瞭天下 | 马斯克的万颗卫星发射计划有两大漏洞！实现人人上网，还是中国最靠谱！
2018/3/1 瞭望智库
这个春节，科技新闻板块被马斯克刷屏了——SpaceX用“猎鹰9号”火箭成功发射了两颗通信卫星，开启了为全世界人民提供互联网接入的“星链”计划。
国内媒体纷纷点赞，几乎把马斯克夸成了英雄。
当然，同时也不乏质疑之声。
有人认为，马斯克早在2015年就提出了发射4425颗卫星的“星链”五年计划，现在时间过去大半，才发射了两颗。眼看着撑不下去、要露馅，就搞了个2025年发射完成12000颗卫星的新计划。
这意味着，在未来的6年多里，马斯克的公司必须全年无休地平均每天发射4.8颗卫星才能完成这项计划(这还没考虑卫星发射的窗口期)。
“星链”计划是创举还是骗局？马斯克是英雄还是骗子？
库叔今天就来聊一聊。
文 | 张弛 科普作者，通信博士，笔名“奥卡姆剃刀”
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用上万颗卫星包裹全球，靠谱吗？
目前，全世界在轨提供服务的卫星也不过1700多颗。
之前，马斯克计划发射4425颗卫星，这个数量已经很吓人了，现在又涨到了12000颗。
我们不禁要问：用上万颗卫星包裹全球，这个“星链”计划靠谱吗？
目前看来，不太靠谱。
且不说发射卫星所需的巨大成本压力以及在政策上面临的重重阻力，单在技术方面，“星链”计划就很不过关。
一是速率不够。
根据“星链”计划的官方文件，一颗卫星的典型覆盖面积是353万平方公里，相当于9个多德国和220个北京。要知道，全世界比这个面积大的国家也只有6个。
马斯克“星链”计划卫星的高度和下倾角数据(图源网络)
即使考虑到卫星采用了相控阵技术，真正服务地区比覆盖面积小些，但其范围也是惊人的。
现在，光北京就建设了2万座左右的铁塔，每座铁塔上还不止一家基站，这么一颗卫星就能为上百个北京这么大的区域提供服务，速率能够吗？当然不够。
二是很难连上。
前几天，网上有个消息传爆了：有人称其手机连上了马斯克的TintinA卫星的Wi-Fi。
有人称其手机连上了马斯克的TintinA卫星的Wi-Fi(图源网络)
马斯克在跟他人的对话中称“不要告诉别人，密码是martians”。
马斯克在社交媒体上与人对话称“不要告诉别人，密码是martians”(图源网络)
于是，很多人就以为，自己的智能手机以后可以接入卫星Wi-Fi了。
这个想法就有点天真了，因为TintinA卫星与我们用的普通智能手机频率对不上，两者不可能直接通信。
无线电波有一个特性，频率越高，电波的指向性就越强，也就更利于集中能量将信号传递到远方。
马斯克的互联网卫星使用的是Ka和Ku波段，在20GHz左右。
马斯克互联网卫星使用的是Ka和Ku波段，手机无法接收(图源网络)
而我们用的智能手机使用的Wi-Fi频段分别是2.4GHz和5GHz，相对来说全向性就比较强，在路由器周围任何方向都有较均匀的信号，以方便我们的使用。但Wi-Fi的全向性信号衰减很严重，会随着距离变化呈平方倍衰减，如果加上空中干扰，可能是立方倍衰减。
因此，2.4GHz和5GHz的信号本身就传不了多远，更不用指望传递给太空中的卫星了。
那么，我们的手机能收到卫星发射的信号吗？
前面说过，卫星的信号频率在20GHz左右，我们手机根本就没有接收这个频段的接收器，所以不可能收到。
也就是说，手机不可能收到TintinA卫星的信号，手机的Wi-Fi信号也不可能发射到卫星。
因此，普通手机连接成功卫星Wi-Fi的图片是骗人的，除非你用的是卫星电话。
“星链”如何为地面上的手机提供上网服务？
现行手机的信号不可能发射到卫星，而且与卫星直接通信的设备不能有遮蔽顶，所以要在室外空旷地域装转发器，以20GHz左右的频率与卫星通信，以2.4GHz或5GHz跟手机通信。
“星链”要为地面上的手机提供上网服务，需要有转发器(图源网络)
但是，这个转发器的对星频率有问题，它跟我国5G规划的28GHz频率完全重合。也就是说，将来我国的大街上会密布28GHz的5G微基站，旁边如果还有着相同频率的卫星转发器，将会严重干扰5G微基站的信号。
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那么多专家，难道都不懂？
很多网友会有疑问，库叔说的都挺有道理，但Google、Facebook、SpaceX有那么多技术专家，难道他们不懂？
照理说，常规的科研项目要经过技术论证，稍有疑点就要进行反复论证，以确保所有技术环节的科学原理都成立，而且有足够可靠的工程方法。
然而近年来，美国兴起了IT创投思维，跟常规的严谨科研不同，它的基本套路就是讲故事、卖情怀、拉投资，稍微搞出点成果就大肆宣传，目的是拉来更多投资。
这种报喜不报忧的互联网套路，掩盖了实际存在的大量技术障碍，因此这些项目失败的几率极大，投资人的钱也会跟着打水漂。
从2014年开始，美国科技人士似乎就为全世界人民的上网问题“操碎了心”，搞的计划形形色色，有用卫星的、有用无人机的、有用热气球的，总之就是往天上搞，核心卖点就是要覆盖足够大、用户足够多。
库叔举几个例子：
*2014年春节期间，一则类似消息同样引爆了网络：美国一家名为“媒体发展投资基金”的公司宣布了一个名为“外联网(Outernet)”的计划，要发射几百颗低轨道卫星，为全球4.3亿上不了互联网的人们提供网络服务。
很多人非常兴奋——终于可以高速、廉价、无障碍地上网了。
2014年，美国一家公司宣布推出“外联网”计划，目标是让网络覆盖全球(图源网络)
然而实际上，这项计划的核心技术是“单向组播”，地面工作站将信息分组整理后上传到卫星，然后由卫星转发到所覆盖的地域。
这跟卫星广播电视是一个道理，你可以选择适合的信息，但不能上传信息。
不能上传信息就是没有交互性，QQ和微信不能用，微博也发不了，只能被动地看推送信息。
这是广播服务而不是互联网。
有意思的是，该公司的宣传图片却向人们传达了能够双向通信的印象，比如下边这张图片，人在旷野上通过“外联网”跟卫星进行联络，暗示能叫来救援。实际上，信息并不能上传。
“媒体发展投资基金”公司推出的“外联网”宣传图片(图源网络)
*2015年，又有消息称，Google与SpaceX合作发射700颗通信卫星，构建全球无线互联网。
700颗听着不少，关键要看服务多少人。
按全世界人口1/10的7亿用户来算，平均每颗要服务100万用户，按照每颗卫星1Gbps总速率来计算，平均每个用户只能分得1kbps，甚至远远低于拨号上网时代，根本就无法使用。
*Google还推出过利用热气球提供Wi-Fi的计划。
这也并不是什么新把戏，只是抄袭了军用系留气球(使用缆绳将其拴在地面绞车上并可控制其在大气中飘浮高度的气球)和平流层飞艇的创意——在吊篮上放置通信转发器，升空后覆盖作战地域，起到了通信中继的作用。
谷歌用热气球提供互联网的项目名称为“潜鸟计划”(Project Loon)(图源网络)
*2016年7月份，扎克伯格也跟风搞了个给全世界人民提供互联网服务的计划，这回用的是能发射激光的无人机。
FaceBook公司推出的“天鹰”(Aquila)计划，通过可以发射激光的无人机完成信号传输(图源网络)
其实这种无人机早就有，只是因为主要用于军事而不被公众所了解。为此，FaceBook公司还收购了英国一家生产这种无人机的公司。
细究起来，这个无人机方案也存在很多疑点：
一是用无人机提供信号难度简直太大。
无人机向地面提供的信号覆盖半径约为100公里，其航速约为100公里/小时，这个半径100公里的信号覆盖区是高速移动的，你必须以100公里/小时的速度跟着无人机跑才能持续上网。
或者每隔200公里就安排一架无人机，让它们排着队依次飞行。显然，这种接力工作模式很不靠谱。
二是用“激光”作为通信手段，大气干扰太大。
报道中提到用“激光”作为通信手段，曾让很多人感到兴奋，其实很不靠谱。
卫星之间通过激光进行通信确实可行，这叫作“星际激光链路”，但那是在没有大气扰动的太空。
对这种方式而言，距地面上万米距离的大气干扰是个严重的问题。
三是激光还具有极强的方向性。
如果你手持激光笔对着墙上照就会发现：如果10米远，即便手腕抖动很轻微，墙上光斑的跳动距离也会很远；如果对着20米远的墙上照，光斑就跳动得更远。
激光具有方向性好的特点(图源网络)
飞行中的无人机抖动很厉害，距离地面成千上万米，那么，激光在地面上来回跳动的尺度得有多大？
地面站给飞机中的无人机发射激光，必须连续精准地调整激光发射器的角度，以跟上不断变化位置的无人机。这个难度不是一般的大，商业应用恐怕很难成功。
由上可见，无论是卫星、热气球还是无人机，其宣传思路都是位置足够高，覆盖面积大，服务用户多，往往打出为贫穷人群提供信息自由的情怀牌，然后给出众筹链接。
但由于总速率资源有限，用户的平均速率资源会极其微薄，这一点他们绝口不提。
后来，“外联网”卫星计划没有圈到钱，黄了；谷歌热气球和FaceBook公司无人机计划也没了下文。
现在，马斯克的“星链”计划又开始火了......
3
要让人人都上网，还得学中国
理论上，一个站点的带宽资源基本固定，所服务的用户数越多，单个用户分得的速率就越少。
那么，如何才能让每个人都能高速上网？
正确的操作方式是缩小站点范围，把站点资源分配给更少的人群，每个人得到的资源就更多。
站点服务范围越来越小，这也是未来5G的发展趋势。
现在，全球共有约500万座4G基站，中国就占据了300多万座，其他不足四成的基站被美国等190多个国家共同拥有。
在大国中，中国的电信覆盖率是第一，遥遥领先于美国、俄罗斯、澳大利亚等国。
为什么中国能取得这样的成就？
这源于中国的“村村通”政策——政府要求95%以上的偏远山区必须有电信信号，而且资费不得高于城镇地区。
自2003年开始，工信部每年都会给三大运营商下达偏远山区电信建设任务，经过十多年的建设，已经完成了目标。
2017年12月份，笔者曾去贵州贫困山区考察扶贫，来到六盘水市淤泥乡岩博村，处于海拔2000米的山地丘陵地带。
一下车，笔者掏出手机测速，发现网速竟然高达30兆。
村干部介绍了当地的网络情况：4G网早就建成了，乡里曾经要求他安排村民去山沟里寻找信号盲区。
这个村干部不知道的是，他们村的网速已经超过了澳大利亚首都堪培拉!
遵义市平正葛哥佬族乡草王坝村，有很多家坐落在一座山头两侧的洼地里。为了这几十户人，相关单位在这里安装了两座铁塔，保证所有人享受到现代通讯带来的便捷。
实际上，这些村民一个月交的话费还不到800块钱，连两座铁塔的电费都不够。
在保证广大偏远贫困地区的电信覆盖率方面，中国走在了全球最前列。在中国，几乎所有偏远山村、铁路沿线、国道两边都有信号。
美国的电信覆盖率远低于中国，就是因为他们走的是完全商业化的道路——运营商更乐意在经济发达的人口密集区建设基站，那里赚钱多，不乐意在人口稀疏的偏远地区建站，因为赚不到钱。
所以，著名的黄石公园居然没有信号，这在中国是无法想象的。
说到底，美国人大喊“给全世界人民提供互联网服务”的口号没有多大实际意义，先搞掂本国的电信覆盖率才是要务。
现在，很多人对我国电信业建设的巨大成就缺乏认识，反而把在美国存在巨大争议的马斯克当神一样崇拜。
在电视访谈节目中，马斯克自己也公开承认，他心目中的航天英雄阿姆斯特朗和尤金赛尔南都公开反对他。
其实，不仅这两位，很多美国专家都很清楚马斯克计划存在着大量技术问题。
当然，我们不能说马斯克的这个计划一无是处，但确实也应该冷静分析、客观看待，没有必要一味热捧，更没必要妄自菲薄。
总监制：吴亮
监制：夏宇
责编：戴丽丽 李逸博
编务：谢芳
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