5G之后，卫星通信没用了吗

生活中，如果有人突然说起卫星，你会不会觉得很陌生，觉得这好像是门非常专业、高深的技术，和我们普通人的生活离得特别远？但其实不是这样。

如果不是卫星来帮我们定位和导航，我们习以为常的打车和外卖App根本没办法使用；人烟稀少的地方往往网络也覆盖不到，我们还是得靠卫星来打电话；卫星技术甚至还能帮我们预测股价......

今天，我们特意请来得到App新课《前沿科技·卫星技术》的主理人彭天放老师来告诉你，这项技术其实一直在潜移默化中影响着我们的生活。

卫星技术能帮我们解决什么问题？ 要回答这个问题，我们得先来讲一个卫星的独特优势——三维优势。 你可以试着把视角放到地球这个尺度，你会发现大部分人类活动，范围都非常有限，具体来说，都集中在地球表面这片面积5.1亿平方公里，高度却只有十几公里的“二维球膜”里， 任何设备的部署都只能局限在地球表面。 而卫星的出现，可以说是突破了这种空间的局限，让我们的存在延伸到第三个维度，这就是卫星的三维优势。 我举一个具体的例子。

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马斯克“星链计划”为何被质疑

2019年5月24号，埃隆·马斯克的太空探索技术公司向太空发射了60颗通信卫星。这些卫星受到极大关注，因为它是一项超级大工程——“星链计划”的第一批卫星。 马斯克声称，2024年之前要发射4400颗卫星进入太空，最终目标是搭建一个由12000颗卫星组成的，覆盖全球的太空“大WIFI”。 这个计划听起来是不是很厉害，但马上遭到了质疑。一个主要理由是，5G通信时代都已经来了，卫星通信难道比5G更好吗？ 其实不管是4G还是5G，无线地面通信都要靠地面基站来进行。我们把基站和卫星的通信水平拿来对比一下，很快就能算清楚一笔账。 卫星能比5G网速更快吗？应该不能。卫星通信频段一般确实比5G更高，理论上也有可能比5G网络速度更快。但是，在现实情况下，距离太远，而且干扰太多，这些因素的影响下，你很难说卫星能比5G还要更快。 卫星能比5G成本更低吗？也不是。虽然说5G信号的覆盖范围比较小，基站也更密集，成本比4G提高非常多。但一个地面基站的建设成本，也就百万人民币这个量级。而2019年初美国发射的高轨道通信卫星，光发射成本一颗就要上亿人民币。 而且马斯克的这个星链计划也不是什么新想法，早就有人尝试过，而且失败了。 尝试者是通信行业的巨头摩托罗拉，他们在20多年前，有过一个大名鼎鼎的“铱星计划”。 这里的“铱”是一种金属元素，原子序数是77。这个计划原本是想把77颗卫星打上太空，组成一个太空大WIFI。所以才叫作“铱星计划”。 这个计划1991年正式启动，到1998年一共发射了66颗卫星投入商业运行，总共花掉了50多亿美元。 但是仅仅运行一年之后，1999年“铱星计划”就提出了破产申请，原因跟我们上面说的一样，就是网速太低、成本太高。 这个一度如日中天的项目，从此就奠定了卫星通信在商业领域对抗地面通信的败局，至今还被写在商业教材的反面案例中。 而且就算不考虑成本和通信速度，光是发射能力都成问题。 第一颗卫星以来，人类一共往天上发射过的航天器也就是9500多个。想要在未来几年内，把上万颗卫星打上天？这听起来，似乎也不太可能。 不过，我也再告诉你一个数据，目前在轨卫星里面，数量最多的恰恰就是通信卫星，占到所有卫星总数的2/5。而且目前看来，在未来可以预计的时间中，通信卫星的数量还会越来越多。 这不是很矛盾吗？卫星的通信能力被连番质疑，但事实情况呢，卫星最主要的工作就是通信，而且还有像马斯克一样，积极发射新通信卫星的人，这是为什么呢？ 其实，前面算账的时候忽视了一个重要的要素——应用场景。

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“三维优势”有哪些应用场景？ 我们生活在城市里，很容易有个错觉，觉得哪里都能打电话、上网，基站在哪里都能覆盖到，但真的是这样吗？ 给你看两个数据： 第一个，以面积计算，全球范围内能通过手机信号连上互联网的区域面积，不到地球总面积的20%。 第二个，从人口角度看，全球至今还有30亿人没有接入互联网。 显然，地球上不是全都覆盖了网络，甚至有80%的地区可以说是“信息荒原”。 我们之所以觉得网络哪里都有，一部分原因是因为，我国的基础设施确实在全世界都非常领先； 另一方面，也是因为大部分人都生活在人口密集的地区。 这些“信息荒原”在未来应该怎么覆盖呢？ 我们知道今天地面通信的一个4G基站，能够覆盖的范围大概是5-10平方公里，而未来的5G基站覆盖的面积更小，大概就是1平方公里。 卫星通信，因为突破了高度的限制，一颗距离地面30000公里的高轨道通信卫星，可以覆盖地球表面四分之一的面积，也就是大约1.25亿平方公里。 而“星链计划”里高度1000公里以下的低轨通信卫星呢，理论上每一颗也能覆盖上百万平方公里的土地。 在人口密集的城市，这个覆盖能力确实没什么用。 因为单颗卫星的覆盖范围再大，能同时服务的用户数量还是很有限的。 但在另一些场景中，可就不一样了。

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第 一 类 场 景 在很多情况下，铺设和维护基站的难度非常大，有的地方甚至完全没办法铺设基站。 那么， 卫星通信就是唯一的选择。 比如，海洋货轮占全球贸易总量90%，但海上没办法铺设基站，只能通过海事卫星进行通信。 山区和雨林也是一样，登山队和科考小组也经常用卫星电话联系。 在这里，地表环境就成了基站技术的限制条件。 在二维空间内，想要突破这些环境限制非常困难，但升维就很容易解决。 三维空间里的卫星完全不受地表环境的影响。 我们再举一个例子。 飞机上也是基站覆盖比较困难的地方。 我国民航领域刚刚放松了电子设备联网的限制，未来在高速航行的客机上的WIFI市场，商用卫星网络就会是一种很有竞争力的解决方案。 甚至我们再远一点，如果不把关注焦点放到地球上。 有人说马斯克的卫星通信，其实是在为小行星、月球资源的开发、甚至火星移民做准备。 在这些地方，卫星通信就成了唯一的选择。

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第 二 类 场 景 虽然卫星作为信息中转的通道，能同时服务的用户数量不算多，但是如果作为一个信息广播的平台，卫星就能最大程度地发挥这种三维优势。 我们总说， “海上生明月，天涯共此时”。 这句话从信息传递的角度来看，其实跟卫星广播的原理非常像。 特定情绪就是信息，月亮是天然的地球卫星。 它把这种情绪广播给跨越千山万水的中国人，就跟卫星广播的原理是非常相像的。 一颗高轨道通信卫星，理论上可以覆盖1/4的地球表面积。 如果不考虑南北极的话，最少3颗卫星就可以完成全球范围内的信息广播。 卫星广播电视是当前通信卫星里最大的市场。 我们现在看到的世界杯、奥运会还有新闻报道的直播，主要都还是靠卫星通信进行信号广播。 所以，正是有卫星通信，才让信息触达到任何角落成为可能。

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第 三类 场景

这也是最重要的一点，就是卫星拥有在不合作的环境里搭建通信网络的能力。 什么叫不合作环境呢？ 举个例子，比如海湾战争时期，进入伊拉克的美军如果想要相互联系，是不可能每个人买一张伊拉克电信的电话卡，相互打电话的。 事实上，从地面作战的士兵、装甲车，到天上的战斗机、导弹，再到海上航行的军舰，都要依靠通信卫星来搭建战争地区的通信网络。 1990年的海湾战争时期，美国就调集了超过100颗卫星云集在中东地区的上空，提供战争时期的信息支持。 在2019年新中国成立70周年的阅兵仪式上，你可能看到了很多令人振奋的高新军事装备。 未来，很多战略性武器都要具备在1小时内打击全球的部署的能力。 像是高超音速的无人战斗机、导弹，以及远洋航行的航母战斗群，随着这些武器信息化程度的提高，对卫星通信网络的需求也必定越来越多。 截止到今天，卫星网络依然是在战争时期可靠性最高，最难以被敌军直接攻击的一种基础设施。 事实上，刚刚“铱星计划”的故事其实还没有讲完。 1999年宣布破产之后，铱星计划被美国军方收购，而且在2008年终于成功实现了盈利。 说到这，我们不妨再回头看看，马斯克的“星链计划”究竟看中了什么？ 我想，他应该就是看中了卫星通信在这些非传统的“应用场景”里，有更强大的能力。 当然，他的野心也许不仅仅是用更廉价的方式，实现地球另外那80%区域的高速网络覆盖，更要为遍布地球的万物互联时代，给物联网提供一种全球通信的基础设施。 所以说，我们评判一个技术，不仅仅要看到它在熟悉场景中的价值，也要看到当原有局限被突破之后，会不会产生什么新场景下的解决方案。

今天，这门 《前沿科技·卫星技术》 ，就在得到App上线了，主理人是在中国一流的实验室从事一线科研工作的彭天放老师。 师从中国微纳卫星和卫星编队领域顶尖学者的他， 会在课程中结合大量一线成果，告诉你这门三维技术还能为我们的生活带来怎样的变化，帮你从工程思维的角度理解卫星，探秘如今这个刚刚开启的大航天时代。

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