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萬顆衛星、百億美元的太空大賭局時代

原標題:萬顆衛星、百億美元的太空大賭局時代

虎嗅精選組作品

作者丨李賡

頭圖丨視覺中國

幾千上萬顆衛星上天,繞著地球滴溜溜轉,把信號覆蓋到地球任何任何一個角落,不管在何處你都可以通過它們連接上互聯網。上網的質量還一點都不差,速度和延遲甚至比普通有線網絡更好。讓你在地球上真正隨時隨地都能連接上互聯網。

這是一個很多民營太空公司在PPT里面描繪的美好未來。

粗略統計下來,全球范圍內已經宣布自己將會發射互聯網衛星星座的公司,已經超過了10家,上面這些都是整體規模比較大的。簡單做個加法,它們星座的總體規模已經超過了2萬顆。而從上世紀60年代至今、人類在歷經接近60年的太空開發之后,在軌的人造衛星數量也不過4000多顆。

換言之,這批民營公司想要在短短10年內,將人造衛星——這一人類最主要太空開發領域的規模,直接提升5倍。一旦成功,那必將是個新紀元。“紙上談兵”,肯定是最容易的。

究竟應該如何看待“民營互聯網衛星星座”這條新賽道?這些公司未來真的能夠在全世界掀起新一波互聯網浪潮?構建太空互聯網的它們,真的能夠賺大錢嗎?這一系列由理性發出的疑問,太空所自帶的夢想和熱血激烈碰撞,著實讓人感到困惑。

好在這條星辰大海的賽道中并不缺乏龍頭,后者就是“硅谷鋼鐵俠”創立的SpaceX的“StarLink(星鏈)”計劃。它同時也是目前民營互聯網星座計劃中規模最大的,同時也是進度最快、可供分析參考細節最多的一家公司。

深入而具體地分析StarLink,就是敲開“民營互聯網衛星星座”賽道的那塊“磚”。

通過對StarLink項目整體的剖析,包括全球衛星互聯網的可行性分析、部分被忽略的StarLink技術細節、商業模式的整理、整體資金成本的推算等。我們將在本篇報道中,為你完整呈現這即將開局的民營公司太空開發“大賭局”。本文為原文1.4萬字原版的節選縮減版。

有個數字差點忘說了,粗略估算,StarLink的“賭局”規模是“至少500億美元”。

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500億美元的大賭局

我們有必要先簡單解釋一下上文提及的賭局規模,那個“至少500億美元”是如何計算出來的。

簡單加一加,都會發現不止500億美元。謂之“大賭局”,絲毫不過分。

緊隨巨額的投資而來的是SpaceX創始人Elon Musk的“小目標”——未來全球互聯網流量的3%將通過StarLink傳輸,后者也將從互聯網數據服務中每年收獲100億美元。

掐指一算,500億美元的投入好像也不怎么多?忍幾年就可以賺不少錢啊。很可惜,實際情況并沒有這么簡單與樂觀。

相比理想而美好的終點,實現StarLink的過程并不容易:StarLink初期的全球互聯網信號覆蓋就需要至少145億美元、整個發射過程至少需要兩年。而且每5年,StarLink至少還要花接近50億美元對太空中的衛星進行全面的更新。

為了讓太空中的衛星發揮出傳輸數據的能力,SpaceX還計劃在全球范圍內建立100萬個用戶終端,這部分將會涉及大量場地和配套硬件的投入。

最關鍵的是,衛星服務互聯網至今也沒完全證明其特有的“存在價值(購買理由)”,假如StarLink實現了足夠的通信覆蓋、讓地球表面的用戶能夠正常使用,在先期投入數十億美元之后,實際應用中消費者并不買賬,那么龐大而固定的衛星成本將會形成巨大的壓力。

整體而言,StarLink注定充滿挑戰和障礙。

為什么要做StarLink?

Elon Musk之所以敢做下StarLink這個賭局,一來是因為衛星的確在通信這件事上有優勢,二來SpaceX實在是一個節約太空開發的法寶。不做白不做。

飛機頭頂裝的衛星天線

我們現在其實也有衛星在提供“互聯網服務”,例如坐飛機過程中使用的空中聯網服務,飛機頂部的天線負責和衛星進行互聯通信,然后在機艙內以Wi-Fi的形式提供給乘客使用。

衛星的運行軌道動輒幾千上萬公里,完全能夠直接無視各種地形、邊界跨越上萬公里傳輸數據。單單是一顆衛星就能覆蓋極大的地表面積。

SpaceX的優勢則更好理解一些。

目前SpaceX的Falcon 9火箭已經能夠高頻率地完成各類衛星發射任務,第一級助推器基本上都可以做到回收使用3次,這為SpaceX節約了大量的經費。按照公眾號“小火箭”的估算公式,在后期火箭回收次數上升之后,SpaceX能夠硬生生擠出超過50%的單次發射成本。

隨著發射次數的增加,Falcon 9火箭的發射成本持續下降

這個節約能力,對需要數十上百次發射的超大衛星星座是“前提條件”。

為了實現最終全球互聯網衛星上網的目標,StarLink整個系統本身也跟傳統的通信衛星有比較大的差異:星座數量龐大(使用的衛星數量多)、衛星的運行軌道很低。

先說數量。按照SpaceX的計劃,整個StarLink衛星星座將會由11943顆衛星組成。總共分三批上天:

在計劃中,這些衛星將按照各自的分組和軌道運行在距離地表不同的高度上,最終形成覆蓋整個地球表面的一張“大網”。

前3200顆衛星最終會形成一個這樣的大“筒”(南北極沒有蓋住)

前兩批衛星的星座看上去大致是這個樣子(衛星實際個頭比上圖小許多)

截至目前,SpaceX也未明確將如何處理第三批StarLink衛星,包括其可能的軌道和分布,所以就目前而言,分析前兩批StarLink衛星星座比較有現實意義。而其中前3200顆又肩負了關鍵的大人口基數地區覆蓋,所以我們下文的分析主要圍繞這3200顆衛星展開。

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StarLink的特點和技術挑戰

通常來說,衛星通信的延遲都是很高的,就像我們經常在電視上看到的直播一樣,在電視臺主播連線問了問題之后,前線記者總要登上那么3~4秒才有所反應。

而StarLink希望通過全新基于激光的星間鏈路來打破這種難題。StarLink衛星在自己的運動過程中,需要不間斷地和5顆衛星保持激光對接,但截至目前StarLink并沒有拿出成熟解決方案。

橙色線都是激光鏈路

外國網友曾對StarLink的低延遲能力進行了估算,“倫敦-紐約”線路快了15ms(51ms VS 76ms),“倫敦-約翰斯堡(南非首都)”快了100ms(90ms VS 190ms)。0.1秒對于用戶上網的體驗有優化,在大部分場景中不會非常明顯,但對于網絡游戲、金融服務等對時間極其敏感的應用來說仍有比較大的意義。

然后是高速,這個高是相對于之前的衛星通信而言的。

Elon Musk曾透露單顆StarLink衛星將能夠吞吐20Gbps的數據。按照這個數字,整個StarLink前期的3200顆衛星將能夠達到64000Gbps,、也就是64Tbps。但StarLink總體帶寬大,并不一定意味著單個用戶的速率足夠快。關鍵還是要看未來StarLink無線傳輸網絡的規劃,以及地面站接受的具體規格。

可以參考的是2018年初,民航領域的聯網設備商Gogo曾邀請記者體驗使用其衛星上網服務,當時所使用的,是同樣基于Ka波段(26.5~40GHz)通信的衛星。在當時的測試中,外媒記者最終在網速測試中測試到了最高15Mbps的網速,好歹是接近了4G時代的手機網速。

大規模互聯網星座的地面站需求,則是一個被大多數人所忽視的“挑戰”。

衛星海拔高,覆蓋范圍大,但是同樣的,其單位面積內的信號強度也會被“攤薄”,對于GPS那一類只接收信號和銥星那一種只是需要傳輸少量語音信號的衛星應用來說,一個額外的大增益天線已經足夠。

但對于大流量的互聯網應用來說,普通的天線還真的是處理不來。必須換用體積更大,能聚集起信號的定向鍋狀天線,它的作用就是把衛星的信號聚攏起來,集中到天線的接收器上。而天線本身,則可以在水平和垂直角度進行旋轉,把整個天線對準太空中的衛星。

有網友就曾在美國華盛頓州見到了疑似SpaceX衛星基站:一個放置有4個主動衛星天線的拖板車,以及一個看上去至少有接近100平方米的密閉機房。

同時需要4個天線的原因與StarLink的軌道特性有直接關系,因為軌道高度低,所以衛星軌道周長端且運行速度快。單顆衛星對于地球表面特定地點的可視時間(衛星不斷繞著地球轉圈,就像太陽一樣會在地平線起落)很短,大約只有20分鐘,所以必須用多個衛星天線來與多顆衛星連接,形成不間斷的數據連接。

能夠主動追蹤的衛星天線并不罕見,一個市面大約不到1000元,國外還要更貴一些。但對于這一類天線來說,物理尺寸基本不可能縮小。想要像當下移動通信一樣,一只手就能夠連接全世界是不可能的了。StarLink應用于普通消費者的可能性也基本為零。

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誰會成為StarLink的客戶?

真正可能讓StarLink成為星辰大海的,目前來看只有兩股勢力。一個叫運營商,一個叫軍方。

移動通訊基站StarLink是架設衛星節點的好地方

運營商其實比較容易理解,StarLink提供的是一套最日常的數字服務,而且互聯網本身就是相互連通的。StarLink最關鍵的職責是完成衛星發射、星座搭建以及配套的通信技術部分,服務能力完全可以出售給世界各地的其他運營商。

通過和其他運營商合作,利用后者現有的網絡設施,在特定節點加上StarLink的天線和接入裝置,簡化地面站的架設。而運營商也能享受到StarLink有希望做成的全球化低延遲網絡服務,并且將他們包裝成商品,出售給特定用戶,例如為某些國外網絡游戲提供加速等等,最后SpaceX再從運營商的服務中收取固定數額的費用又或者是直接分成。

這樣一來,運營商的網絡品質有所提升,而SpaceX則在最麻煩的地面基站架設上能夠節省不少,一石二鳥。不過,這也是一種極為樂觀和理想化的想法。即便運營商真的選擇合作,初期的建設風險依舊主要由SpaceX自己來承擔。

Elon Musk曾和SpaceX高管在公司就StarLink潛在合作意向接待美國空軍官員

再來看軍用。

早在2018年底SpaceX就獲得了美國空軍價值2870萬美元的合同,研究項目是“使用商用太空互聯網防御實驗”(Defense Experimentation Using Commercial Space Internet)計劃的一部分,旨在“讓美國空軍可以利用通用的硬件元素,通過多個衛星互聯網服務進行通信”。

一個全球都能夠高速聯網,而且實際效果堪比有線網絡的衛星星座,這不正是全球化軍事行動的最好指揮保障么?而且說不好,財大氣粗的軍隊還能夠直接給自己的各種大型裝備(戰艦、飛機、戰車)直接裝上自己的衛星天線裝置,真正實現大規模的StarLlink應用。

就是不知道現實中的“鋼鐵俠”是否有可能會像電影里面的“鋼鐵俠”一樣,會因為擔心軍事濫用先進技術和軍隊say no了。

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財務上的“坎”在哪里?

我們以StarLink早期全球覆蓋的3200衛星為目標,可以進行一系列計算,首先是總體花費。

因為StarLink衛星的軌道很低,受到太陽光壓、太陽月亮引力和逸散大氣的影響,其需要不斷消耗離子發動機的工質來維持軌道。而且在工質耗盡之前,SpaceX還必須人工控制將衛星導向大氣層銷毀。所以StarLink衛星只有5年左右的壽命,這一部分的周期性成本計算如下:

除了衛星地面站的場地成本之外,想要達到終極目標還有一個很麻煩的情況:目前為止,SpaceX每年所能夠完成的火箭發射能力仍未突破每年30次。但按照目前的發射速度即便只執行StarLink的發射任務,也需要兩年才能完成前3200顆衛星的發射。算上其他外部任務,可能首批3200顆衛星還沒發射完,就要開始換代了。

前期投入是一部分,未來StarLink的收費等級是一個更嚴峻的問題。我們進行一個簡單的計算,假設StarLink要在5年內從用戶身上收回這些周期性投資的成本,需要按怎樣的服務進行收費:

總計3200顆衛星,按照20Gbps的單顆帶寬計算,總帶寬就是65536000Mbps;按照我們現在日常的50Mbps寬帶帶寬進行分配,總計可以滿足131萬名客戶使用;這131萬名客戶5年內承擔47.2億美元,均攤下來每年720美元(約合人民幣4975元)

這個成本大概率無法進一步降低,相比之下,全球有線網絡的單速率價格反倒是在不斷下降的,所以等StarLink真正運行起來的時候,它跟有線網絡之間的價格差距很可能還會進一步加大。

這個價格對于中國用戶來說肯定是太高了,但是對于一些發達國家來說還在正常的有線網絡收費范圍內。不過我們的假設前提僅僅是收支平衡,更沒有計算初期投入的各種基站成本的攤薄。

Elon Musk之前曾表示:“StarLink最終將能夠承載全世界3%的互聯網流量傳輸,最終每年收入100億美元”。并且計劃將這些收入用于自己的其他事業,例如心心念念的火星殖民計劃。

根據現有已知的StarLink衛星軌道設置,前3200顆衛星大概能夠為整個StarLink項目提供25%的流量,算下來,也就是光是前3200顆衛星,每年收入差不多就是25億美元。5年下來就是125億美元,扣掉衛星換代的47億美元,SpaceX還能拿到78億美元。毛利潤比率62.5%,看上去已經很樂觀了。

按照這個比率,我們可以反過來修正前面單個用戶的網絡費用:50Mbps帶寬的StarLink互聯網服務,最終年費可能高達1920美元(約合人民幣13265元)

可如果真的按照這個價格去銷售,StarLink如何推廣將會是個大問題。

民營大規模星座應該怎么看?

分析完StarLink之后,我們就可以反過來看看行業了。在StarLink之后,項目規模最大的分別是三星(4600顆)、波音(2956顆),算上其他包括國內民營航天公司在內的,還有3000顆左右,總計也已經過萬顆了。

目前除了StarLink之外可以確定的是,10年內這些項目都不具備實現的能力。

原因主要有三點:

1. 民營互聯網星座的首要門檻是足夠的負載能力,較低的發射成本。縱觀全球,并不存在能夠滿足的空閑發射力量。而有希望在未來滿足這種規模需求的,目前只有SpaceX。這個優勢在10年以內都很難動搖。

2. 第二點就是資金,光看數字,民營互聯網星座的確是很刺激,動不動幾百上千顆,但背后的成本實在驚人。體量很小的創業公司是壓根玩不轉這種項目。

3. 第三點是民營互聯網星座因為軌道特性,天生就只能用于全球性業務,再加上衛星領域天生的高投入,假如真的有公司在這一領域(例如SpaceX)真的站住腳了,后來者除非能夠在能力上實現顛覆,否則就只能選擇放棄。

但正因為知道這件事成不了,反而讓民營互聯網衛星成為了宣傳的“必選項”。

更有趣的是有些公司還將互聯網能力換成了更對自己口味的通信和數據傳輸能力,例如物聯網、5G、區塊鏈等等。不用細究,這些計劃只會停留在“PPT”和“PR稿”中,它們唯一的使命就是讓我們看了圖個樂。

說回StarLink,目前項目仍在起步階段,我們估算的這些數字必然不可能完全準確。但在數字之外有一點必須強調——衛星項目跟很多其他商業投資不同,一旦失敗,那就是滿盤皆輸。

因為一旦出現什么差錯,StarLink半途而廢。那么這些天上的衛星也不會轉變為什么固定資產,他們的出路只有一條:最終變成一道流星,劃過天空變成灰燼。

這才是StarLink最應該被稱為“賭局”的原因,因為一旦決定放下籌碼,就不可能抽身離開。

接下來,就是時候看“鋼鐵俠”Elon Musk表演如何在刀尖上跳舞了。

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李賡 spacex wi fi falcon
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