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万颗卫星、百亿美元的太空大赌局时代

虎嗅APP2019-06-20 09:43:11

摘要: 卫星项目跟很多其他商业投资不同,一旦失败,那就是满盘皆输。

  “几千上万颗卫星上天,绕着地球滴溜溜转,把信号覆盖到地球任何任何一个角落,不管在何处你都可以通过它们连接上互联网。上网的质量还一点都不差,速度和延迟甚至比普通有线网络更好。让你在地球上真正随时随地都能连接上互联网。这是一个很多民营太空公司在PPT里面描绘的美好未来。”

  粗略统计下来,全球范围内已经宣布自己将会发射互联网卫星星座的公司,已经超过了10家,上面这些都是整体规模比较大的。简单做个加法,它们星座的总体规模已经超过了2万颗。而从上世纪60年代至今、人类在历经接近60年的太空开发之后,在轨的人造卫星数量也不过4000多颗。

万颗卫星、百亿美元的太空大赌局时代

  换言之,这批民营公司想要在短短10年内,将人造卫星——这一人类最主要太空开发领域的规模,直接提升5倍。一旦成功,那必将是个新纪元。“纸上谈兵”,肯定是最容易的。

  究竟应该如何看待“民营互联网卫星星座”这条新赛道?这些公司未来真的能够在全世界掀起新一波互联网浪潮?构建太空互联网的它们,真的能够赚大钱吗?这一系列由理性发出的疑问,太空所自带的梦想和热血激烈碰撞,着实让人感到困惑。

  好在这条星辰大海的赛道中并不缺乏龙头,后者就是“硅谷钢铁侠”创立的SpaceX的“Star (星链)”计划。它同时也是目前民营互联网星座计划中规模最大的,同时也是进度最快、可供分析参考细节最多的一家公司。

  深入而具体地分析Star ,就是敲开“民营互联网卫星星座”赛道的那块“砖”。

  通过对Star 项目整体的剖析,包括全球卫星互联网的可行性分析、部分被忽略的Star 技术细节、商业模式的整理、整体资金成本的推算等。我们将在本篇报道中,为你完整呈现这即将开局的民营公司太空开发“大赌局”。

  粗略估算,Star 的“赌局”规模是“至少500亿美元”。

  500亿美元的大赌局

  我们有必要先简单解释一下上文提及的赌局规模,那个“至少500亿美元”是如何计算出来的。

  12000颗卫星,按照单颗75万美元成本计算,总体成本需要90亿美元;

  Star 整个星座全部发射上天,基本需要200多次发射,这里大概又需要90亿美元;

  未来全球地面收发站的成本至少需要300亿美元(100万个起步),多的话有可能直接冲击1000亿美元;

  再算上各类硬件的运营、人员的工资、还有业务的推广等杂七杂八的费用,可能还需要个数亿美元。

  简单加一加,都会发现不止500亿美元。谓之“大赌局”,丝毫不过分。

  紧随巨额的投资而来的是SpaceX创始人Elon Musk的“小目标”——未来全球互联网流量的3%将通过Star 传输,后者也将从互联网数据服务中每年收获100亿美元。

  掐指一算,500亿美元的投入好像也不怎么多?忍几年就可以赚不少钱啊。很可惜,实际情况并没有这么简单与乐观。

  相比理想而美好的终点,实现Star 的过程并不容易:Star 初期的全球互联网信号覆盖就需要至少145亿美元、整个发射过程至少需要两年。而且每5年,Star 至少还要花接近50亿美元对太空中的卫星进行全面的更新。

  为了让太空中的卫星发挥出传输数据的能力,SpaceX还计划在全球范围内建立100万个用户终端,这部分将会涉及大量场地和配套硬件的投入。

  最关键的是,卫星服务互联网至今也没完全证明其特有的“存在价值(购买理由)”,假如Star 实现了足够的通信覆盖、让地球表面的用户能够正常使用,在先期投入数十亿美元之后,实际应用中消费者并不买账,那么庞大而固定的卫星成本将会形成巨大的压力。

  整体而言,Star 注定充满挑战和障碍。

  为什么要做Star ?

  Elon Musk之所以敢做下Star 这个赌局,一来是因为卫星的确在通信这件事上有优势,二来SpaceX实在是一个节约太空开发的法宝。不做白不做。

 万颗卫星、百亿美元的太空大赌局时代 
飞机头顶装的卫星天线

  我们现在其实也有卫星在提供“互联网服务”,例如坐飞机过程中使用的空中联网服务,飞机顶部的天线负责和卫星进行互联通信,然后在机舱内以Wi-Fi的形式提供给乘客使用。

  卫星的运行轨道动辄几千上万公里,完全能够直接无视各种地形、边界跨越上万公里传输数据。单单是一颗卫星就能覆盖极大的地表面积。

  SpaceX的优势则更好理解一些。

  目前SpaceX的Falcon 9火箭已经能够高频率地完成各类卫星发射任务,第一级助推器基本上都可以做到回收使用3次,这为SpaceX节约了大量的经费。按照公众号“小火箭”的估算公式,在后期火箭回收次数上升之后,SpaceX能够硬生生挤出超过50%的单次发射成本。

  万颗卫星、百亿美元的太空大赌局时代

       随着发射次数的增加,Falcon 9火箭的发射成本持续下降

  这个节约能力,对需要数十上百次发射的超大卫星星座是“前提条件”。

  为了实现最终全球互联网卫星上网的目标,Star 整个系统本身也跟传统的通信卫星有比较大的差异:星座数量庞大(使用的卫星数量多)、卫星的运行轨道很低。

  先说数量。按照SpaceX的计划,整个Star 卫星星座将会由11943颗卫星组成。总共分三批上天:

  第一批1600颗,每组50颗,分布在32条轨道上,轨道高度1150公里。将会在北美形成初步的通信能力;

  第二批,总计2825颗卫星,分布在4种轨道上,轨道高度从1110公里到1325公里;

  第三批,总计7518卫星,目前部署计划还没有,只知道其将会采用340公里高的卫星轨道。

  在计划中,这些卫星将按照各自的分组和轨道运行在距离地表不同的高度上,最终形成覆盖整个地球表面的一张“大网”。

万颗卫星、百亿美元的太空大赌局时代  
前3200颗卫星最终会形成一个这样的大“筒”(南北极没有盖住)

万颗卫星、百亿美元的太空大赌局时代  
前两批卫星的星座看上去大致是这个样子(卫星实际个头比上图小许多)

  截至目前,SpaceX也未明确将如何处理第三批Star 卫星,包括其可能的轨道和分布,所以就目前而言,分析前两批Star 卫星星座比较有现实意义。而其中前3200颗又肩负了关键的大人口基数地区覆盖,所以我们下文的分析主要围绕这3200颗卫星展开。

  Star 的特点和技术挑战

  通常来说,卫星通信的延迟都是很高的,就像我们经常在电视上看到的直播一样,在电视台主播连线问了问题之后,前线记者总要登上那么3~4秒才有所反应。

  而Star 希望通过全新基于激光的星间链路来打破这种难题。Star 卫星在自己的运动过程中,需要不间断地和5颗卫星保持激光对接,但截至目前Star 并没有拿出成熟解决方案。

万颗卫星、百亿美元的太空大赌局时代  
橙色线都是激光链路

  外国网友曾对Star 的低延迟能力进行了估算,“伦敦-纽约”线路快了15ms(51ms VS 76ms),“伦敦-约翰斯堡(南非首都)”快了100ms(90ms VS 190ms)。0.1秒对于用户上网的体验有优化,在大部分场景中不会非常明显,但对于网络游戏、金融服务等对时间极其敏感的应用来说仍有比较大的意义。

  然后是高速,这个高是相对于之前的卫星通信而言的。

  Elon Musk曾透露单颗Star 卫星将能够吞吐20Gbps的数据。按照这个数字,整个Star 前期的3200颗卫星将能够达到64000Gbps,、也就是64Tbps。但Star 总体带宽大,并不一定意味着单个用户的速率足够快。关键还是要看未来Star 无线传输网络的规划,以及地面站接受的具体规格。

  可以参考的是2018年初,民航领域的联网设备商Gogo曾邀请记者体验使用其卫星上网服务,当时所使用的,是同样基于Ka波段(26.5~40GHz)通信的卫星。在当时的测试中,外媒记者最终在网速测试中测试到了最高15Mbps的网速,好歹是接近了4G时代的手机网速。

  大规模互联网星座的地面站需求,则是一个被大多数人所忽视的“挑战”。

  卫星海拔高,覆盖范围大,但是同样的,其单位面积内的信号强度也会被“摊薄”,对于GPS那一类只接收信号和铱星那一种只是需要传输少量语音信号的卫星应用来说,一个额外的大增益天线已经足够。

  但对于大流量的互联网应用来说,普通的天线还真的是处理不来。必须换用体积更大,能聚集起信号的定向锅状天线,它的作用就是把卫星的信号聚拢起来,集中到天线的接收器上。而天线本身,则可以在水平和垂直角度进行旋转,把整个天线对准太空中的卫星。

  有网友就曾在美国华盛顿州见到了疑似SpaceX卫星基站:一个放置有4个主动卫星天线的拖板车,以及一个看上去至少有接近100平方米的密闭机房。

  同时需要4个天线的原因与Star 的轨道特性有直接关系,因为轨道高度低,所以卫星轨道周长端且运行速度快。单颗卫星对于地球表面特定地点的可视时间(卫星不断绕着地球转圈,就像太阳一样会在地平线起落)很短,大约只有20分钟,所以必须用多个卫星天线来与多颗卫星连接,形成不间断的数据连接。

  能够主动追踪的卫星天线并不罕见,一个市面大约不到1000元,国外还要更贵一些。但对于这一类天线来说,物理尺寸基本不可能缩小。想要像当下移动通信一样,一只手就能够连接全世界是不可能的了。Star 应用于普通消费者的可能性也基本为零。

  谁会成为Star 的客户?

  真正可能让Star 成为星辰大海的,目前来看只有两股势力。一个叫运营商,一个叫军方。

万颗卫星、百亿美元的太空大赌局时代  
移动通讯基站Star 是架设卫星节点的好地方

  运营商其实比较容易理解,Star 提供的是一套最日常的数字服务,而且互联网本身就是相互连通的。Star 最关键的职责是完成卫星发射、星座搭建以及配套的通信技术部分,服务能力完全可以出售给世界各地的其他运营商。

  通过和其他运营商合作,利用后者现有的网络设施,在特定节点加上Star 的天线和接入装置,简化地面站的架设。而运营商也能享受到Star 有希望做成的全球化低延迟网络服务,并且将他们包装成商品,出售给特定用户,例如为某些国外网络游戏提供加速等等,最后SpaceX再从运营商的服务中收取固定数额的费用又或者是直接分成。

  这样一来,运营商的网络品质有所提升,而SpaceX则在最麻烦的地面基站架设上能够节省不少,一石二鸟。不过,这也是一种极为乐观和理想化的想法。即便运营商真的选择合作,初期的建设风险依旧主要由SpaceX自己来承担。

  Elon Musk曾和SpaceX高管在公司就Star 潜在合作意向接待美国空军官员

  再来看军用。

  早在2018年底SpaceX就获得了美国空军价值2870万美元的合同,研究项目是“使用商用太空互联网防御实验”(Defense Experimentation Using Commercial Space Internet)计划的一部分,旨在“让美国空军可以利用通用的硬件元素,通过多个卫星互联网服务进行通信”。

  一个全球都能够高速联网,而且实际效果堪比有线网络的卫星星座,这不正是全球化军事行动的最好指挥保障么?而且说不好,财大气粗的军队还能够直接给自己的各种大型装备(战舰、飞机、战车)直接装上自己的卫星天线装置,真正实现大规模的StarL 应用。

  就是不知道现实中的“钢铁侠”是否有可能会像电影里面的“钢铁侠”一样,会因为担心军事滥用先进技术和军队say no了。

  财务上的“坎”在哪里?

  我们以Star 早期全球覆盖的3200卫星为目标,可以进行一系列计算,首先是总体花费。

万颗卫星、百亿美元的太空大赌局时代

  因为Star 卫星的轨道很低,受到太阳光压、太阳月亮引力和逸散大气的影响,其需要不断消耗离子发动机的工质来维持轨道。而且在工质耗尽之前,SpaceX还必须人工控制将卫星导向大气层销毁。所以Star 卫星只有5年左右的寿命,这一部分的周期性成本计算如下:

万颗卫星、百亿美元的太空大赌局时代

  除了卫星地面站的场地成本之外,想要达到终极目标还有一个很麻烦的情况:目前为止,SpaceX每年所能够完成的火箭发射能力仍未突破每年30次。但按照目前的发射速度即便只执行Star 的发射任务,也需要两年才能完成前3200颗卫星的发射。算上其他外部任务,可能首批3200颗卫星还没发射完,就要开始换代了。

  前期投入是一部分,未来Star 的收费等级是一个更严峻的问题。我们进行一个简单的计算,假设Star 要在5年内从用户身上收回这些周期性投资的成本,需要按怎样的服务进行收费:

  总计3200颗卫星,按照20Gbps的单颗带宽计算,总带宽就是65536000Mbps;按照我们现在日常的50Mbps宽带带宽进行分配,总计可以满足131万名客户使用;这131万名客户5年内承担47.2亿美元,均摊下来每年720美元(约合人民币4975元)。

  这个成本大概率无法进一步降低,相比之下,全球有线网络的单速率价格反倒是在不断下降的,所以等Star 真正运行起来的时候,它跟有线网络之间的价格差距很可能还会进一步加大。

  这个价格对于中国用户来说肯定是太高了,但是对于一些发达国家来说还在正常的有线网络收费范围内。不过我们的假设前提仅仅是收支平衡,更没有计算初期投入的各种基站成本的摊薄。

  Elon Musk之前曾表示:“Star 最终将能够承载全世界3%的互联网流量传输,最终每年收入100亿美元”。并且计划将这些收入用于自己的其他事业,例如心心念念的火星殖民计划。

  根据现有已知的Star 卫星轨道设置,前3200颗卫星大概能够为整个Star 项目提供25%的流量,算下来,也就是光是前3200颗卫星,每年收入差不多就是25亿美元。5年下来就是125亿美元,扣掉卫星换代的47亿美元,SpaceX还能拿到78亿美元。毛利润比率62.5%,看上去已经很乐观了。

  按照这个比率,我们可以反过来修正前面单个用户的网络费用:50Mbps带宽的Star 互联网服务,最终年费可能高达1920美元(约合人民币13265元)。

  可如果真的按照这个价格去销售,Star 如何推广将会是个大问题。

  民营大规模星座应该怎么看?

  分析完Star 之后,我们就可以反过来看看行业了。在Star 之后,项目规模最大的分别是三星(4600颗)、波音(2956颗),算上其他包括国内民营航天公司在内的,还有3000颗左右,总计也已经过万颗了。

  目前除了Star 之外可以确定的是,10年内这些项目都不具备实现的能力。

  原因主要有三点:

  1. 民营互联网星座的首要门槛是足够的负载能力,较低的发射成本。纵观全球,并不存在能够满足的空闲发射力量。而有希望在未来满足这种规模需求的,目前只有SpaceX。这个优势在10年以内都很难动摇。2. 第二点就是资金,光看数字,民营互联网星座的确是很刺激,动不动几百上千颗,但背后的成本实在惊人。体量很小的创业公司是压根玩不转这种项目。3. 第三点是民营互联网星座因为轨道特性,天生就只能用于全球性业务,再加上卫星领域天生的高投入,假如真的有公司在这一领域(例如SpaceX)真的站住脚了,后来者除非能够在能力上实现颠覆,否则就只能选择放弃。

  但正因为知道这件事成不了,反而让民营互联网卫星成为了宣传的“必选项”。

  更有趣的是有些公司还将互联网能力换成了更对自己口味的通信和数据传输能力,例如物联网、5G、区块链等等。不用细究,这些计划只会停留在“PPT”和“PR稿”中,它们唯一的使命就是让我们看了图个乐。

  说回Star ,目前项目仍在起步阶段,我们估算的这些数字必然不可能完全准确。但在数字之外有一点必须强调——卫星项目跟很多其他商业投资不同,一旦失败,那就是满盘皆输。

  因为一旦出现什么差错,Star 半途而废。那么这些天上的卫星也不会转变为什么固定资产,他们的出路只有一条:最终变成一道流星,划过天空变成灰烬。

  这才是Star 最应该被称为“赌局”的原因,因为一旦决定放下筹码,就不可能抽身离开。

  接下来,就是时候看“钢铁侠”Elon Musk表演如何在刀尖上跳舞了。

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[责任编辑:神璐璐]
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