你好,我是彭天放,欢迎跟我一起透视卫星技术前沿。



这一讲,我来讲卫星的第一个独特优势三维优势。



上一讲谈到,当我们把视角放到地球这个尺度,你会发现大部分人类活动,其实范围都非常有限。



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。 



以往任何设备的部署只能局限在地球表面。



而卫星的出现,可以说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。



什么是三维优势呢?我来举一个具体的例子。




1.马斯克的星链计划为什么被质疑?




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Wi-Fi。



 



这个计划听起来是不是很厉害?但马上就遭到了质疑。



 



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。



但在现实情况下,距离太远、干扰太多,你很难说卫星能比5G还要更快。



 



卫星能比5G成本更低吗?也不能。



虽然说5G信号的覆盖范围比较小,基站也更密集,成本比4G提高了非常多。



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,还失败了。



 



20多年前,有一个大名鼎鼎的卫星项目,叫铱星计划。



当时是通信行业的巨头摩托罗拉做的,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Wi-Fi,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。



而且在未来可以预见的时间中,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,但事实情况却是卫星最主要的工作就是通信。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?



 



 



因为,前面算账的时候忽视了一个重要的要素应用场景。




2.什么是三维技术的应用场景?




我们生活在城市里,很容易有个错觉,哪里都能打电话、上网,基站在哪里都能覆盖到。



真的是这样吗?



 



我给你看两个数据: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,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。




3.三维技术有哪些应用场景?




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Wi-Fi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,卫星通信更是唯一选择。



 



第二种场景,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。



 



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。



 



第三个场景,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,再相互打电话的。



 



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,对卫星通信网络的要求也必定越来越多。



 



截止到今天,卫星网络依然是在战争时期可靠性最高,最难以被敌人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。




本讲总结




好,总结一下,这一讲我讲了3部分内容:



 



第一,卫星技术让我们有能力在新的维度上部署设备,比起其他技术,有三维优势。



第二,在人口密集区域,卫星通信并不比5G通信更有优势。



第三,在很多非传统的场景下,比如海洋、民航甚至军事领域,卫星通信的优势就会非常明显。



 



 



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。






思考题:





最后,给你留一道思考题:请问你所在的行业,有什么单一维度的突破,改变了整个行业形态的例子吗?欢迎在留言区,写下你的答案。






卫星的三维优势,实现了传递信息的突破。在下一讲我们就来看一看,卫星的另外一种优势,是怎么样完全颠覆了人类获取信息的能力。




网友评论



星链计划在非传统的应用场景里有更强大的能力,这个可以理解。但在万物互联时代,从用更少的能量传递更多的信息这个角度看,并不具备优势啊,具体怎么发挥作用,老师能再解释一下吗?



作者



回复



非常感谢你的提问。吴军老师的用更少能量传递更多信息这个原则我是非常认同的,这个跟我最后一讲信息密度的提高应该算是异曲同工。不过这是一个总的原则,在具体场景中还是要按照物理世界的条件来看。比如我们提到的海洋这一个场景,用卫星就比基站目前更能够用少的能量传递更多信息。



 



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想请教彭博士,卫星通信,其总带宽显然是不如基站通信的(毕竟基站数量庞大),所以地面通信的主体依然会是基站(卫星即便有数万个,其总带宽无法满足所有的通信需求),再加上成本考量,在基站与卫星都能覆盖的地方,卫星应该是竞争不过基站的。也就是说,卫星通信主要的作用,依然是基站够不着的领域,比如您说的,航空、航海、极端地理条件、自然灾害等等场景。不知道这样的理解是否正确?非常想听听您对此的想法,谢谢!



作者



回复



非常感谢你的提问。



针对比较普遍的应用场景的问题,目前商业通信卫星其实处在成本收益平衡的过渡阶段。所以目前至少在海洋、山区、民航这些特殊场景,看起来效果不错。但说到能否普遍取代传统通信,我认为还需要再持续关注。



目前学界有一种说法是未来的6G网络,是天地一体化信息系统,我认为未来天地基础设施相互融合的可能性大于相互取代。



 



 



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零售行业单一纬度改变整个行业的,我觉得是商品开架式陈列。



在今天,我们买东西是非常开心和方便的一件事件,但是在上世纪的70-80年代,很多人去买东西是非常难受的,因为买东西要看售货员的脸色。你看中什么东西,只能站在柜台外,让售货员帮你拿。在80年代开始,老百货业开始改革,从封闭式柜台学习国外那种开放式柜台后,让顾客能拿到商品,整个行业得到迅速的发展。



 



在1995年以前,国内有些商店叫诚信商店,就是指有些货架采取半开放式陈列。在1995年,首家家乐福进入中国开始,超市那种开放式货架,让顾客随意挑选和触摸商品的酣畅淋漓的感受,迅速让国内的老商店也纷纷转型做了超市。



 



今天,只要你去任何一家便利店、超市、百货等,你都能直接接触到商品,开架式陈列是减少人和人之间的传递延迟性,而转而直接让商品与顾客直接交流,所以,从这一单纬度上来看,开放式陈列,改变了整个零售的行业形态。



 



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我是做餐饮服务的,这种单一维度突破的例子有,比较著名的是肯德基麦当劳,在标准化这个维度上获得突破后,迅速成长为了世界级的餐饮巨头企业,而人造肉很可能是下一个维度突破,带来的影响很可能改变整个人类的饮食结构,甚至波及到人类生活的方方面面。



 



 



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相信大多数人对于如今全球最大的社交网络平台Facebook都不会陌生。其实,在Facebook诞生之前,世界上已经很多的社交网站和社交软件,比如美国的Friendster、中国的QQ等等;而Facebook和这些以前的社交软件相比,最重要的一点就是实名社交。扎克伯格在2004年最初上线的Facebook社交网站,是给哈佛的本科生使用的,必须拥有哈佛本科的邮箱才能注册。由于电子邮件的地址是学生在哈佛的唯一地址,对应的姓名和其他信息都是真实的,这就将互联网上的账号和真实世界中的个人准确对应起来了。这样一来,也就可以避免了因为网上太多虚假信息而上当受骗的可能性了。所以,从实名社交这一维度入手,再加上硅谷风投的支持,Facebook迅速发展壮大起来。更为重要的是,Facebook的成功,改变了整个社交网络的生态;如今,几乎所有人都认可了社交网络的实名认证机制。这正是Facebook这家改变行业形态的科技公司的伟大之处。



 



 



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卫星技术让我们有能力在新的维度上部署设备,比起其他技术,有三维优势。所以任何一种技术都要看场景,而不能局限固有思维看问题,有灰度认知,才能黑白决策在哪里投入?如何投入?投入多少?把握需求场景,洞察人类未来,才是科技创新真正驱动力!



 



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石油行业里水平井钻井和多段分级压裂技术的突破,催生了页岩气和页岩油革命,彻底推迟了油气资源供给能力顶点的到来,进一步的改变了地缘政治。



 



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一个卫星带来生活改变的例子:



记得我之前的老板感叹:平时工作太忙,在飞机上因为没网,几乎是他唯一的不受外界影响的自由时间,结果现在技术发展太快,好些飞机上也有wifi了????



 



 



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5G技术肯定是既有优势也有劣势,而卫星通信应该说是能够解决一部分5G通信的劣势的,比如:信号覆盖范围小,人烟稀少地区基站部署性价比特别低等问题。



 



卫星通信的另外一个优势就是可以解决一些特定情况下的通信难题,比如:战争环境下的通信,极端环境下科考团队的通信等,这些都是地面通信几乎无法解决的问题。



 



但是我有一个疑问,这些应用场景使用的频率都太低了,对于普通老百姓来说使用的场景也是不太多的,这是不是限制卫星发展的瓶颈呢?


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