手机直连卫星6G时代即将开始?
近日,多国发射卫星的动态登上新闻。日本的一枚火箭携8颗卫星在空中自毁,英国即将首次在本土发射卫星,中国成功在海上发射了两颗北斗卫星。
伴随着卫星技术不断更新,各国发射卫星的频次越发频繁。卫星已经逐渐从高精尖产品进入到了工业化、批产化时代。
从上世纪开始,人们就在不断探索卫星应用,尤其是使用卫星进行通讯功能,从摩托罗拉的铱星计划到马斯克的星链计划,再到中国的天通卫星计划,卫星通讯一直是无数电信人的追求目标。
尤其最近几年,频繁的天灾更是加剧了卫星通讯的发展。何时何地随时联通已经成为当前手机的功能热点之一。
令人惊喜的是,手机连接卫星通讯,伴随着6G技术的研发,在未来几年即将成为现实。
文:杨磊
铱星计划生不逢时
发明源于想象。
时光回溯到1945年,当时著名的太空题材科幻作家阿瑟·克拉克,还是一个英军空军雷达技术人员。
年仅28岁的他,在《无线电世界》发表了一篇论文,文中首次提出了卫星通信的可行性:"如果人工发射卫星到地球轨道上,就可以将它作为接收和反射地面信号的中间站,实现将广播和电视信号远距离通信和跨海通信的能力。"
自此之后,使用卫星进行通讯成了无数电信人的梦想。
1987年,全球电信领跑者摩托罗拉的三名工程师决定将这个梦想变为现实。
在他们计算中,卫星飞行在距地面 800 公里的轨道上飞行,手机信号可以直接穿过大气层连通卫星,降低通讯延迟到可接受的程度。
这个疯狂的计划被命名为铱星,因为最初计划中的卫星的数量与元素铱的原子序数相同,都是77。
铱星计划获得了摩托罗拉高层的认可,因为铱星可以满足地球的任何地方的用户,不论他们在哪,都能直接打给全世界另外一个人。
1990年6月25日,摩托罗拉公司正式向全世界宣布了铱星计划,结合当时地球村概念,铱星计划"一号通天下"的口号震惊世界,频刷各国媒体首页。
铱星计划耗资庞大,摩托罗拉选择了融资,融资额度超过 55 亿美元,股东来自美国、加拿大、日本、中国等数十个国家,服务覆盖人口 36 亿,超过 120 个国家批准了铱星业务。
美国的德尔塔2型火箭、俄罗斯的质子K型火箭和我国的长征2号丙改进型火箭分别承担了铱星的发射任务。
8年后,铱星计划正式投入使用,72颗铱卫星均匀地停留在765千米高的6条极地轨道上,其中66颗卫星正式启用,6颗备用,每颗卫星320千克,工作寿命8年。
铱星计划运营后,兴奋的时任美国副总统阿尔·戈尔当即在美国玫瑰园,首次用铱星卫星电话与白宫通话。
然而,就在铱星计划逐步完成的这几年里,地基网络迅速发展,传统手机变得小巧便携,几乎占领了手机市场,尤其是当年的诺基亚5110,火爆全球,成为首部销售过亿的手机。
反观卫星电话,设备和服务成本明显超过客户预期,无法形成稳定的客户群。
2000年3 月17 日,苦苦支撑的铱星公司最终宣告破产,被泛美航空总裁科卢西以2500万美元接手,成为了军方、海事、民航等部门提供服务的小众手机服务商。
星链计划毁誉参半
铱星计划走向失败,地基网络成为主流,但这并没有让人们忽视卫星电话领域。
2015年1月,埃隆·马斯克宣布启动卫星互联网服务项目,项目名为星链。
最初,星链预计花费100亿美元,投放4425颗卫星。
该消息一出,马斯克就受到了各界人士的嘲讽,很多人都质疑他在画大饼,摡因彼时的他身处低谷,虽然拥有三家公司,但每一家都在赔钱。
造电动车的特斯拉虽已上市,但当时的人大都对电动车不感冒,另外两家公司分别是造火箭的SpaceX和太阳能公司SolarCity,都处在持续烧钱阶段,年年亏损。
然而,SpaceX在2015年12月第一次成功完成陆地回收火箭让很多人看到了转机。
2018年3月,SpaceX的猎鹰九号火箭在一次常规发射任务中搭载了2颗星链计划的试验卫星。
次年5月23日,猎鹰9号运载火箭成功将星链首批60颗卫星送入轨道。随后,一批批星链卫星不断升上天空。
随着SpaceX火箭技术的迭代、更新,原计划投放的星链卫星数目也随之增加,由最初的4425颗增加到了42000颗。
目前,星链已经运营了两年,SpaceX累计发射了3208颗星链卫星,其中包括原型卫星和不再运行的测试卫星。
最近,日本天文摄影师藤井大地,午夜拍到了星链G 4-20卫星。画面中,星链卫星排成一行,浩浩荡荡行驶在太空中,十分科幻。
虽然星链发展迅猛,但目前还替代不了地基网络。
据悉,星链的上网服务比传统互联网供应商要贵很多,除了每月支付99美元的上网费用,客户还需要购买一套549美元的星链设备,包括连接卫星所需的碟形天线和一个路由器。
使用时,客户需要将碟形天线放置室外,朝向天空,路由器则放在室内。然后,只需要打开电源,就可以上网,且不需要任何额外的调试。
一位澳大利亚的星链客户表示,碟形天线50米内都有信号。
截至目前,星链已在北美、欧洲、大洋洲和中南美洲的36个国家得到批准、落地应用。SpaceX最近表示,星链已获得超过50万份订单。
星链成为了新世界的铱星计划,但令人遗憾的是,星链自问世起,也带来了一系列的空间使用权和污染问题。
随着星链计划的实施,近地轨道的卫星不断增多,很容易造成"撞车"。
去年7月和10月,我国空间站就因星链卫星变轨造成近距离接触的风险,而被迫紧急执行避碰操作。
除此之外,星链还在俄乌冲突爆发后,首次在军事领域亮相。星链不仅仅是充满未来感的民用科技,也是大国角力的战略武器。
卫星通信不可或缺
卫星通信的重要性正在逐步凸显。
尤其是最近几年,自然灾害和地缘政治冲突日益频繁,基于卫星通信的紧急通讯能力或将成为智能手机的必备功能。
中国卫星通信起步很晚,要追溯到2008年的汶川地震。
当时,汶川地震爆发,地面通信全部中断,基站全塌,电话和手机都打不通。直到31个小时后,依靠国外卫星电话,重灾区映秀才和指挥部联系上,147小时后灾区通信才恢复。
自此之后,国家痛定思痛,天通一号国产卫星电话系统开始论证立项。
2016年8月6日,我国卫星移动通信系统首发星,天通一号卫星01星在西昌卫星发射中心成功发射升空。
2018年3月,中国卫星通讯试用。
2020年1月10日,中国电信正式向社会各界提供天通卫星通信服务,卫星手机是其中的一项服务。
同年11月12日,天通一号02星发射升空。
除此之外,三大运营商完成的99%的网络覆盖率指的是人口覆盖率,相当于30%的非国土覆盖率。
这意味着,很多海洋、深山、沙漠、戈壁无人区都是没有手机信号的。驴友、自驾游、野外作业工作者、渔船、应急抢险救灾等都需要卫星电话对外沟通。
可以说,中国的卫星电话市场并不小。
今年9月6日,华为召开了2022年秋季新品发布会。会上,华为消费者业务CEO余承东向观众们展示了新发布的Mate50系列,和之前透露的"向上捅破天"技术,即支持北斗卫星消息硬件。
余承东表示,"当你身处荒漠无人区、出海遇险、地震救援等无地面网络信号覆盖环境下,你都可通过畅连APP将文字和位置信息向外发出,与外界保持联系,并支持多条位置生成轨迹地图。
苹果手机作为华为Mate50的竞品,在卫星通信领域的技术也不可小觑。
早在去年,就有相关专家预测过iPhone 13系列可能会支持卫星通信,虽然预言并未成真,但iPhone 14 和 iPhone 14 Pro 在今年11月份之后就可以通过卫星与紧急服务进行通信,以便用户可以在不实际呼叫紧急服务的情况下尝试卫星连接。
苹果公司对于卫星通讯的研究早有痕迹。据彭博社称,苹果团队在该领域的探索最早可以追溯到2017年。
然而,发展卫星通信服务需要大规模投资,投资周期可能长达数年,目前卫星直连手机通信要想达到理想状态,至少是三五年甚至七八年。
通信行业专家也表示,目前基于智能手机的卫星通信功能还处于探索和完善阶段,还远远算不上成熟。不过,放眼未来,手机直连卫星的卫星通信服务将是大势所趋,也是6G时代的重要标志。
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