深度解码SpaceX（下）：星链事务的开展发展，以及中美差异
文｜AlphaEngineer，作者 | 费斌杰
在上篇文章中，咱们对SpaceX的发射事务进行了深化解读。
比较发射事务（Launch）而言，星链事务（Starlink）不管从成绩弹性的视点，仍是地缘政治的视点而言，都更为重要。
这篇文章咱们聚集于SpaceX的星链事务，力求把它说透。
星链事务触及军工，因而很少有揭露材料。Morgan Stanley上星期发布的130页SpaceX大陈述是咱们探求SpaceX的富矿，值得仔细阅读。陈述链接放在文末，欢迎感兴趣的朋友去看原文。
本文共有10个要害：
星链（Starlink）：人类历史上最大的LEO卫星星座
星链（Starlink）是SpaceX旗下的低轨卫星网络（LEO，Low Earth Orbit）。
现在Starlink网络具有超越5600颗活泼卫星，构成了人类历史上最大的卫星星座。所谓卫星星座（Satellite Constellation），是指由一组人造卫星一起构成的通讯体系。
Starlink的卫星星座在太空中构成了一张巨大的卫星互联网，与由地上基站、用户终端构成的地上互联网相连，向客户供给通讯服务。
截止现在，Starlink具有超越260万名活泼用户，而且这个数字正在以每周2.5万的速度快速增长。
迄今为止（~24年4月），SpaceX现已向LEO发射了超越6000颗星链卫星，其间大约400颗卫星已脱离轨迹，有5600颗卫星正在运转，占到全球总活泼卫星数量的50%左右，具有无足轻重的方位。
估计未来几年中，星链卫星数量仍将快速增长。
2022年12月，SpaceX取得了美国联邦通讯委员会（FCC）的同意，可将总计12000颗星链卫星发射进入轨迹。
在这个基础上，SpaceX正在活跃寻求FCC的定见，期望同意发射42000颗卫星入轨，现在仍未得到允许。
建造第二代卫星星座，完成Direct-to-Mobile
SpaceX共发射过4种版别的星链卫星，别离称为v0.9，v1，v1.5，v2.0 Mini。
现在Starlink星座中占比最高的是v1.5的卫星。SpaceX方案未来许多发射v2.0卫星，构建第二代卫星星座，然后大幅提高通讯才能。
一代星座（Gen1 Constellation）是星链开端的卫星网络。由超越4600颗卫星组成，包括v0.9、v1和v1.5星链卫星。
v0.9是SpaceX的prototype卫星，于2019年5月发射进入太空，每个v0.9卫星分量约500磅。
v1初次于2019年11月发射，迄今为止SpaceX已发射约1700颗v1卫星。v1卫星装备了相控阵天线（Phased Array Antennas），重约570磅。
v1.5作为v1的晋级版别，于2021年9月初次推出。到现在，SpaceX已发射近3000颗v1.5卫星，使其成为星链星座中占比最高的卫星。
比较v1，v1.5装备了卫星间激光通讯体系，使卫星之间能够直接彼此通讯。这个功用十分重要，它有用降低了对地上基站的数量要求。
一颗v1.5卫星的分量约为675磅，比v1的卫星大了一圈，每颗卫星能够支撑18-20 Gbps的带宽。
二代星座（Gen2 Constellation）是SpaceX行将推出的卫星星座，估计将显着提高用户的通讯速度，由v2.0卫星构成。
与v1.5 相似，v2.0也将装备激光器，用于卫星间彼此通讯。此外，v2.0将运用E-band频率进行backhaul，并将装备更高功能的电动推动器。
每个v2.0卫星重约2500磅，将支撑相当于v1.5卫星4倍的通讯容量，每颗卫星能够支撑约100 Gbps的带宽。
v2.0卫星比v1.5重许多，有必要经过星舰（Starship）进行运载发射，但星舰现在依然处于测验中，SpaceX现有最强的运载火箭依然是Falcon 9以及Falcon Heavy。
为了不耽搁Gen2星座的建造，SpaceX于2023年2月推出了v2.0 Mini卫星，分量约1500磅，能够经过Falcon 9运输到太空中。
关于一颗以17000英里/小时的速度穿行于太空的卫星来说，要让它和坐落500英里外地球上的手机相连，是一项十分艰巨的使命，现在的Gen1星座还不支撑卫星与手机直连。
为了完成“Direct-to-Mobile”，建造Gen2星座是必要的一步。
从GEO到LEO，星链背面有哪些黑科技
在星链呈现之前，卫星通讯的传统办法是GEO（geostationary），即对地停止卫星。
GEO卫星与地球坚持相对停止，运转在赤道上空约35000千米的高空，这个轨迹被称为“对地停止轨迹”。
传统的卫星通讯服务，往往只由一颗对地停止卫星供给。而Starlink经过在近地轨迹布置几千颗低轨卫星，交错构成低空卫星互联网。Starlink的卫星运转在间隔地上550千米的高空，比GEO卫星低多了。
要知道，卫星与地上间隔越远，数据传输的推延就越显着。因而GEO卫星只能用来发发电报，所谓窄带通讯，无法支撑视频电话、直播流媒体等宽带通讯需求。
Starlink卫星上运用的重要技能包括：
（1）主动防撞体系（Autonomous Collision Avoidance）：星链卫星能够自主勘探并逃避迎面而来的星际碎片或航天器。
（2）星球追寻器（Star Tracker）：每颗卫星都配有星球追寻体系，由一系列传感器构成，可根据观测到的恒星方位确认卫星本身的方位、高度和方向。
（3）太空激光器（Optical Space Lasers）：SpaceX运用激光技能，让卫星之间能够直接彼此通讯，而无需经过坐落地球表面的基站进行数据重定向，显着提高了数据传输速度。
（4）相控阵天线&抛物面天线（Phased Array & Parabolic Antennas）：每颗星链卫星装备了4 个相控阵天线和2个抛物面天线。相控阵天线是平面的、静态的，而抛物面天线则是曲面的，能够人工操作调整。
（5）氪动力离子推动器（Krypton-powered Ion Propulsion Systems）：星链卫星运用氪动力离子推动器调整本身的状况，履行升轨或离轨使命。Starlink卫星是人类有史以来第一个选用氪动力推动的航天器。
现在卫星的出产制作是一个劳动密集型的流程，不具备规划效应，就像是福特创造流水线之前的轿车出产工艺。
经过现代化流水线出产，空客旗下的OneWeb能够每天出产2颗卫星。SpaceX也标明正在活跃布置卫星的主动化出产线，提高卫星产能，然后满意Gen2星座的布置需求。
星链的用户规划有望从260万增长到10亿
Starlink的卫星通讯服务于2021年2月正式向大众敞开。到22年末，Starlink的订阅数到达了100万人。23年9月，Starlink订阅数到达200万。
截止24年3月，Starlink现已具有260万名订阅用户，差不多每周添加2.5万名用户。跟着第二代星座的布置，星链的通讯才能和带宽水平将显着提高，估计Starlink的用户集体将持续快速增长。
Starlink首要有四种类型的订阅用户，它们别离是：
（1）Households/Stationary Business subscribers：家庭 & 固定商业
（2）Maritime subscribers：海事
（3）RV subscribers：房车
（4）Aviation subscribers：航空
除此之外，跟着第二代星座的布置，Starlink有望拓宽第五类场景：移动智能终端，包括手机、轿车、无人机、eVTOLs等。
第二代星座能够完成“Direct-to-Mobile”，然后让星链为移动智能终端供给卫星通讯服务，不需求额定装备终端接收器。
Morgan Stanley估计，假如只考虑前四大场景，Starlink总用户规划将从24年末的380万增长到2040年的3200万。假如将第五类场景包括在内，Starlink的用户规划有望在2040年到达10亿。
Starlink的全球掩盖地图
Starlink现在并没有向全球用户敞开。这一方面是因为星链现在通讯承载才能有限，另一方面和地缘政治密切相关。
23年10月之前，美国只要部分区域能够接入星链网络，可是跟着SpaceX发射布置v2 Mini卫星入轨，星链的通讯掩盖才能得到了显着提高。
现在整个美国区域都能够接入星链网络，大多数欧洲国家、日本、澳大利亚、新西兰等也能够接入星链网络。
23年末，印度国家议会发布了新的《电信法案》，为国际卫星通讯服务商供给了准入流程，将有助于Starlink进入印度商场。
南美洲和非洲现在处于waiting list，而星链在我国、俄罗斯、中东部分区域不可用。
Starlink是怎样收费的呢？
SpaceX供给5种通讯服务方案，别离称为Standard、Priority、Mobile、Mobile Priority、Aviation。
（1）Standard：首要面向个人或家庭客户，终端接收器固定不动，一般把终端接收器装置在家庭房顶上。
（2）Priority：Standard的高端版别，也是面向固定的用户终端，但首要服务于商业或政府用户，一般把终端接收器装置在办公大楼的房顶。
（3）Mobile：Starlink面向移动用户终端推出的服务方案，比方房车用户，能够把终端接收器装置在房车的顶棚上，合适外出旅行野营时的通讯需求。
（4）Moblie Priority：Mobile的高端版别，也是面向移动的用户终端，但首要服务于游轮和船只，一般把终端接收器装置在船顶。
（5）Aviation：Starlink为飞机供给的通讯服务方案，供给给商业航空公司运用，这个方案的定价比前4个方案贵许多。
在正式运用Starlink的卫星通讯服务之前，一切用户都需求购买终端接收器。关于Standard、Mobile方案的客户，能够选购规范终端，定价$599；关于Standard Priority、Mobile Priority的客户，需求选购高功能终端，定价$2500。
终端的收购归于一次性费用，然后用户每个月需求再付出通讯服务的套餐费用。
以Standard服务方案为例，用户需求先花$599购买规范终端，然后每月付出$120购买服务套餐。这么算下来，一年的总资费为$2040，并不廉价。
SpaceX的Aviation服务方案比较特别，它需求专门装备一款高功能终端，其名称为“low-profile Aero Terminal”，定价15万美金，比其他方案的终端设备贵得多。每月的通讯套餐服务价格为2.5万美金，因而一年开支约为45万美金。
SpaceX + 电信运营商：建造太空中的蜂窝铁塔
自2022年起，SpaceX现已宣告与多家电信运营商、航运公司、航空公司树立协作伙伴关系，为它们供给根据星链的卫星通讯服务。
下图把SpaceX这两年的商业协作状况总结的十分明晰，咱们选择几个重点来讨论。
2022年8月，SpaceX与T-Mobile一起推出一项名为“Coverage Above & Beyond”的方案，方针是经过接入卫星通讯才能，让你不管走到哪里，手机都有信号。
据统计，美国有挨近20%的国土面积没有被地上移动通讯网络掩盖，因而存在信号死角的状况。这时星链卫星充当了“太空中的蜂窝铁塔”，假如T-Mobile用户的手机无法与地上基站树立衔接，手机将主动转向太空并从最近的星链卫星获取信号。
SpaceX与T-Mobile方案在2024年正式推出这项服务。
除了T-Mobile之外，SpaceX最近还与瑞士的Salt、新西兰的One New Zealand、加拿大的Rogers、澳大利亚的Optus、日本的KDDI、智利的Entel等电信巨子树立了“Direct-to-Mobile”的协作关系。
星链 + 国防 = 星盾
2022年12月，SpaceX推出了新的事务部门：Starshield（星盾），正式将星链卫星用于军事范畴，服务美国政府及军方。
简而言之，星盾其实便是专供美国军方运用的星链。
截止现在，Starshield现已取得多项美国政府和军方的合同。23年10月，SpaceX与Space Force签署了一份为期一年、价值7000万美金的分散近地轨迹（PLEO）卫星服务合同，为其空中、陆地及海洋上的各种固定及移动单位供给高质量、低推延的卫星通讯服务。
2023年12月，Space Force宣告Starshield在北极区域成功完成了为期9个月的军事测验。虽然气候恶劣，Starshield依然展示出了极高的稳定性和可靠性。
与此同时，SpaceX正在与NRO（National Reconnaissance Office）协作建造一个秘要的地球观测卫星星座，这份合同价值18亿美金，于2021年签署。
提到星盾，就不得不提PWSA。
美国的Space Development Agency（SDA）现在正在与商业卫星制作商协作建造一个低轨卫星星座，用于增强美国的导弹防御才能，该网络被称为“PWSA”，全称是Proliferated Warfighter Space Architecture。
PWSA将包括多层次卫星网络，供给根据LEO的导弹监控及预警才能。SDA现在正在与多家商业卫星厂商协作，分层级建造PWSA卫星网络。
SpaceX现在在第零层供给了4颗星链卫星，SDA为此付出了1.49亿美金。PWSA的第零层总共包括28颗卫星，其间有19颗用于数据传输、8颗用于导弹预警、1颗用于测验。
除了SpaceX外，第零层的卫星供货商还包括York Space Systems、Lockheed Martin、L3Harris Technologies。
截止现在，SDA现已在第零层布置了卫星，而第一层、第二层没有发动。第一层估计会包括150颗卫星，于24H2开端发射。第二层将包括250颗卫星，于26/27年开端发射。第三层、第四层的相关方案仍未发布，估计PWSA的规划最终会扩展到大约550颗卫星。
星链在俄乌抵触中起到了要害效果
近年来跟着国际形势的动乱，星链在地缘军事抵触中开端起到越来越重要的效果。
星链在俄乌抵触、加以抵触中起到的决定性效果，凸显了在重要区域加强通讯容量冗余的必要性。
此前咱们普遍认为，卫星通讯的首要方针是去掩盖那些地球表面上还没有被地上网络掩盖到的偏远区域，比方加拿大北部区域、南乔治亚岛等。
可是2023年3月，美国太空司令部的James Dickinson将军在谈论SpaceX在俄乌战役中展示的星链通讯才能时提到：关于现代战役而言，扩展对已掩盖区域的卫星通讯容量，并构成必要的冗余和弹性，是十分有必要的。
2022年2月，跟着俄乌抵触拉开序幕，乌克兰地上通讯网络被炸毁，乌克兰时任副总理Mykhailo Fedorov恳求SpaceX激活在乌克兰区域的Starlink卫星通讯服务。
SpaceX应乌克兰的要求，向其供给了终端接收器，并发动了星链通讯服务。乌克兰的布衣能够运用星链来访问互联网，军方则经过星链来搜集情报，引导无人机履行军事行动。
2022年9月，马斯克向五角大楼通报称，SpaceX现已向乌克兰捐献了2万个星链终端接收器，耗资8000万美金，假如得不到清晰的政府赞助，将无法持续向乌克兰供给星链通讯服务。
同月，SpaceX拒绝了乌克兰军方在Sevastopol区域激活星链通讯服务的恳求。马斯克估测，乌克兰军方之所以提出这个恳求，是为了击沉停靠在此处的许多俄罗斯舰队。
马斯克标明，假如同意了这一激活恳求，就标明SpaceX清晰参加了严重战役行为和抵触晋级，因而拒绝了这一恳求。
2023年6月，五角大楼宣告与SpaceX达成协议，为SpaceX在乌克兰的星链服务供给清晰资金支撑，详细买卖细节没有发表。截止2023年9月，乌克兰情报总局局长Kyrylo Budanov标明，乌克兰军方正在战役前哨大范围运用星链通讯服务。
Starlink、国网、Iris：主权星座竞赛已然开端
现在Starlink的卫星数量现已占到一切绕地球运转的卫星总数的一半以上，具有压倒性的竞赛优势。该范畴的首要参加者包括：
（1）我国国网：2021年4月，我国航天科技集团（CASC）宣告方案建造由13000颗卫星组成的国家卫星互联网星座，简称“国网”。2023年夏日，国网卫星正式开端经过长征运载火箭送入太空轨迹。
（2）欧盟Iris：2022年11月，欧盟正式宣告发动Iris项目，建造要害太空基础设施，以削减对第三国的依靠，保证欧盟的自治主权，并在地上网络缺失或中止的状况下，供给要害的通讯服务。欧洲议会现在现已同意24亿欧元的预算，作为Iris项目的第一阶段投入。
（3）Eutelsat OneWeb：Eutelsat OneWeb是由GEO卫星运营商Eutelsat和LEO卫星运营商OneWeb于2023年兼并建立的公司，旨在将GEO卫星的高吞吐量优势与LEO卫星的低推延特性相结合，供给归纳的卫星通讯服务。
截止2023年12月，Eutelsat OneWeb的卫星网络共包括630颗LEO卫星以及36颗GEO卫星，其卫星首要由空客（Airbus）制作。
但是由于种种原因，Eutelsat OneWeb的卫星布置方案再三推延，该公司近期下调了24财年的成绩指引。
（4）Amazon Project Kuiper：Project Kuiper于2018年正式发动，并于2020年7月取得FCC同意，能够布置由3236颗卫星组成的LEO星座。Amazon在Project Kuiper上装备了超越1000名工程师，并经过与ArianeGroup、自家的Blue Origin、竞对SpaceX、以及United Launch Alliance协作，将卫星发射进入太空轨迹。
除此之外，还有Intelsat、SES、Telesat、Iridium、Lynk Global、Globalstar等卫星通讯网络供给商参加竞赛。
至此，咱们对SpaceX的星链事务进行了全面解读。
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