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技术|从企鹅到包裹：微型卫星负责连接一切

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新华社北京1月20日新媒体专电 美国《华尔街日报》网站1月9日刊载题为《把奶牛、汽车和集装箱船连接到互联网的微型卫星》的文章 ， 作者系该报专栏作者克里斯托弗·米姆斯 。 文章称 ， 新兴微型卫星网络将能促成真正的全球“物联网” ， 文章分析了导致其出现的多重因素 。 全文摘编如下：
科学家需要经常跟踪南极洲冰原上阿德利企鹅的健康状况 。 不过 ， 他们这次是从数千英里之外操作摄像头——通过在人们头顶上在轨运行的微型卫星 。
利用相同的技术 ， 能源公司正在探索监控难以抵达的风电场 ， 物流公司正在探索跟踪集装箱船 ， 农业综合企业则正在探索养牛 。 这种技术甚至帮助《国家地理》杂志跟踪了一个废弃塑料瓶从孟加拉国海岸漂向印度洋 。
在不久的将来 ， 我们不难设想：利用这种不断发展的卫星技术 ， 可以给每辆汽车装上失事信标 ， 可以对地球上任何环境中的野生动物进行远程监视 ， 可以追踪你在亚马逊网站上购物的包裹——不仅仅是卡车运送包裹的情况 ， 还可以一路追溯到制造该商品的工厂 。 而且 ， 做到这些的成本可能只有之前卫星跟踪系统的很小一部分 。
这些新兴微型卫星网络的出现有多重因素 。
优势明显
首先 ， 卫星本身比以往任何时候都体积更小、价格更低、性能更强 。 智能手机行业实现了所有电子元件的小型化 ， 从汽车到无人机的各种产品都因此受益 。 其他因素包括：太空探索技术公司等企业带来的发射成本下降、印度等国积极的国家太空计划以及一系列新的发射技术——包括可重复使用的助推器、3D打印发动机等 。
同样重要的是新的远距离、低功率无线通信标准的推出和采用 ， 这些标准在外太空运行效果与在地面一样好 。
同许多创新——从互联网到智能手机——在早期的情况一样 ， 谁也不能确定来自太空的低成本、低功率数据传输能带来什么——或者说 ， 是否会有足够的需求来支撑众多竞相提供这种数据传输的公司 。
近期 ， 十多家公司的数百颗微型卫星将发射升空 。
这些初创公司没有与亚马逊和太空探索技术公司等在太空领域更烧钱、更雄心勃勃的企业正面竞争 ， 后者的目标是向家庭和企业提供高速互联网 。 那些由数以百计、甚至数以千计相对较大的卫星组成的“超大卫星群”耗资数十亿美元 。 而据微型卫星网络的运营商说 ， 由多达100颗微型卫星组成的网络可能只需耗资数千万美元 。
美国阿里巴达倡议组织为研究人员——包括观测企鹅的科学家——设计和建造跟踪和连接系统 ， 该组织负责人阿拉斯代尔·戴维斯说 ， 这些微型卫星所能促成的真正全球“物联网”在2年前还是难以实现的 。
在企鹅计划中 ， 戴维斯在观测点安装了能够经受南极严酷环境的摄像头 。 虽然摄像头捕捉的图像存储在安全数码存储卡上 ， 需要每年手动收集一次 ， 但摄像头可以通过微型卫星向在伦敦的管理员报告它们的状态 ， 比如电量低、蒙上冰层或者设备倾斜等 。
用途广泛
拉库纳太空公司是一家设在英国哈韦尔的小型初创公司 ， 它有3颗通信卫星在轨运行 ， 还有2颗在进入轨道的途中 。 这些卫星大约只有一个公文包大小 。
与几乎所有的微型卫星群初创公司一样 ， 拉库纳太空公司需要再部署数十颗卫星 ， 以便随时能覆盖整个地球 。 拉库纳太空公司首席执行官和创始人罗布·斯珀雷特说 ， 目前 ， 许多测试该公司技术的客户每天只能连接卫星2到4次 。 但对于监控远程基础设施——比如企鹅观测摄像头——这样的应用来说 ， 这往往足够了 。 拉库纳太空公司的卫星利用长距离无线电通讯广域网(LoRaWAN)与地面上的设备连接 。 LoRaWAN已经广泛用于亚马逊等公司出售的地面设备 。
设在荷兰的智慧公园公司也利用LoRaWAN ， 将犀牛和大象与某个巨型动物网相连 。 这对野生动物保护区的管理人员来说很有用 ， 因为他们需要对这些动物进行监测 ， 以防偷猎——并在它们游荡到国家公园以外的地方时 ， 把它们赶回去 。
智慧公园公司联合创始人蒂姆·范达姆说 ， 该公司在马拉维测试的一种大象项圈与那里的LoRaWAN地面站连接 ， 同时也能与拉库纳太空公司的卫星连接 。 一旦卫星群全面部署 ， 他的公司将利用这种项圈追踪进入沙漠、森林和在非洲南部国家之间跨境的动物 ， 而那里没有其他无线信号 。 范达姆说 ， 由于LoRaWAN系统需要的耗电量相对较少 ， 可以通过平板天线工作 ， 因此非常适合安装在大象项圈上 ， 靠一块电池大约能维持长达10年时间 。
据太空研究公司NSR说 ， 至少有16家公司正在致力于发射类型相似的卫星网络 。 每家都在利用无线技术、卫星大小和承载能力的不同组合 ， 以形成彼此差异化和成本上的竞争 。
设在美国加利福尼亚州芒廷维尤的斯瓦姆技术公司联合创始人兼首席执行官莎拉·斯潘杰洛说 ， 该公司可能建成首个商业上可行的微型卫星群 ， 让客户可以在任何时候连接某一颗卫星 。 斯瓦姆技术公司已经发射了45颗卫星 ， 其中36颗是面向商业客户 ， 其余用于试验 。 它预计在借助太空探索技术公司的“猎鹰9”火箭 ， 从佛罗里达州再发射36颗卫星 。 到2021年底总共将有164颗卫星在太空运行 ， 其中150颗处于活跃状态(有一些是备用) 。 斯瓦姆技术公司是通过制造超小型卫星来保持低成本的 ， 每一颗卫星仅相当于一个奶酪三明治大小 。
斯瓦姆技术公司的卫星用甚高频(VHF)波段——与舰船无线电系统所用的频段相邻 ， 但不与之重叠——进行通信 ， 这使得信号穿透力即便在城市和室内环境下也很强 。 2年前 ， 福特汽车公司宣布与斯瓦姆技术公司建立伙伴关系 。 它们一起在做什么 ， 现在还不得而知 。
设在瑞士的阿斯特罗卡斯特公司运营的卫星 ， 体积大约是斯瓦姆技术公司的10倍 ， 具备更多性能 。 它们的卫星由于有星载推进器 ， 可以把自己推进到不同的轨道 。 这有助于降低发射成本 ， 因为卫星可以自行进入轨道 。 推进器还能使它们在不再有用的情况下“脱轨” ， 这样它们就不会成为危险的太空碎片 。
阿斯特罗卡斯特公司成立于2014年 ， 其首颗和第二颗卫星分别在2018年和2019年发射 。 该公司计划本月再发射5颗卫星 ， 与斯瓦姆技术公司的卫星搭载相同的太空探索技术公司火箭 。
据阿斯特罗卡斯特公司首席执行官法比安·乔丹说 ， 公司设计和制造自己的卫星得益于一系列现成的电子元件 ， 其中许多类似于汽车行业所使用的电子元件 。 汽车零部件的设计要能承受强烈的振动和大范围温度变化——具有足够的耐久性 ， 因此可用于阿斯特罗卡斯特公司的卫星 。 传统卫星设计寿命有很多年 ， 必须非常坚固 ， 能抵御宇宙辐射和其他太空危险因素 ， 但阿斯特罗卡斯特公司的低地轨道卫星预期寿命只有3到5年 。
亚马逊和太空探索技术公司等企业计划使用允许高带宽互联网接入的无线电频率 ， 但这些较小的公司则使用能让它们以较小功率收发较少量数据的波段 。
对于那些客户只需知道某个设备在哪里、在做什么的应用 ， 这些卫星群提供的低带宽就够用了 。 通过斯瓦姆技术公司的卫星群传送的一个典型的信息包是以每秒1000比特的速度传输的 。 斯潘杰洛说：“我们开玩笑说 ， 这就像20世纪90年代的拨号上网 。 ”斯瓦姆技术公司每颗卫星的使用寿命为4年 ， 之后它们会在大气层中烧毁 。
成本低廉
最低带宽的权衡考量是 ， 它可以使成本保持在低水平 。 这对那些希望将数以百计、甚至数以千计的设备直接与卫星连接起来的客户来说至关重要 。
航天业独立顾问阿拉温德·拉维钱德兰说 ， 这些微型卫星公司的扩张很可能以合并告终 。 他预计 ， 一些公司会破产 ， 而另一些公司则会被传统卫星通信公司兼并或收购 。
他说：“目前 ， 基本上每个国家都有太空物联网公司 。 这太疯狂了 ， 我不知道你们是否有那么多需求 。 ”
拉维钱德兰说 ， 这有点像第一次互联网泡沫 。 当时企业大肆建设光纤主干网等基础设施 ， 结果事实证明尚未有足够需要这些光纤主干网的客户 ， 于是它们就破产了 。
美国莫门特斯公司创始人兼首席执行官米哈伊尔·科科里奇说 ， 制造和部署卫星有这么多不同方式 ， 每颗卫星以不同方式与地面进行通信 ， 这一事实意味着 ， 可能存在相当多不同公司成功将设备连接到太空 。
【技术|从企鹅到包裹：微型卫星负责连接一切】随着这些公司的卫星群在明年迅速扩大 ， 其中的不少公司很快将需要更多资金 ， 或更多客户 ， 或两者都需要 。 它们的技术和商业模式将在最严酷的环境——不是寒冷的太空真空环境 ， 而是高增长初创公司的竞争局面——中经受考验 。

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