深度解碼SpaceX（下）：星鏈業務的發展進展，以及中美差異
在上篇文章中，我們對SpaceX的發射業務進行了深入解讀。
相比發射業務（Launch）而言，星鏈業務（Starlink）無論從業績彈性的角度，還是地緣政治的角度而言，都更爲重要。
這篇文章我們聚焦於SpaceX的星鏈業務，力爭把它說透。
星鏈業務涉及軍工，因此很少有公開資料。Morgan Stanley上週發佈的130頁SpaceX大報告是我們探究SpaceX的富礦，值得仔細閱讀。報告鏈接放在文末，歡迎感興趣的朋友去看原文。
本文共有10個要點：
星鏈（Starlink）：人類歷史上最大的LEO衛星星座
星鏈（Starlink）是SpaceX旗下的低軌衛星網絡（LEO，Low Earth Orbit）。
目前Starlink網絡擁有超過5600顆活躍衛星，構成了人類歷史上最大的衛星星座。所謂衛星星座（Satellite Constellation），是指由一組人造衛星共同構成的通信系統。
Starlink的衛星星座在太空中形成了一張巨大的衛星互聯網，與由地面基站、用戶終端形成的地面互聯網相連，向客戶提供通信服務。
截止目前，Starlink擁有超過260萬名活躍用戶，並且這個數字正在以每週2.5萬的速度快速增長。
迄今爲止（~24年4月），SpaceX已經向LEO發射了超過6000顆星鏈衛星，其中大約400顆衛星已脫離軌道，有5600顆衛星正在運行，佔到全球總活躍衛星數量的50%左右，擁有舉足輕重的地位。
預計未來幾年中，星鏈衛星數量仍將快速增長。
2022年12月，SpaceX獲得了美國聯邦通信委員會（FCC）的批准，可將總計12000顆星鏈衛星發射進入軌道。
在這個基礎上，SpaceX正在積極徵求FCC的意見，希望批准發射42000顆衛星入軌，目前仍未得到准許。
建設第二代衛星星座，實現Direct-to-Mobile
SpaceX共發射過4種版本的星鏈衛星，分別稱爲v0.9，v1，v1.5，v2.0 Mini。
目前Starlink星座中佔比最高的是v1.5的衛星。SpaceX計劃未來大量發射v2.0衛星，構建第二代衛星星座，從而大幅提升通信能力。
一代星座（Gen1 Constellation）是星鏈最初的衛星網絡。由超過4600顆衛星組成，包括v0.9、v1和v1.5星鏈衛星。
v0.9是SpaceX的prototype衛星，於2019年5月發射進入太空，每個v0.9衛星重量約500磅。
v1首次於2019年11月發射，迄今爲止SpaceX已發射約1700顆v1衛星。v1衛星配備了相控陣天線（Phased Array Antennas），重約570磅。
v1.5作爲v1的升級版本，於2021年9月首次推出。截至目前，SpaceX已發射近3000顆v1.5衛星，使其成爲星鏈星座中佔比最高的衛星。
相比v1，v1.5配備了衛星間激光通信系統，使衛星之間能夠直接相互通信。這個功能非常重要，它有效降低了對地面基站的數量要求。
一顆v1.5衛星的重量約爲675磅，比v1的衛星大了一圈，每顆衛星能夠支持18-20 Gbps的帶寬。
二代星座（Gen2 Constellation）是SpaceX即將推出的衛星星座，預計將顯著提升用戶的通信速度，由v2.0衛星構成。
與v1.5 類似，v2.0也將配備激光器，用於衛星間相互通信。此外，v2.0將利用E-band頻率進行backhaul，並將配備更高性能的電動推進器。
每個v2.0衛星重約2500磅，將支持相當於v1.5衛星4倍的通信容量，每顆衛星能夠支持約100 Gbps的帶寬。
v2.0衛星比v1.5重很多，必須通過星艦（Starship）進行運載發射，但星艦目前仍然處於測試中，SpaceX現有最強的運載火箭仍然是Falcon 9以及Falcon Heavy。
爲了不耽誤Gen2星座的建設，SpaceX於2023年2月推出了v2.0 Mini衛星，重量約1500磅，能夠通過Falcon 9運輸到太空中。
對於一顆以17000英里/小時的速度穿行於太空的衛星來說，要讓它和位於500英里外地球上的手機相連，是一項非常艱鉅的任務，目前的Gen1星座還不支持衛星與手機直連。
爲了實現“Direct-to-Mobile”，建設Gen2星座是必要的一步。
從GEO到LEO，星鏈背後有哪些黑科技
在星鏈出現之前，衛星通信的傳統方法是GEO（geostationary），即對地靜止衛星。
GEO衛星與地球保持相對靜止，運行在赤道上空約35000千米的高空，這個軌道被稱爲“對地靜止軌道”。
傳統的衛星通信服務，往往只由一顆對地靜止衛星提供。而Starlink通過在近地軌道部署幾千顆低軌衛星，交織形成低空衛星互聯網。Starlink的衛星運行在距離地面550千米的高空，比GEO衛星低多了。
要知道，衛星與地面距離越遠，數據傳輸的延遲就越明顯。因此GEO衛星只能用來發發電報，所謂窄帶通信，無法支持視頻電話、直播流媒體等寬帶通信需求。
Starlink衛星上使用的重要技術包括：
（1）自動防撞系統（Autonomous Collision Avoidance）：星鏈衛星可以自主探測並躲避迎面而來的星際碎片或航天器。
（2）星球追蹤器（Star Tracker）：每顆衛星都配有星球追蹤系統，由一系列傳感器構成，可根據觀測到的恆星位置確定衛星自身的位置、高度和方向。
（3）太空激光器（Optical Space Lasers）：SpaceX使用激光技術，讓衛星之間能夠直接相互通信，而無需通過位於地球表面的基站進行數據重定向，顯著提高了數據傳輸速度。
（4）相控陣天線&拋物面天線（Phased Array & Parabolic Antennas）：每顆星鏈衛星配備了4 個相控陣天線和2個拋物面天線。相控陣天線是平面的、靜態的，而拋物面天線則是曲面的，可以人工操作調整。
（5）氪動力離子推進器（Krypton-powered Ion Propulsion Systems）：星鏈衛星使用氪動力離子推進器調整自身的狀態，執行升軌或離軌任務。Starlink衛星是人類有史以來第一個採用氪動力推進的航天器。
目前衛星的生產製造是一個勞動密集型的流程，不具備規模效應，就像是福特發明流水線之前的汽車生產工藝。
通過現代化流水線生產，空客旗下的OneWeb能夠每天生產2顆衛星。SpaceX也表示正在積極部署衛星的自動化生產線，提升衛星產能，從而滿足Gen2星座的部署需求。
星鏈的用戶規模有望從260萬增長到10億
Starlink的衛星通信服務於2021年2月正式向公衆開放。到22年底，Starlink的訂閱數達到了100萬人。23年9月，Starlink訂閱數達到200萬。
截止24年3月，Starlink已經擁有260萬名訂閱用戶，差不多每週增加2.5萬名用戶。隨着第二代星座的部署，星鏈的通信能力和帶寬水平將顯著提升，預計Starlink的用戶羣體將繼續快速增長。
Starlink主要有四種類型的訂閱用戶，它們分別是：
（1）Households/Stationary Business subscribers：家庭 & 固定商業
（2）Maritime subscribers：海事
（3）RV subscribers：房車
（4）Aviation subscribers：航空
除此之外，隨着第二代星座的部署，Starlink有望拓展第五類場景：移動智能終端，包括手機、汽車、無人機、eVTOLs等。
第二代星座能夠實現“Direct-to-Mobile”，從而讓星鏈爲移動智能終端提供衛星通信服務，不需要額外配置終端接收器。
Morgan Stanley預計，如果只考慮前四大場景，Starlink總用戶規模將從24年底的380萬增長到2040年的3200萬。如果將第五類場景包含在內，Starlink的用戶規模有望在2040年達到10億。
Starlink的全球覆蓋地圖
Starlink目前並沒有向全球用戶開放。這一方面是因爲星鏈目前通信承載能力有限，另一方面和地緣政治密切相關。
23年10月之前，美國只有部分地區可以接入星鏈網絡，但是隨着SpaceX發射部署v2 Mini衛星入軌，星鏈的通信覆蓋能力得到了顯著提升。
目前整個美國地區都可以接入星鏈網絡，大多數歐洲國家、日本、澳大利亞、新西蘭等也可以接入星鏈網絡。
23年底，印度國家議會頒佈了新的《電信法案》，爲國際衛星通信服務商提供了准入流程，將有助於Starlink進入印度市場。
南美洲和非洲目前處於waiting list，而星鏈在中國、俄羅斯、中東部分地區不可用。
Starlink是怎麼收費的呢？
SpaceX提供5種通信服務方案，分別稱爲Standard、Priority、Mobile、Mobile Priority、Aviation。
（1）Standard：主要面向個人或家庭客戶，終端接收器固定不動，通常把終端接收器安裝在家庭屋頂上。
（2）Priority：Standard的高端版本，也是面向固定的用戶終端，但主要服務於商業或政府用戶，通常把終端接收器安裝在辦公大樓的屋頂。
（3）Mobile：Starlink面向移動用戶終端推出的服務計劃，比如房車用戶，可以把終端接收器安裝在房車的頂棚上，適合外出旅遊野營時的通信需求。
（4）Moblie Priority：Mobile的高端版本，也是面向移動的用戶終端，但主要服務於遊輪和船舶，通常把終端接收器安裝在船頂。
（5）Aviation：Starlink爲飛機提供的通信服務計劃，提供給商業航空公司使用，這個方案的定價比前4個方案貴很多。
在正式使用Starlink的衛星通信服務之前，所有用戶都需要購買終端接收器。對於Standard、Mobile方案的客戶，可以選購標準終端，定價$599；對於Standard Priority、Mobile Priority的客戶，需要選購高性能終端，定價$2500。
終端的採購屬於一次性費用，然後用戶每個月需要再支付通信服務的套餐費用。
以Standard服務方案爲例，用戶需要先花$599購買標準終端，然後每月支付$120購買服務套餐。這麼算下來，一年的總資費爲$2040，並不便宜。
SpaceX的Aviation服務方案比較特別，它需要專門配備一款高性能終端，其名稱爲“low-profile Aero Terminal”，定價15萬美金，比其他方案的終端設備貴得多。每月的通信套餐服務價格爲2.5萬美金，因此一年開支約爲45萬美金。
SpaceX + 電信運營商：建設太空中的蜂窩鐵塔
自2022年起，SpaceX已經宣佈與多家電信運營商、航運公司、航空公司建立合作伙伴關係，爲它們提供基於星鏈的衛星通信服務。
下圖把SpaceX這兩年的商業合作情況總結的非常清晰，我們挑選幾個重點來探討。
2022年8月，SpaceX與T-Mobile共同推出一項名爲“Coverage Above & Beyond”的計劃，目標是通過接入衛星通信能力，讓你無論走到哪裡，手機都有信號。
據統計，美國有接近20%的國土面積沒有被地面移動通信網絡覆蓋，因此存在信號死角的情況。這時星鏈衛星充當了“太空中的蜂窩鐵塔”，如果T-Mobile用戶的手機無法與地面基站建立連接，手機將自動轉向太空並從最近的星鏈衛星獲取信號。
SpaceX與T-Mobile計劃在2024年正式推出這項服務。
除了T-Mobile之外，SpaceX最近還與瑞士的Salt、新西蘭的One New Zealand、加拿大的Rogers、澳大利亞的Optus、日本的KDDI、智利的Entel等電信巨頭建立了“Direct-to-Mobile”的合作關係。
星鏈 + 國防 = 星盾
2022年12月，SpaceX推出了新的業務部門：Starshield（星盾），正式將星鏈衛星用於軍事領域，服務美國政府及軍方。
簡而言之，星盾其實就是專供美國軍方使用的星鏈。
截止目前，Starshield已經獲得多項美國政府和軍方的合同。23年10月，SpaceX與Space Force簽署了一份爲期一年、價值7000萬美金的擴散近地軌道（PLEO）衛星服務合同，爲其空中、陸地及海洋上的各種固定及移動單位提供高質量、低延遲的衛星通信服務。
2023年12月，Space Force宣佈Starshield在北極地區成功完成了爲期9個月的軍事測試。儘管氣候惡劣，Starshield仍然展現出了極高的穩定性和可靠性。
與此同時，SpaceX正在與NRO（National Reconnaissance Office）合作建設一個機密的地球觀測衛星星座，這份合同價值18億美金，於2021年簽署。
說到星盾，就不得不提PWSA。
美國的Space Development Agency（SDA）目前正在與商業衛星製造商合作建設一個低軌衛星星座，用於增強美國的導彈防禦能力，該網絡被稱爲“PWSA”，全稱是Proliferated Warfighter Space Architecture。
PWSA將包含多層次衛星網絡，提供基於LEO的導彈監控及預警能力。SDA目前正在與多家商業衛星廠商合作，分層級建設PWSA衛星網絡。
SpaceX目前在第零層提供了4顆星鏈衛星，SDA爲此支付了1.49億美金。PWSA的第零層一共包括28顆衛星，其中有19顆用於數據傳輸、8顆用於導彈預警、1顆用於測試。
除了SpaceX外，第零層的衛星供應商還包括York Space Systems、Lockheed Martin、L3Harris Technologies。
截止目前，SDA已經在第零層部署了衛星，而第一層、第二層尚未啓動。第一層預計會包含150顆衛星，於24H2開始發射。第二層將包含250顆衛星，於26/27年開始發射。第三層、第四層的相關計劃仍未公佈，預計PWSA的規模最終會擴展到大約550顆衛星。
星鏈在俄烏衝突中起到了關鍵作用
近年來隨着世界局勢的動盪，星鏈在地緣軍事衝突中開始起到越來越重要的作用。
星鏈在俄烏衝突、加以衝突中起到的決定性作用，凸顯了在重要地區加強通信容量冗餘的必要性。
此前大家普遍認爲，衛星通信的主要目標是去覆蓋那些地球表面上還沒有被地面網絡覆蓋到的偏遠地區，比如加拿大北部地區、南喬治亞島等。
但是2023年3月，美國太空司令部的James Dickinson將軍在評論SpaceX在俄烏戰爭中展現的星鏈通信能力時說到：對於現代戰爭而言，擴大對已覆蓋地區的衛星通信容量，並形成必要的冗餘和彈性，是非常有必要的。
2022年2月，隨着俄烏衝突拉開序幕，烏克蘭地面通信網絡被摧毀，烏克蘭時任副總理Mykhailo Fedorov請求SpaceX激活在烏克蘭地區的Starlink衛星通信服務。
SpaceX應烏克蘭的要求，向其提供了終端接收器，並啓動了星鏈通信服務。烏克蘭的平民可以使用星鏈來訪問互聯網，軍方則通過星鏈來收集情報，引導無人機執行軍事行動。
2022年9月，馬斯克向五角大樓通報稱，SpaceX已經向烏克蘭捐贈了2萬個星鏈終端接收器，耗資8000萬美金，如果得不到明確的政府資助，將無法繼續向烏克蘭提供星鏈通信服務。
同月，SpaceX拒絕了烏克蘭軍方在Sevastopol地區激活星鏈通信服務的請求。馬斯克推測，烏克蘭軍方之所以提出這個請求，是爲了擊沉停泊在此處的大量俄羅斯艦隊。
馬斯克表示，如果批准了這一激活請求，就表明SpaceX明確參與了重大戰爭行爲和衝突升級，因此拒絕了這一請求。
2023年6月，五角大樓宣佈與SpaceX達成協議，爲SpaceX在烏克蘭的星鏈服務提供明確資金支持，具體交易細節沒有披露。截止2023年9月，烏克蘭情報總局局長Kyrylo Budanov表示，烏克蘭軍方正在戰爭前線大範圍使用星鏈通信服務。
Starlink、國網、Iris：主權星座競爭已然開始
目前Starlink的衛星數量已經佔到所有繞地球運行的衛星總數的一半以上，具有壓倒性的競爭優勢。該領域的主要參與者包括：
（1）中國國網：2021年4月，中國航天科技集團（CASC）宣佈計劃建設由13000顆衛星組成的國家衛星互聯網星座，簡稱“國網”。2023年夏季，國網衛星正式開始通過長征運載火箭送入太空軌道。
（2）歐盟Iris：2022年11月，歐盟正式宣佈啓動Iris項目，建設關鍵太空基礎設施，以減少對第三國的依賴，確保歐盟的自治主權，並在地面網絡缺失或中斷的情況下，提供關鍵的通信服務。歐洲議會目前已經批准24億歐元的預算，作爲Iris項目的第一階段投入。
（3）Eutelsat OneWeb：Eutelsat OneWeb是由GEO衛星運營商Eutelsat和LEO衛星運營商OneWeb於2023年合併成立的公司，旨在將GEO衛星的高吞吐量優勢與LEO衛星的低延遲特性相結合，提供綜合的衛星通信服務。
截止2023年12月，Eutelsat OneWeb的衛星網絡共包含630顆LEO衛星以及36顆GEO衛星，其衛星主要由空客（Airbus）製造。
然而由於種種原因，Eutelsat OneWeb的衛星部署計劃一再推遲，該公司近期下調了24財年的業績指引。
（4）Amazon Project Kuiper：Project Kuiper於2018年正式啓動，並於2020年7月獲得FCC批准，可以部署由3236顆衛星組成的LEO星座。Amazon在Project Kuiper上配備了超過1000名工程師，並通過與ArianeGroup、自家的Blue Origin、競對SpaceX、以及United Launch Alliance合作，將衛星發射進入太空軌道。
除此之外，還有Intelsat、SES、Telesat、Iridium、Lynk Global、Globalstar等衛星通信網絡提供商參與競爭。
至此，我們對SpaceX的星鏈業務進行了全面解讀。