2018年2月下旬,“硅谷钢铁侠”埃隆·马斯克(Elon Musk)旗下的太空探索技术公司SpaceX成功发射两颗互联网实验卫星“Microsat-2A”和“Microsat-2B”,并将它们送入预定轨道。

按照马斯克的远景规划,SpaceX公司希望通过这项名为“星链(Starlink)”的计划构建一个由1.2万颗卫星组成的卫星群,从太空“直接向美国或全球”提供高速互联网接入服务。其中,有4425颗卫星部署在地球上方1150公里至1325公里处的近地轨道,传输波段介于Ku与Ka之间;另外7518颗卫星将部署在地球上方335公里至346公里间的极低地球轨道,以V波段传输数据。今后,人们可以在地球上任何一个角落享受高速的上网服务。根据SpaceX公司的预测模型,到2025年,该公司的卫星宽带互联网服务可以吸引4000万用户,带来超过300亿美元的收入。

然而,“星链”计划真的可以如预期般一帆风顺吗?事实上,SpaceX公司并不是第一家探索卫星互联网的公司。“硅谷钢铁侠”埃隆·马斯克的老朋友兼老对手格里格·维勒(Greg Wyler)的一网卫星公司(Oneweb)同样不甘落后,甚至稍稍领先一步。Oneweb公司主要从事卫星运营,其投资者不乏可口可乐公司、空中客车公司、软银集团(著名互联网风投企业)、高通公司 (移动通信芯片制造商)等,该公司计划通过发射648颗近地轨道卫星,组成空间卫星星座,为用户提供高速的宽带上网服务。2017年6月,Oneweb公司从美国联邦通信委员会(FCC)申请到了低轨道卫星通信网络的运营执照,这个执照代表着Oneweb公司可以在美国市场上正式开展业务。而早在2015年5月,Oneweb公司就已经从国际电信联盟取得了在太空中使用 Ku 波段通信的授权。从某种意义上来说,Oneweb公司才是互联网卫星服务竞赛中的领跑者。

然而,不论是风头正劲的SpaceX公司,还是低调领先的Oneweb公司,都将或多或少面临一些问题:

一是通信频率协调使用存在变数。众所周知,无线电频率是卫星在空间中正常工作的基础,是信息传播的通道。从目前在国际电联(ITU)登记情况看,Ku频段上的资源已经接近饱和。虽然OneWeb公司从国际电信联盟取得了在太空中使用 Ku 波段通信的授权,但也只是部分授权,并非全面放开。特别是在卫星通信行业内部,小型卫星与高轨卫星信号干扰的冲突也若隐若现,所有成熟波段的资源申请也会受到限制。换句话说,即便已经提交申请的SpaceX公司能够在近期取得FCC的授权,也需要从国际电信联盟获得相应的网络操作许可。

二是尚有技术难题需要攻关。Oneweb公司虽然获得Ku波段的使用许可授权,但是信号衰减的话题却始终不能回避。在卫星通信过程中,Ku波段作为卫星之间的通信波段,其信号的传输质量会直接影响到信息的传递效果,在实际应用中,Ku波段传输的信号会受到各类因素的干扰。因为Ku波段的最大波长为2.5cm,与雨滴或雪花半径接近,当电波穿透大气层进入降雨或降雪区域时,雨滴或雪花对电波产生吸收和散射,而降雨量越大,衰减越大,降雪的时候,一部分的雪会在空中形成雨滴,又会加剧衰减的程度。因此,有效解决雨衰问题是保证卫星互联网宽带信号质量的技术前提。

此外,2017年初,就曾经有业内人士指责Oneweb公司的“Progressive Pitch”防止干扰静止轨道通信卫星(GSO)专利技术并不能够解决卫星信号冲突问题,明确提出Oneweb星座计划中的小型卫星在临近赤道时需要关闭,以保护静止轨道通信卫星的正常通信业务。

三是如何控制压缩卫星运营成本。目前,全球通信网络主要还是依靠海底电缆,以及距离赤道上方35800公里高的同步轨道通信卫星解决。在这个高度上,一颗卫星几乎可以覆盖整个半球,形成一个区域性通信系统,该系统可以为其卫星覆盖范围内的任何地点提供服务。然而,高轨卫星技术相对成熟,但是高轨道(GEO)却只有唯一的一条,由于频率和轨道资源的双重稀缺性,造成高轨道卫星市场很难自由进入,需要漫长而严格的审批程序。例如,为了能够在Ka波段辨识出2°间隔的卫星,地面站天线口径的合理尺寸应不小于66cm。按这样计算,高轨道(GEO)卫星只能提供180颗同轨道位置,这其中还包括一些实用价值较差、处于海洋上空的位置。

此外,根据相关行业数据显示,虽然全世界已经有48%的人口可以使用互联网,但是仍有39亿人与互联网绝缘,主要原因是经济发展不平衡或地理条件限制。对于39亿人而言,在不影响衣食住行的前提下,才会考虑使用互联网,因此,足够低廉的上网成本是互联网在全世界普及的前提。卫星互联网同样面临这样的选择,如果卫星互联网如同当初的卫星电话一样价格昂贵,只能够成为富豪们享用的专利产品,那恐怕卫星互联网的覆盖全球也仅仅是纸上谈兵。

四是创新互联网宽带技术的挑战。除了卫星互联网技术外,各大科技公司还在不断尝试新的技术手段。例如,Facebook公司探索通过太阳能动力无人机Aquila来提供互联网服务,在高度6万英尺至9万英尺 (约合1.8万米至2.7万米) 的平流层布置总数约一万架激光动力无人机,数据信号将通过地面信号塔转换为WiFi或LTE网络供用户使用,将网络热点传递到每一个角落。

同样,Google公司探索通过热气球(Project Loon)项目来提供互联网服务,这些气球可以通过AI人工智能技术进行控制,向地面上提供不间断无线网络服务。相关测试显示,无线网络速度可达到10MB每秒,该项目预计于2019年实现商用。由此可见,卫星互联网不仅要与已经成熟的地面光纤业务竞争,在空中也不是独一无二的,如何通过降低成本吸引用户才是卫星互联网业务发展的关键。

五是公司业务发展的不确定性。如果说Oneweb专注于卫星通信服务,那么SpaceX公司则拥有更大的壮志。按照“钢铁侠”马斯克勾绘的蓝图,SpaceX正在建设前往火星的星际飞船……不知道多头并进会不会影响公司的发展。毕竟,从当年的摩托罗拉公司的“铱星(Iridium NEXT)”计划,到后来的“Skybridge(天桥)”计划,卫星互联网始终都是一场高消耗的竞争。即使现在我们对猎鹰9号的成功赞不绝口,这其中也或多或少夹杂着对于“钢铁侠”特斯拉电动车的复杂感情。不要忘记在2016年9月,SpaceX公司的火箭曾经发生过爆炸事故,这直接导致了Facebook价值2亿美元的互联网通信卫星完全损毁,据悉,这颗卫星原本计划是用于支持非洲地区发展互联网服务。

除此之外,有关互联网卫星可能形成大规模太空垃圾的争论也不绝于耳,虽然相关公司都声称可以通过卫星回收技术解决,但是行业内部仍然难以达成一致。由此可见,卫星互联网的前景虽然美好,但是实现道路却并非一帆风顺。另一方面,卫星互联网的快速搭建,也给我国的互联网监管带来了全新的挑战:

一是对于卫星互联网的落地许可暂无法律法规。卫星互联网是新鲜事物,尚无法可依,但是相关管理部门可以参照现有卫星电视管理办法,根据我国颁布的《卫星电视广播地面接收设施管理规定》第八条:“个人不得安装和使用卫星地面接收设施。如有特殊情况,个人确实需要安装和使用卫星地面接收设施并符合国务院广播电影电视行政部门规定的许可条件的,必须向所在单位提出申请,经当地县、市人民政府广播电视行政部门同意后报省、自治区、直辖市人民政府广播电视行政部门审批”。

与电视广播信号相比,互联网信息的交互性更强,如果缺乏必要监管、任由接入信号落地,势必会对国家信息安全产生影响。按照SpaceX公司和Oneweb公司的计划,未来个人接收终端将是随身携带的接收器,待互联网卫星技术成熟应用之时,监管难度远比打击卫星“锅盖”要复杂百倍。因此,建议有关部门尽快从法律法规上完善相关业务许可及审批流程,提早规范使用卫星互联网宽带的制度。

二是卫星互联网技术的中国标准有待填补。卫星互联网技术尚在测试阶段,但是管理部门可以借鉴同属卫星业务的GPS定位坐标系的管理办法。众所周知,GPS系统(Global Positioning System)起始于美国军方主导开发的项目,其国际通用标准WSG-84(World Geodetic System 1984)是为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统,以经纬度的形式来表示地球平面上的某一个位置。出于国家安全需要,我国要求在境内出版的各类地图系统(包括电子形式)必须至少采用GCJ-02标准对地理位置进行首次加密,GCJ-02是由中国国家测绘局制订的地理信息系统的坐标系统,在经纬度中引入随机偏差,在WGS-84基础上进行加密的坐标系统,更加注重隐私保护。

因此,在期待Oneweb公司和SpaceX公司的卫星互联网计划尽快完成的同时,我们同样应该期待中国公司能够尽快推动卫星互联网的技术探索,尽快制定出卫星互联网的中国标准。令人欣喜的是,中国航天科工集团的“虹云工程”正在稳步推进过程中,预计2022年就能够建成基于小卫星的低轨宽带互联网接入系统,实现网络无差别的全球覆盖。

三是通信卫星的附加功能值得警惕。2010年,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)开始向商业化遥感小卫星经营企业颁发商业遥感卫星运营许可证。2015年,SpaceX的两颗原型卫星Microsat-1A和Microsat-1B获得了NOAA的一张许可证,上面注明“允许每颗卫星装配一个低分辨率全色摄像机。该摄像机可以拍摄地球和卫星自身的低分辨率照片或视频。这些照片和视频不可进行商业使用,但可用于教育用途,如公开此类令人激动的地球影像。”如果“星链”计划最终实施成功,成千上万颗卫星得以在低轨道布局,并且每一颗卫星都装配了摄像机,那么互联网卫星就有可能变身成无死角的监控卫星。

这不禁让笔者联想起威尔·史密斯那部著名的电影《全民公敌》,男主角在卫星的监控下无所遁形……互联网技术本身并不是原罪,但是使用者目的的不确定性使得我们必须时刻保持着戒备之心。因此,建议国家有关部门从国家安全角度出发,未雨绸缪,对卫星互联网以外的功能保持高度警惕。

最后,衷心希望SpaceX公司和Oneweb公司能够妥善地解决相关问题,搭建起成熟、低价、高效、安全的卫星互联网宽带,让全世界都享受到互联网的精神之光。

(作者单位:北京市网信办网络新闻监管中心,编辑丁晓宇)