火熱的低軌衛(wèi)星發(fā)展并不是一帆風(fēng)順，也不是想象的那么美好。近日，國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)發(fā)布了《低軌衛(wèi)星展望》報(bào)告，報(bào)告總結(jié)了低軌衛(wèi)星提供互聯(lián)服務(wù)的挑戰(zhàn)，并提出了未來(lái)發(fā)展的一系列問(wèn)題。
在蘋果、華為手機(jī)等新產(chǎn)品宣布實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信的驅(qū)動(dòng)下，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)成為今年業(yè)界一個(gè)熱點(diǎn)。多年來(lái)，多家公司運(yùn)營(yíng)的地球同步衛(wèi)星，提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。然而，這些高軌道衛(wèi)星在提供服務(wù)時(shí)面臨巨大挑戰(zhàn)，例如，信號(hào)從地球到衛(wèi)星返回，均需要跨越36000公里距離，時(shí)延往往超過(guò)600毫秒，無(wú)法滿足現(xiàn)有很多服務(wù)需求。相比之下，低軌地球衛(wèi)星（LEO）系統(tǒng)在160到2000公里之間，可以提供低延遲、高速的互聯(lián)網(wǎng)連接，LEO成為近年來(lái)衛(wèi)星領(lǐng)域一個(gè)熱門方向，吸引大量廠商和資本進(jìn)入。
早在上世紀(jì)90年代，就有企業(yè)開展低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，只是后來(lái)相對(duì)于廉價(jià)的2G地面移動(dòng)通信系統(tǒng)，這一服務(wù)太過(guò)昂貴而失敗。不過(guò)，當(dāng)前商業(yè)發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)展和衛(wèi)星技術(shù)的其他進(jìn)步大大降低了部署低軌衛(wèi)星星座的成本時(shí)，大量參與者涌入。低軌衛(wèi)星能夠?yàn)榈孛嬉苿?dòng)通信無(wú)法提供服務(wù)的區(qū)域和場(chǎng)景提供服務(wù)，在航空、遠(yuǎn)洋、漁業(yè)、石油、環(huán)境監(jiān)測(cè)、戶外越野和軍事等領(lǐng)域有廣泛的場(chǎng)景。
然而，低軌衛(wèi)星發(fā)展并不是一帆風(fēng)順，也不是想象的那么美好。近日，國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)發(fā)布了《低軌衛(wèi)星展望》報(bào)告，報(bào)告總結(jié)了低軌衛(wèi)星提供互聯(lián)服務(wù)的挑戰(zhàn)，并提出了未來(lái)發(fā)展的一系列問(wèn)題。
報(bào)告指出，低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)能夠顯著改善生活。低軌衛(wèi)星系統(tǒng)能夠在任何地方為高速移動(dòng)的用戶提供穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)接入，但在行業(yè)應(yīng)用方面仍面臨諸多風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)。一是尚未形成成熟的商業(yè)及運(yùn)營(yíng)模式，低軌衛(wèi)星系統(tǒng)服務(wù)價(jià)格仍然居高不下，對(duì)于農(nóng)村及偏遠(yuǎn)地區(qū)等地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋的地區(qū)，仍需要政府補(bǔ)貼及其他財(cái)政支持才能夠負(fù)擔(dān)這項(xiàng)服務(wù)；二是政策和監(jiān)管法規(guī)尚不完善，尚未形成統(tǒng)一的國(guó)際組織為低軌衛(wèi)星和其他非地球同步軌道衛(wèi)星分配或管理地球軌道資源；三是技術(shù)瓶頸仍有待突破，低軌衛(wèi)星系統(tǒng)開放標(biāo)準(zhǔn)亟需建立以增強(qiáng)不同星座間的互操作性，低軌衛(wèi)星系統(tǒng)仍存在嚴(yán)重的安全與隱私泄露隱患，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施安全性能仍需提升。
低軌衛(wèi)星提供互聯(lián)服務(wù)的挑戰(zhàn)
在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)看來(lái)，低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入行業(yè)仍處于起步階段。目前，只有SpaceX的Starlink提供規(guī)模相對(duì)較大的互聯(lián)網(wǎng)接入，在軌超過(guò)3000多顆衛(wèi)星，但直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也加快速度，如OneWeb、Telesat和Kuiper等。低軌衛(wèi)星互聯(lián)面臨的挑戰(zhàn)包括：
1.可負(fù)擔(dān)成本的挑戰(zhàn)
低軌衛(wèi)星互聯(lián)市場(chǎng)不成熟，市場(chǎng)還未形成用戶可負(fù)擔(dān)的起成本的服務(wù)，尤其是對(duì)于那些偏遠(yuǎn)地區(qū)未連接的用戶。在直接面向消費(fèi)者的商業(yè)模式中，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商通常對(duì)地面終端收取初始費(fèi)用，并對(duì)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)收取月費(fèi)。以Starlink為例，目前其地面終端一次性收費(fèi)600美元，在許多國(guó)家每月收費(fèi)約100美元，這一成本僅有少數(shù)用戶能夠承擔(dān)。如果價(jià)格居高不下，許多個(gè)人用戶，尤其是低收入國(guó)家的用戶，可能無(wú)法負(fù)擔(dān)這項(xiàng)服務(wù)。
部分政府提供衛(wèi)星互聯(lián)的補(bǔ)貼計(jì)劃，以幫助用戶訪問(wèn)低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。例如，在一段時(shí)間內(nèi)補(bǔ)貼初始設(shè)備和月度訂閱費(fèi)用。然而，這一補(bǔ)貼并不具有可持續(xù)性。
隨著越來(lái)越多的衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商上線接入服務(wù)，加上地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)不斷完善，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的定價(jià)將受到怎樣的影響還有待觀察。目前，業(yè)界還在探索其他商業(yè)模式，運(yùn)營(yíng)商也在考慮需要在多大規(guī)模的需求上進(jìn)行定價(jià)可以實(shí)現(xiàn)盈利。
2.與現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)商競(jìng)爭(zhēng)的挑戰(zhàn)
由于低地球軌道系統(tǒng)為互聯(lián)網(wǎng)接入提供了新的選擇，因此，現(xiàn)有的地球靜止軌道衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)提供商、光纖、寬帶和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在一定程度上受到挑戰(zhàn)，這些群體也努力發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)爭(zhēng)奪資源，降低低地球軌道提供商獲取頻譜、許可證和政府資金的能力。這方面的競(jìng)爭(zhēng)既有行動(dòng)上的競(jìng)爭(zhēng)，也有在位者試圖制造進(jìn)入壁壘，阻止基于不同技術(shù)的新競(jìng)爭(zhēng)。
3.并購(gòu)整合的挑戰(zhàn)
隨著低軌衛(wèi)星互聯(lián)參與者的增多，這些主體不得不接受所有壟斷市場(chǎng)力量和經(jīng)濟(jì)整合問(wèn)題的影響。隨著低軌衛(wèi)星系統(tǒng)部署的增加，部分運(yùn)營(yíng)商有可能被其他運(yùn)營(yíng)商收購(gòu)。例如，去年11月，美國(guó)衛(wèi)訊公司（Viasat）宣布，將以73億美元的價(jià)格收購(gòu)國(guó)際海事衛(wèi)星組織（Inmarsat），此舉將創(chuàng)造一家全球領(lǐng)先的衛(wèi)星通信公司，這一并購(gòu)目前已獲得多個(gè)國(guó)家的批準(zhǔn)。未來(lái)，類似的并購(gòu)整合還會(huì)不斷出現(xiàn)。
4.軌道和頻譜資源的爭(zhēng)奪
聯(lián)合國(guó)外層空間事務(wù)廳（UNOSA）曾出臺(tái)過(guò)一個(gè)外層空間發(fā)射物登記的制度，它已成為確定哪些國(guó)家對(duì)哪些太空物體（包括衛(wèi)星碎片）承擔(dān)國(guó)際責(zé)任的一種手段。然而，很多人擔(dān)心這一登記并不完整，而且沒(méi)有關(guān)于如何報(bào)告對(duì)象的商定標(biāo)準(zhǔn)。
目前沒(méi)有任何國(guó)際組織為低軌衛(wèi)星和其他非地球同步軌道衛(wèi)星分配或管理軌道。現(xiàn)有的12個(gè)低地球軌道系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商只向其希望運(yùn)營(yíng)的國(guó)家的監(jiān)管機(jī)構(gòu)申請(qǐng)頻譜分配，并在申請(qǐng)中指定其預(yù)期軌道。
由于低地球軌道基本上是先到先得的，占用軌道不收取任何費(fèi)用，最佳軌道是一種有限的資源。因此，早期進(jìn)入者有很強(qiáng)的動(dòng)機(jī)來(lái)迅速接管盡可能多的軌道，從而使后來(lái)的進(jìn)入者可選余地不多。為了避免占用軌道，一些監(jiān)管機(jī)構(gòu)正在制定擴(kuò)建要求，其中低軌衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商必須滿足一定的部署時(shí)間表，以保持其頻譜分配。
聯(lián)合國(guó)和平利用外層空間委員會(huì)（COPUOS）關(guān)于空間活動(dòng)長(zhǎng)期可持續(xù)性的無(wú)約束力準(zhǔn)則重申了國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）章程第44條和第45條中的原則，并強(qiáng)調(diào)需要促進(jìn)外層空間活動(dòng)的長(zhǎng)期可持續(xù)性。提出了使各國(guó)家能夠公平地利用軌道和頻率，同時(shí)考慮到發(fā)展中國(guó)家的特殊需要和特定國(guó)家的地理情況。在2019年世界無(wú)線電大會(huì)上，國(guó)際電信聯(lián)盟出臺(tái)規(guī)定，要求低軌衛(wèi)星星座在開始部署后的頭兩年內(nèi)將其星座的10%送入軌道，五年內(nèi)將50%送入軌道，七年內(nèi)將100%送入軌道。這一決定旨在防止未實(shí)現(xiàn)或失敗的項(xiàng)目長(zhǎng)期占用有限且有價(jià)值的頻譜，“要么使用它，要么失去它。”
5.空間碎片的挑戰(zhàn)
隨著數(shù)千顆數(shù)萬(wàn)顆衛(wèi)星發(fā)射至低地球軌道，形成一層潛在的地球外殼，加上低地球軌道上已經(jīng)有非常豐富的各類物體，未來(lái)有可能產(chǎn)生大量的衛(wèi)星碎片，包括計(jì)劃中退役的衛(wèi)星和計(jì)劃外的衛(wèi)星（如碰撞后失聯(lián)）。這些碎片可能會(huì)對(duì)近地軌道空間的其他互聯(lián)網(wǎng)接入系統(tǒng)造成物理破壞，在空間和地面上造成干擾或造成威脅。
目前，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)要求低軌衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商在運(yùn)營(yíng)結(jié)束后的5年內(nèi)使其衛(wèi)星脫離軌道。聯(lián)合國(guó)和平利用外層空間委員會(huì)《空間碎片緩減準(zhǔn)則》、國(guó)際機(jī)構(gòu)間空間碎片協(xié)調(diào)委員會(huì)（IADC）《碎片緩減指南》、《關(guān)于近地軌道衛(wèi)星大星座的聲明》以及ISO標(biāo)準(zhǔn)ISO-24114《空間系統(tǒng)-空間碎片減緩要求》等標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)此有指導(dǎo)。
6.關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和國(guó)家安全的挑戰(zhàn)
隨著低地球軌道系統(tǒng)在民用、政府和軍事用途的擴(kuò)大，低地球軌道的系統(tǒng)將成為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，從而使其受到相關(guān)國(guó)家政策和國(guó)際規(guī)范的保護(hù)。低軌衛(wèi)星系統(tǒng)也成為有組織犯罪和對(duì)國(guó)家攻擊的一個(gè)目標(biāo)，特別是如果它們用于軍事目的。即使是純民用低地球軌道系統(tǒng)也可能被視為對(duì)國(guó)家空間資產(chǎn)（例如空間站）的干擾，或是未來(lái)潛在的國(guó)家安全威脅。
7.系統(tǒng)容量的挑戰(zhàn)
低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)容量一直是運(yùn)營(yíng)商需要解決的問(wèn)題。例如，Starlink有大約80萬(wàn)用戶，系統(tǒng)的容量限制尚不清楚，研究機(jī)構(gòu)Ookla報(bào)告稱，2022年第二季度，某些市場(chǎng)的Starlink連接速度有所下降，而SpaceX在法國(guó)、加拿大和美國(guó)推出了新的優(yōu)先流量服務(wù)級(jí)別，并且收到不少投訴。但目前尚不清楚，在SpaceX繼續(xù)構(gòu)建其完整星座的過(guò)程中，這些問(wèn)題是否只是成長(zhǎng)的煩惱。隨著部署的增加，訪問(wèn)開放數(shù)據(jù)非常重要，這樣獨(dú)立的研究機(jī)構(gòu)就可以根據(jù)支持的用戶數(shù)量、延遲、吞吐量和可靠性來(lái)衡量低軌衛(wèi)星系統(tǒng)的容量。
8.互操作性和開放標(biāo)準(zhǔn)的挑戰(zhàn)
當(dāng)前的低軌衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商似乎正在創(chuàng)建多個(gè)獨(dú)立且互不兼容的低軌衛(wèi)星星座，鑒于適當(dāng)?shù)能壍罃?shù)量有限，運(yùn)行成本高，理想的情況是低地球軌道系統(tǒng)能夠與地面網(wǎng)絡(luò)兼容互操作。
理想情況下，從低軌衛(wèi)星系統(tǒng)接收的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)應(yīng)是與通過(guò)地面寬帶或移動(dòng)連接接收的連接類型相同的連接。在地面部分，它應(yīng)該使用互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）、3GPP和其他標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)發(fā)布的開放標(biāo)準(zhǔn)。Starlink支持大多數(shù)當(dāng)前協(xié)議，盡管用戶報(bào)告IPv6的可用性不一致，我們認(rèn)為IPv6協(xié)議對(duì)互聯(lián)網(wǎng)未來(lái)的容量極為重要。互聯(lián)網(wǎng)開放標(biāo)準(zhǔn)確保了互操作性，并與全球互聯(lián)網(wǎng)的其他部分提供了共同的用戶體驗(yàn)。
9.隱私和安全性的挑戰(zhàn)
用于互聯(lián)網(wǎng)接入的低軌衛(wèi)星系統(tǒng)的用戶應(yīng)至少具有與常規(guī)寬帶或無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)連接相同的隱私通信支持級(jí)別，以防止竊聽、篡改和未經(jīng)授權(quán)的互聯(lián)網(wǎng)流量重定向，應(yīng)以確保端到端加密的方式支持傳輸層安全。
低軌衛(wèi)星系統(tǒng)為本已復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施增加了新的復(fù)雜性，它包括將衛(wèi)星連接到互聯(lián)網(wǎng)的地面站和客戶用于連接衛(wèi)星的地面終端。正如美國(guó)政府最近的一份文件所概述的，衛(wèi)星基礎(chǔ)設(shè)施有許多領(lǐng)域需要安全保障，而低軌衛(wèi)星系統(tǒng)帶來(lái)了額外的挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@一領(lǐng)域有太多的衛(wèi)星。
低軌衛(wèi)星互聯(lián)未來(lái)發(fā)展的一些質(zhì)疑
在諸多挑戰(zhàn)下，低軌衛(wèi)星互聯(lián)未來(lái)存在多個(gè)方向的疑問(wèn)，需要業(yè)界共同探討。
1.總體市場(chǎng)規(guī)模
許多因素正在推動(dòng)基于低地球軌道的互聯(lián)網(wǎng)接入市場(chǎng)，包括衛(wèi)星和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步、小型化和快速降低的發(fā)射成本，再加上政府資金或補(bǔ)貼、基本上開放的接入軌道，以及對(duì)空中和水上互聯(lián)網(wǎng)接入的需求。
然而，有分析師認(rèn)為，低軌衛(wèi)星賽道已經(jīng)非常擁擠，基于低軌衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的總體可用市場(chǎng)是什么？是否只對(duì)偏遠(yuǎn)或服務(wù)不足的地區(qū)有用？鑒于目前星座軌道覆蓋范圍有限，該接入對(duì)極地地區(qū)是否可行？這些問(wèn)題都是未來(lái)業(yè)界需要回答的。
2.可持續(xù)的商業(yè)模式
在提供基于低軌衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)接入的熱潮中，多家運(yùn)營(yíng)商對(duì)星座都進(jìn)行了大量投資。這些運(yùn)營(yíng)商在探索各類服務(wù)，有些關(guān)注個(gè)人用戶的直接訂閱，有些側(cè)重于企業(yè)或地面的回傳，還有一些的目標(biāo)是為航空公司或船舶提供Wi-Fi。不過(guò)，各家運(yùn)營(yíng)商有一個(gè)一致的服務(wù)對(duì)象，即物聯(lián)網(wǎng)。
這產(chǎn)生了多個(gè)疑問(wèn)，不同的商業(yè)模式都是可持續(xù)的嗎？如果它們不可持續(xù)，政府會(huì)補(bǔ)貼它們的運(yùn)營(yíng)嗎？政府會(huì)用什么標(biāo)準(zhǔn)來(lái)決定為哪些運(yùn)營(yíng)提供資金？這會(huì)使資金從基于地面移動(dòng)通信接入轉(zhuǎn)移嗎？如果沒(méi)有政府撥款、補(bǔ)貼或軍事支出，純消費(fèi)者的接入服務(wù)是否可行？當(dāng)某些低軌衛(wèi)星系統(tǒng)在財(cái)務(wù)上不可持續(xù)時(shí)，會(huì)對(duì)用戶會(huì)產(chǎn)生什么影響？
3.太空中天氣的影響
目前尚不清楚低軌星座是否充分了解來(lái)自太空天氣（如太陽(yáng)風(fēng)暴）的威脅，以及它們?nèi)绾斡绊懟ヂ?lián)網(wǎng)接入。2022年2月，SpaceX公司報(bào)告稱，一場(chǎng)太陽(yáng)風(fēng)暴導(dǎo)致其40多顆衛(wèi)星丟失。
如果我們遇到一個(gè)10倍或100倍大的太陽(yáng)風(fēng)暴，它將如何影響低軌星座的衛(wèi)星？低軌衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)這些類型的威脅有多大的彈性？
4.外部性、補(bǔ)貼和真實(shí)成本
提供低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入的真實(shí)成本可能難以評(píng)估，這不僅是因?yàn)橥獠砍杀尽⒀a(bǔ)貼、贈(zèng)款、稅收減免和軍事投資，還因?yàn)榕c其他業(yè)務(wù)（如太空發(fā)射）的整合和商業(yè)機(jī)密性可能會(huì)掩蓋總運(yùn)營(yíng)成本。提供低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入的外部成本包括軌道碎片（如增加碰撞避免、跟蹤和清理），以及與制造、發(fā)射、退役和不受控的環(huán)境成本。這些外部成本由社會(huì)承擔(dān)，也可能由不提供或不使用基于低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入的國(guó)家承擔(dān)。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，低軌衛(wèi)星是否會(huì)像其他互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)一樣經(jīng)濟(jì)高效？什么是最有效、最經(jīng)濟(jì)、最可持續(xù)地利用公共資金來(lái)支持未服務(wù)或服務(wù)不足人群的互聯(lián)網(wǎng)接入？
5.環(huán)境成本
環(huán)境成本雖然與互聯(lián)網(wǎng)接入沒(méi)有直接關(guān)系，但低軌衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)環(huán)境影響確實(shí)存在。我們可能很快就會(huì)用成千上萬(wàn)顆衛(wèi)星組成的不同外殼包圍我們的地球，除了對(duì)空間碎片的擔(dān)憂之外，還存在制造衛(wèi)星對(duì)環(huán)境的影響以及創(chuàng)建所有這些星座所需的大量火箭發(fā)射，以及許多退役衛(wèi)星在重返大氣層過(guò)程中燒毀對(duì)大氣層的影響等問(wèn)題。
6.對(duì)天文學(xué)影響的質(zhì)疑
自20世紀(jì)50年代末發(fā)射第一顆衛(wèi)星以來(lái)，衛(wèi)星一直是天文學(xué)研究的一部分。但大規(guī)模低軌衛(wèi)星星座對(duì)光學(xué)、天文學(xué)活動(dòng)影響已受到相關(guān)機(jī)構(gòu)的質(zhì)疑，尤其是對(duì)低軌衛(wèi)星在軌道上反射太陽(yáng)光留下的軌跡提出了擔(dān)憂。目前業(yè)界正在努力減少衛(wèi)星對(duì)觀測(cè)的影響，包括通過(guò)使用圖像處理技術(shù)從圖像中去除衛(wèi)星的存在。然而，當(dāng)所有計(jì)劃中的低軌衛(wèi)星在不久的將來(lái)發(fā)射時(shí)，對(duì)天文學(xué)研究的全面影響尚不清楚。
早在數(shù)年前，天文學(xué)家就表示“貫穿整個(gè)時(shí)代的每種文化都珍視星空，并已將其融入各自的文化中。當(dāng)SpaceX和其他企業(yè)準(zhǔn)備雄心勃勃的占領(lǐng)太空時(shí)，卻沒(méi)有哪個(gè)國(guó)際機(jī)構(gòu)或組織能夠規(guī)范其行為，為人類共有的星空和軌道提供足夠的保護(hù)。”國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì) (IAU)此前宣布成立一個(gè)全新的中心，以統(tǒng)一天文學(xué)家并抵制這些星座。
以上內(nèi)容主要來(lái)自于國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)發(fā)布的《低軌衛(wèi)星展望》，可以看出，這一報(bào)告從非常理性的角度，對(duì)當(dāng)前發(fā)展正在火熱的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)提出靈魂拷問(wèn)。
