V波段的衛(wèi)星。由衛(wèi)星的頻段可以看出，衛(wèi)星通信的頻段與WIFI信號(hào)并不在一個(gè)頻段，顯然不可能讓各種電子設(shè)備通過WIFI方式與衛(wèi)星直接連接。
事實(shí)上，通信頻段的選擇本來就是根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行，穿過幾堵墻就會(huì)嚴(yán)重衰減的WIFI信號(hào)，顯然無法承擔(dān)起穿過大氣層和電離層，與衛(wèi)星交換信息的任務(wù)。在早先接受CNN采訪時(shí)，馬斯克已經(jīng)明確表示，用戶需要配備一個(gè)與星鏈的特別接入設(shè)備，才有可能享受衛(wèi)星上網(wǎng)的便利。馬斯克曾經(jīng)在推特上打趣說”衛(wèi)星的WIFI密碼是‘火星人’（martians）“，這顯然是一個(gè)美式的幽默，想要拿出手機(jī)就連上星鏈，是沒有可能的。
“星鏈”衛(wèi)星
SpaceX宣稱星鏈的另一個(gè)賣點(diǎn)是為未能接入互聯(lián)網(wǎng)的地區(qū)和人口帶來互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。誠然，衛(wèi)星通信從技術(shù)上的確能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但這種宣傳口號(hào)，未免給人一種馬斯克在搞送互聯(lián)網(wǎng)下鄉(xiāng)和因特網(wǎng)扶貧之類的慈善活動(dòng)的感覺。但實(shí)際上，星鏈作為一個(gè)商業(yè)項(xiàng)目，回本并盈利是其商業(yè)成功的基本要求。據(jù)估計(jì)，如果星鏈的規(guī)模真的達(dá)到計(jì)劃中的12000顆，其耗資可能搞到100億美元。
而星鏈的使用，也肯定是要付費(fèi)的。這些之前沒有互聯(lián)網(wǎng)的地區(qū)和人口，很大程度上是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)才沒有便捷的互聯(lián)網(wǎng)介入，而這些地區(qū)收入并不高的潛在用戶如何讓SpaceX回本和賺錢，前景并不明朗。
不過，好在馬斯克還有另一個(gè)金主。美國(guó)軍方已經(jīng)對(duì)星鏈系統(tǒng)產(chǎn)生了興趣，美國(guó)空軍在去年12月向SpaceX撥付了2800萬美元的研究經(jīng)費(fèi)，而如此巨款支撐的僅僅是在星鏈上進(jìn)行軍用通信的測(cè)試。一旦測(cè)試效果良好、美軍決定采購SpaceX的服務(wù)，估計(jì)SpaceX將持續(xù)獲得金額更大的合同。
馬斯克和SpaceX的高層在與美國(guó)空軍談生意
作為一家商業(yè)公司，尋求商業(yè)上的成功是就是它的本職，但在商業(yè)目的之外配以看起來能夠占領(lǐng)道德高地的宣傳，讓人不能不對(duì)這個(gè)公司產(chǎn)生“嘴上全是主義、心里都是生意”的印象。
太空垃圾風(fēng)險(xiǎn)和焦慮的天文學(xué)家
筆者本人是共享單車的忠實(shí)用戶，但也見識(shí)過不同共享單車廠商瘋狂投放單車圈地、造成城市公共管理諸多問題的情況。而現(xiàn)在，不少人正在擔(dān)心星鏈如此巨大的衛(wèi)星投放量，會(huì)不會(huì)在太空中造成如共享單車亂象一樣的問題。馬斯克星鏈計(jì)劃的總衛(wèi)星數(shù)，相當(dāng)于全世界現(xiàn)在在軌工作衛(wèi)星數(shù)的好幾倍，這高達(dá)12000顆（遠(yuǎn)期計(jì)劃中數(shù)量甚至更大）衛(wèi)星，即便有小概率的衛(wèi)星失效，都會(huì)帶來不小的太空垃圾風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)于這樣的風(fēng)險(xiǎn)，作為美國(guó)政府部門的NASA所屬的部門已經(jīng)開始了研究。根據(jù)NASA的太空碎片辦公室發(fā)布的一項(xiàng)研究結(jié)果，對(duì)于成千上萬顆小衛(wèi)星組成的地軌星座系統(tǒng)，必須有99%以上的衛(wèi)星能夠完成任務(wù)后處置（PMD），在結(jié)束工作后會(huì)即時(shí)離軌。對(duì)于正常工作的衛(wèi)星來說，一般都會(huì)預(yù)留燃料，在壽命將近時(shí)利用發(fā)動(dòng)機(jī)控制衛(wèi)星降低軌道，快速進(jìn)入與大氣層強(qiáng)烈相互作用并下墜焚毀的階段。然而，如果衛(wèi)星在工作過程中意外失效，就不能完成NASA研究中所要求的即時(shí)離軌，只能等待衛(wèi)星與中高層稀薄大氣的緩慢作用，使衛(wèi)星的軌道逐漸降低。在早先的設(shè)計(jì)中，星鏈曾經(jīng)計(jì)劃使用1000公里左右高度的軌道。而后來為了能讓失效的衛(wèi)星在幾年之內(nèi)能自行墜落，其實(shí)際使用的軌道降低到了550公里。
壞消息是，在今年5月發(fā)射的第一批60顆星鏈衛(wèi)星中，在僅僅一個(gè)多月之后就已經(jīng)有3顆與地面失聯(lián)，有可能成為太空垃圾了。隨著時(shí)間的增加，這些衛(wèi)星是否會(huì)繼續(xù)暴雷就不得而知。
同時(shí)，如果按照馬斯克的想法，大躍進(jìn)式的在短時(shí)間內(nèi)建成星鏈，在衛(wèi)星的可靠性尚未被充分驗(yàn)證和改進(jìn)之間，海量的星鏈衛(wèi)星就已經(jīng)進(jìn)入了近地軌道。從筆者自己工作領(lǐng)域的角度看，近幾年剛好是太陽活動(dòng)水平在11年周期中的低年，吹襲地球的太陽風(fēng)暴較少，給衛(wèi)星帶來的風(fēng)險(xiǎn)也較低。
而一旦進(jìn)入五六年后的太陽活動(dòng)高年，這些衛(wèi)星是否能夠經(jīng)受住頻繁出現(xiàn)的太陽風(fēng)暴所帶來的高能粒子打擊和表面充放電效應(yīng)，也是一個(gè)未知數(shù)。如果這些衛(wèi)星為了降低成本而并沒有進(jìn)行足夠的抗擊惡劣空間效應(yīng)的能力，而他們身上的“死穴”又是被批量復(fù)制的，在最糟糕的情況下，大量衛(wèi)星在太陽風(fēng)暴的打擊下集體失效，可能會(huì)讓近地軌道變得難以利用。
在星鏈的官網(wǎng)上，除了一兩句話宣稱自己的衛(wèi)星很靠譜，不會(huì)造成太空垃圾的大問題外，外界找不到關(guān)于這些衛(wèi)星進(jìn)一步的資料，因此很難確認(rèn)這些結(jié)論是否靠譜。在NASA的那項(xiàng)研究中，研究者也坦言他們所得到的衛(wèi)星資料是十分有限的。
對(duì)于太空垃圾的問題，馬斯克構(gòu)思“星鏈”的宏大版圖時(shí)似乎并沒有考慮，只是FCC等監(jiān)管部門和業(yè)界輿論提出質(zhì)疑時(shí)，才在原來的系統(tǒng)方案上進(jìn)行修補(bǔ)，而且至今也沒有公布SpaceX自身開展的系統(tǒng)的太空垃圾風(fēng)險(xiǎn)研究結(jié)論或報(bào)告，而這些都是引起外界疑慮的原因。畢竟，共享單車泛濫時(shí)，城管部門出動(dòng)幾輛卡車就能把胡亂停放的單車清走，但清理太空中失效的衛(wèi)星，則是一件既十分復(fù)雜又耗資巨大的事情。
國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)公布的天文觀測(cè)受到影響的實(shí)例。圖中的亮點(diǎn)為美國(guó)洛厄爾天文臺(tái)試圖觀測(cè)的天體，圖中的亮線為星鏈衛(wèi)星侵入望遠(yuǎn)鏡視野后留下的痕跡
除了太空垃圾外，天文學(xué)家們也對(duì)星鏈的部署提出了擔(dān)憂。由于這種通信衛(wèi)星的太陽能電池板和外殼多使用高反射率材料，其在夜空中呈現(xiàn)出明顯的閃光。在星鏈之前，星鏈的“前輩”銥星帶來的閃光就給天文學(xué)家的觀測(cè)們?cè)黾恿艘稽c(diǎn)麻煩。不過由于銥星數(shù)量較小，這種麻煩的出現(xiàn)也不大頻繁。而如果12000顆星鏈一起上天，天文學(xué)家們擔(dān)心以后在地面進(jìn)行的光學(xué)天文觀測(cè)將被嚴(yán)重的干擾。
除此之外，星鏈無處不在的無線電覆蓋也會(huì)干擾接收天體無線電信號(hào)的射電天文學(xué)的觀測(cè)。為此，國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)曾經(jīng)專門發(fā)表聲明，代表天文學(xué)界對(duì)星鏈的部署提出了擔(dān)憂。但是，馬斯克和SpaceX的態(tài)度還是一如既往的敷衍應(yīng)付，只是斷言自己的衛(wèi)星不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，卻拿不出系統(tǒng)的研究報(bào)告和結(jié)論。
也許，馬斯克在天馬行空的構(gòu)造自己的太空夢(mèng)想時(shí)，沒有想過自己的夢(mèng)會(huì)不會(huì)打擾到別人的夢(mèng)。
