這邊剛把載人飛船送上天，那邊60顆星鏈（Starlink）衛(wèi)星又被送入太空。
上天這件小事，已經(jīng)成了馬斯克的家常便飯。
之所以這么著急地發(fā)衛(wèi)星，可能是夸下的海口要到期了——今年4月馬斯克曾在社交媒體稱星鏈版衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)（亦稱天基互聯(lián)網(wǎng)）將在3個月內(nèi)私人內(nèi)測，即今年7月。
馬斯克Twitter截圖
不僅美國那邊馬斯克忙著建衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，中國的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)也如火如荼——除了已經(jīng)實施的虹云工程、鴻雁星座計劃，今年5月22日的兩會上，雷軍也提案建議加快發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，降低民營企業(yè)進入衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的門檻，此前衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)還被納入“新基建”范疇，獲得國家層面支持。
除了中美，包括英國、日本在內(nèi)的航天大國也在加速發(fā)射衛(wèi)星。
難怪2020要被稱為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)元年。
各國的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)競爭已經(jīng)不可避免。但從整個通信行業(yè)的視角看，更關(guān)鍵的競爭并不是各星座計劃之間的競爭，而是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和地面5G通信之間的較量。
從技術(shù)到成本，再到商業(yè)回報，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和5G誰能更勝一籌？
而另一個不可忽視的方面，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與國家安全的關(guān)系越來越密切。
本文「甲子光年」將從通信能力、投入成本、商業(yè)回報等方面對衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與地面5G進行對比分析，算經(jīng)濟賬，并探討衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與5G的關(guān)系，以及未來應用空間。
1.地上回本更快
提起衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，馬斯克的光芒是蓋不住的。
此前「甲子光年」曾在《4.2萬顆衛(wèi)星背后，一場被忽視的資源競爭》一文介紹了SpaceX的星鏈計劃，其將4.2萬顆衛(wèi)星送上太空并組網(wǎng)，實現(xiàn)覆蓋全球且高帶寬、低延時的衛(wèi)星通信。
截至目前，星鏈已經(jīng)向太空發(fā)送了第八批一箭60星的衛(wèi)星，其在軌衛(wèi)星數(shù)量已達482顆，今年共計將發(fā)射1400顆衛(wèi)星，馬斯克由此也成為目前私人在太空擁有衛(wèi)星數(shù)量最多的人。
第八批星鏈衛(wèi)星發(fā)射
在天儀研究院創(chuàng)始人兼CEO楊峰看來，數(shù)量的領(lǐng)先并不是它能成功的關(guān)鍵，“雖然我很喜歡SpaceX，一直在學習它，但是哪怕它現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)射480多顆星，也不意味著它最終能把這個事情干好。”
這背后，是所有商業(yè)航天公司都要遵循的一個本質(zhì)——實現(xiàn)商業(yè)閉環(huán)。
實際上，高帶寬、低延時的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，很容易被認為是5G的競爭者，以星鏈為代表的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)會對5G網(wǎng)絡(luò)形成威脅嗎？
「甲子光年」從通信能力、投入成本、商業(yè)回報等方面展，對衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與5G進行了
比較。
首先，在通信能力上，星鏈版衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)難撼動5G這棵大樹。
理論上，5G的峰值下載速度可達20Gbps，實際使用中下載速度為數(shù)百M級，網(wǎng)絡(luò)延遲低于10毫秒。
而按照2015年馬斯克宣布推出星鏈計劃時提出的說法，星鏈目標是向全球任何地區(qū)的用戶提供至少1Gbps帶寬的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。
換句話說，按馬斯克的說法，在實際運行中，星鏈的通信能力不會低于5G。
不過仔細比較，便發(fā)現(xiàn)其中差異。
按照國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布的5G標準草案，單個5G宏基站（通信基站分為宏基站和微基站，以下均指宏基站）至少要具備20Gbps下行鏈路的處理能力。而根據(jù)星鏈的資料，其第一期衛(wèi)星的單星通信容量約為17~23Gbps，整個星座的數(shù)據(jù)吞吐量為100Tbps（1T=1024G）左右。
這意味著，單顆星鏈里的衛(wèi)星的通信容量跟一個地面基站相當。
這一判斷，跟中國信科副總經(jīng)理陳山枝的觀點幾乎相同。按照他的測算，目前星鏈低軌衛(wèi)星平均頻譜效率約為2.5bit／s／Hz（頻譜效率是指有用信息速率，通常被用于分析數(shù)字調(diào)制方式的效率），也就是3G水平；而目前5G的平均頻譜效率在10bit／s／Hz以上，是星鏈的4倍。若星鏈要替代5G，實現(xiàn)與5G相當?shù)耐ㄐ湃萘?，至少要提供相當?G基站數(shù)量的衛(wèi)星。
而按照中國的規(guī)劃，國內(nèi)5G基站數(shù)量未來或?qū)⒊^1000萬座。因此聽上去讓人震撼的4.2萬顆衛(wèi)星，其實無法匹敵5G的通信能力。
信息消費聯(lián)盟理事長項立剛告訴「甲子光年」：“星鏈不可能達到5G的速率。”
2019年2月，馬斯克旗下SpaceX放出消息，要建100萬個地面基站供星鏈用戶使用。
有業(yè)內(nèi)人士算了一筆賬：用100萬個基站來分整個星座100Tbps的通信容量，在同時使用的情況下，平均每個基站僅能獲得0.1G的容量。
單個用戶至少1Gbps帶寬的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的說法便經(jīng)不起推敲了。
解釋越多，質(zhì)疑就越多，干脆就閉口不言。
此后，SpaceX對衛(wèi)星的許多關(guān)鍵細節(jié)，例如波束數(shù)量、天線功率等信息都諱莫如深。
然后，來算賬看成本，如果都以成為未來主流的通信基礎(chǔ)設(shè)施為目標，總體來說，星鏈比5G的成本低。
星鏈的主要建設(shè)成本有三方面：衛(wèi)星制造成本、衛(wèi)星發(fā)射成本和配套的衛(wèi)星基站建設(shè)成本。
在衛(wèi)星制造成本上，按照SpaceX早期公布的數(shù)據(jù)，每顆星鏈衛(wèi)星的制造成本為100萬美元，但到了2019年底，馬斯克透露隨著衛(wèi)星制造進入規(guī)?；?，其成本已低于50萬美元。
在發(fā)射成本上，2019年5月SpaceX采用“一箭60星”方式將60顆星鏈衛(wèi)星送入太空，這次發(fā)射的獵鷹9號火箭是第4次重復使用，總發(fā)射成本為3592萬美元，折合每顆星的發(fā)射成本約60萬美元。
按照這個成本計算，一顆衛(wèi)星制造+發(fā)射的成本約為110萬美元，4.2萬顆衛(wèi)星發(fā)完的總成本約為462億美元，但是隨著制造和發(fā)射的規(guī)?；l(fā)展，成本有望進一步降低。
而地面5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本則包括：主干網(wǎng)絡(luò)光纖布線成本和基站建設(shè)成本。
由于星鏈前期將主要服務(wù)北美地區(qū)，因此與其比較的地面通信的也選擇在美國。
據(jù)德勤2017年的一項研究，美國如建設(shè)覆蓋全國的5G網(wǎng)絡(luò)，僅在光纖布線上，就需要需要投資1300~1500億美元。
這意味著，在都不計算基站建設(shè)成本的情況下，地面主干通信網(wǎng)絡(luò)的耗資是整個星鏈衛(wèi)星建設(shè)成本的3倍，乍一看好像更貴。
但如果考慮到折舊，其實還是建地面主干網(wǎng)絡(luò)更便宜。
因為太空中的衛(wèi)星有壽命限制，按SpaceX披露的信息，一顆星鏈衛(wèi)星的壽命約為5年，實際上，2018年開始至今發(fā)射的482顆衛(wèi)星中，有6顆衛(wèi)星在進入軌道后出現(xiàn)問題，不能正常運轉(zhuǎn)；此外還有3顆衛(wèi)星正在積極脫離軌道，換句話說就是走向自毀。
因此長期來看，當星鏈開始運轉(zhuǎn)后，每過5年就要重新發(fā)射一批衛(wèi)星去補位；而光纖的壽命則是20年左右，是星鏈衛(wèi)星的4倍。高出的3倍建設(shè)成本換4倍的壽命，光纖通信仍有優(yōu)勢。
比較完主干通信網(wǎng)絡(luò)，再看兩種方案中都會涉及的基站建設(shè)成本。
信息消費聯(lián)盟理事長項立剛告訴「甲子光年」，這兩種基站的建設(shè)成本相差不多。
因為星鏈基站同樣需要實現(xiàn)信號穿透，與5G基站的設(shè)備會有重合，且星鏈基站要接收來自太空的信號，還需要配備大天線，因此建設(shè)成至少不會低于5G基站。
在建設(shè)成本相當?shù)那闆r下，那就要看兩種方案對應的基站數(shù)量了。
按SpaceX的設(shè)想，星鏈需要配套在地面建設(shè)100萬個基站；而地面5G網(wǎng)絡(luò)如果要實現(xiàn)美國全國覆蓋，需要建設(shè)900多萬座基站（按一個基站最大覆蓋1平方公里，美國陸地面積約916萬平方公里），是星鏈的9倍。
早期由于建設(shè)規(guī)模小，一座5G基站的建設(shè)成本近9萬美元（合人民幣60萬元）；建設(shè)數(shù)量增加成本攤薄后，一座5G基站的建設(shè)成本約為3~4萬美元（21~28萬人民幣）。如果按照平均建設(shè)成本為5萬美元計算，建設(shè)覆蓋全美的5G網(wǎng)絡(luò)需要花4500億美元；而星鏈項目的基站建設(shè)成本則是500億美元左右。因此地面5G基站的建設(shè)成本是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)基站成本的9倍。
實際上，除了建設(shè)成本，兩種方案都要考慮運營成本。
因為此前已算過衛(wèi)星的折舊，兩個方案可比較的運營成本主要在于基站的折舊和電費。
由于5G的流量遠遠大于4G，5G設(shè)備功耗相比4G大幅增長。根據(jù)測算，5G單站滿載功率接近3.7KW，是4G基站的近3倍。以0.55元/度的國內(nèi)平均電價算，單站一年電費約1.8萬元（合2570美元）。
那么，900萬座基站一年的總電費約為230多億美元。這是一筆不可忽略的費用。
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)方案中，由于基站總數(shù)更小，所以折舊和電費成本也更低。
綜上，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的總體建設(shè)和運營成本更低。
然而，在商業(yè)回報上，地面通信網(wǎng)絡(luò)的回本會更快。
商業(yè)回報主要看使用價格和用戶數(shù)量。
先看衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。美國早期衛(wèi)星通信項目銥星的使用成本高達3～8美元/分鐘，月使用費用高達數(shù)百美元，直至被收購時其用戶數(shù)也不過2萬。
而星鏈方面，按照馬斯克的想法，星鏈未來向3%的美國偏遠地區(qū)用戶提供服務(wù)，預計資費為80美元/月；這大大低于前輩銥星的價格，但略高于美國現(xiàn)有5G的70美元/月的價格。
如果星鏈還想做全球市場的話，還會面臨更嚴重的價格競爭。以中國為例，目前運營商的5G套餐可以低到每月不足百元（約15美元）。
按以上的價格標準，3%的美國用戶約為1000萬人，每人每月80美元的資費，意味著其一年衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的收入為96億美元。
如果按SpaceX為星鏈計劃共投入960億美元（460億衛(wèi)星成本，500億基站成本）計算，10年左右能回本。
再看地面，雖然找每個用戶收的費用少，建設(shè)成本也更高，但它有一個優(yōu)勢——非常龐大的用戶基數(shù)。
以美國為例，如果5G實現(xiàn)全國覆蓋，其用戶數(shù)將達到3億左右，按照每人每月70美元的資費，理論上其每年收入可達2500多億美元，而其投入是6000多億美元，意味著回本只需要3年。
在星鏈和5G均尚未大規(guī)模投入使用前，這種比較更像一種仁者見仁、智者見智的爭辯。
當然，這只是一種粗略計算，實際中還存在各種變數(shù)，比如費用支出增加、用戶增長需長時間積累。
比如在4G方面，中國三大運營商自2013年至今已投入8000多億元，但純4G收入仍未完全覆蓋成本。
2.不是替代這么簡單
一頓計算下來，似乎讓人覺得衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)并沒有優(yōu)勢了。精明的馬斯克會做虧本買賣么？
當然不。實際上，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和5G，并不是簡單的替代關(guān)系。
按照馬斯克的設(shè)想，星鏈不是搶5G的生意，相反，星鏈可以更好地為那些5G基站覆蓋不到的偏遠地區(qū)提供通信服務(wù)。
馬斯克的判斷是有根據(jù)的。即使國內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng)大潮已經(jīng)紅紅火火發(fā)展了20多年，但至今全球仍有超過70%的地理空間、涉及30億人口未能實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)覆蓋，傳統(tǒng)地面通信骨干網(wǎng)在海洋、沙漠及山區(qū)偏遠地區(qū)等苛刻環(huán)境下鋪設(shè)難度大且運營成本高，通過部署傳統(tǒng)通信骨干網(wǎng)絡(luò)在互聯(lián)網(wǎng)滲透率低的區(qū)域進行延伸普及已存在現(xiàn)實障礙。
在電信運營商已經(jīng)將地面通信的生意深扎根后，偏遠地區(qū)無疑是另一塊頗具誘惑的蛋糕。用互聯(lián)網(wǎng)圈的說法，這是通信領(lǐng)域的“下沉市場”。
然而另一個問題又來了，偏遠地區(qū)的聯(lián)網(wǎng)困難戶通常是經(jīng)濟消費能力低，他們有能力承受80多美元/月的網(wǎng)費嗎？在九天微星副總裁李源看來，這個問題并不是拍腦袋決定的，“這里面算的是投入產(chǎn)出比的問題。”
他稱，曾有報告顯示，全球超過半數(shù)國家的居民月上網(wǎng)費在80美元以上，尤其在非洲一些國家，這種情況很普遍，因為信息密度低，地面網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)費用高昂，相比之下衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)投入低、覆蓋廣，可以滿足這些人口稀疏地區(qū)的通信需求，“在那里，只有真正有錢的人才能用得起網(wǎng)絡(luò)。”
此外，對于野外探險者、海上游客和海洋作業(yè)者而言，只能依靠衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)來通信，這部分用戶對通信價格相對也不敏感。
從目前星鏈計劃中地面基站的選址上看，其正是遵循了這一點：1號關(guān)口站位于美國華盛頓州北本德鎮(zhèn)，人口不足6000人；2號關(guān)口站在美國邊境的蒙大拿州康拉德小鎮(zhèn)上，人口僅有2570余人；3號關(guān)口站則位于人口更稀疏的美國威斯康星州美林村，該村人口只有542人。當然也有個別站點處于人口達數(shù)萬的地區(qū)，如位于加利福尼亞州霍桑的6號關(guān)口站，這里正是SpaceX的總部所在地。
星鏈2號關(guān)口站位于一個空曠的農(nóng)田旁
這意味著，5G和衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)有著各自的分工：5G適合為城市等人口密集區(qū)提供通信服務(wù)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)適合為偏遠的野外、海上等人口稀疏區(qū)提供通信服務(wù)。
所以，衛(wèi)星互聯(lián)和5G的硬剛可能只會出現(xiàn)在報道標題中。
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與地面的5G通信可能有更好的結(jié)合：衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可以做全球地面通信的骨干網(wǎng)，取代昂貴且極難建設(shè)的海底光纜等通信基礎(chǔ)設(shè)施；此外，其低延時的優(yōu)勢，還能應用于金融領(lǐng)域，為時間敏感用戶提供全球長距離數(shù)據(jù)傳輸。
5G的真正的“替代者”可能是6G。
信息消費聯(lián)盟理事長項立剛認為，星鏈替代不了5G，但也不能輕視它，因為它很可能是未來6G的一部分。天地一體化是6G的一個重要方向。
隨著5G的廣泛應用及人工智能的發(fā)展，各種民用飛機、無人機和航天器將在天空運行和駐留，而今天以地面為主的通信網(wǎng)絡(luò)無法為這些設(shè)備提供可靠的通信。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)則可以較方便地為這些飛行設(shè)備提供通信網(wǎng)絡(luò)。
突然不怕衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)搶5G的生意了，還有點期待它早點到來——以后坐飛機、去野游不怕手機沒信號了。
3.不只是生意
即使這樣，還不免讓人疑問：衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)這些收入怎么看都不穩(wěn)定，要是碰上旅游淡季游客不出門，或者用戶拓展緩慢，豈不就沒收入了？
SpaceX發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的另一個邏輯，確實很值得中國航天業(yè)關(guān)注——盯著軍用市場的蛋糕。
長期看，在“天地一體化”網(wǎng)絡(luò)的大趨勢下，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)商用價值會越來越大，但短期內(nèi)的生存壓力意味著它需要找到合適的買單方。
還沒內(nèi)測的星鏈現(xiàn)在已經(jīng)拿下了第一個大客戶——美國軍方。
就在今年5月20日，外媒Spacenews報道稱，美國陸軍與SpaceX在簽署了一項協(xié)議——美國陸軍在3年內(nèi)對“星鏈”進行測試，以評估其是否符合美軍的數(shù)據(jù)傳輸需求。
馬斯克在與美國軍方談判
現(xiàn)在的問題是，“星鏈”在與美軍通訊系統(tǒng)對接時，在硬件和軟件之間缺乏靈活性和兼容性。此次達成的協(xié)議將評估數(shù)據(jù)從“星鏈”衛(wèi)星傳輸?shù)降孛嬲镜某杀疽约皵?shù)據(jù)的安全性。
該協(xié)議被稱為“合作研發(fā)協(xié)議”，這種協(xié)議通常被美國軍方用在對私營企業(yè)技術(shù)正式購買之前的測試中。
不僅如此，早在2019年12月，美國空軍就對星鏈產(chǎn)生了興趣，并向SpaceX撥付了2800萬美元的研究經(jīng)費。這些錢只是“見面禮”，用來基于星鏈進行軍用通信的測試。一旦測試效果良好，美軍還會繼續(xù)采購SpaceX的服務(wù)、簽更大的合同。
商人馬斯克，不僅拿下美國宇航局，還成了軍方的座上賓。
為什么軍方對星鏈如此感興趣？
軍事專家尹卓道出其中緣由：如果在戰(zhàn)場上，星鏈可以對目標進行長時間的觀察，并通過實時通訊將高精度畫面直接傳輸給指揮所，指揮所分發(fā)到各個作戰(zhàn)單位，對作戰(zhàn)的幫助是巨大的。
此外，如果用星鏈的衛(wèi)星對導彈進行實時控制，可以精確打擊目標。這樣導彈設(shè)備將完全依賴星鏈衛(wèi)星，導彈造價也會大大降低。
簡單來說，星鏈廣覆蓋、低延時的通信能力，對未來作戰(zhàn)形態(tài)帶來重大影響。
說得更直接一點，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是國家安全實力的一部分。
中國在2018年也開始了自己的“星鏈“工程：“虹云工程”和“鴻雁星座”計劃。
“虹云工程”由中國航天科工集團第二研究院承擔，規(guī)劃建設(shè)由156顆衛(wèi)星組成的星座，在距離地面1000公里的軌道上組網(wǎng)運行，構(gòu)建一個衛(wèi)星寬帶全球移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，建成后將實現(xiàn)全球無死角的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。
“鴻雁星座”計劃由中國航天科技集團主導，是由300顆低軌道小衛(wèi)星組成的具有全天候、全時段且能在復雜條件下實時雙向通信能力的全球系統(tǒng)，能實現(xiàn)對海域航行船舶的監(jiān)控和管理、對全球航空目標進行跟蹤和調(diào)控，以保證飛行安全，還能增強北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)，提高北斗導航衛(wèi)星定位精度。
兩個低軌衛(wèi)星星座計劃背后的力量均是國企，其作用不只是提供移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，還有對航空目標的跟蹤調(diào)控、提高導航精度。
看上去在民用生活領(lǐng)域沒有優(yōu)勢的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，在國家安全領(lǐng)域卻有著舉足輕重的作用。
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、地面互聯(lián)網(wǎng)，兩手都要投入，這關(guān)乎商業(yè)，又不僅是商業(yè)。
