天文学家中有一种理论(也许是一个警世故事)叫做凯斯勒综合征，以1978年美国宇航局天体物理学家凯斯勒的名字命名。在这种情况下，一颗轨道上的卫星或其他一些物质意外地撞击了另一颗卫星并碎成碎片。这些碎片以每小时数万英里的速度绕着地球旋转，摧毁了沿途的一切，包括其他卫星。它引发了灾难性的连锁反应，最终形成由数百万块无功能太空碎片组成的云，无限期地围绕地球运行。
这样的事件可能会使轨道平面在功能上失去作用，摧毁任何送入轨道的新卫星，并可能阻止进入其他轨道甚至整个太空。
所以当SpaceX向联邦通信委员会提出了请求(在新窗口打开)将4425颗卫星送入近地轨道(LEO)以提供全球高速互联网网络的计划，美国联邦通信委员会(FCC)是有理由担心的。一年多来，公司回应(在新窗口打开)委员会提出的问题，以及竞争对手提出的拒绝申请的请愿书，包括提交一份“轨道碎片减缓计划”，以减轻对凯斯勒式末日的担忧。3月28日，FCC批准SpaceX的申请．
太空垃圾并不是FCC唯一关心的事情，SpaceX也不是唯一一家试图建造下一代卫星星座的实体。一些新老公司正在利用新技术，制定新的商业计划，并向联邦通信委员会(FCC)请愿，要求获得他们所需的部分通信频谱，以便让快速、可靠的互联网覆盖地球。
从理查德·布兰森到埃隆·马斯克，大咖们都参与其中，还带着大笔资金。布兰森的OneWeb已融资17亿美元(在新窗口打开)以及SpaceX总裁兼首席运营官格温·肖特韦尔估计价值100亿美元(在新窗口打开)为了那个公司的项目。
当然，我们面临着巨大的挑战，历史也不利于这些努力。好人正试图弥合服务不足地区的数字鸿沟，而坏人则将非法卫星偷偷放到火箭共享上。这一切的发生都是因为(或者真的是因为)对数据的需求激增:2016年，全球互联网流量超过了1万亿字节(在新窗口打开)这开启了泽字节时代。
如果目标是在以前没有的地方提供(良好的)互联网接入，卫星是实现这一目标的合理途径(在新窗口打开)．事实上，几十年来，公司一直在通过大型地球同步卫星(GSO)来实现这一目标，这些卫星位于非常高的轨道上，固定在地球上某一点的上方。但除了少数小应用程序这种类型的卫星连接速度不够快，可靠性不够高，反应速度不够快，无法与现代基于光纤或电缆的互联网竞争。
非地球同步轨道包括meo和leo(距离地球表面1200到22000英里)。meo运行在距离地球表面1200英里到22000英里的中地球轨道。如果狮子座现在不流行，至少他们是最流行的。
与此同时，关于非地球同步卫星的法规已经有几十年的历史了，并且在美国内外的机构之间存在分歧:NASA、FCC、DOD、FAA，甚至联合国的国际电信联盟都参与了这场游戏。
不过，在技术方面也有一些很大的优势。随着陀螺仪和电池的改进从手机内部逐渐渗透出来，制造卫星的成本已经下降。发射成本也降低了，部分原因是卫星本身尺寸更小。容量提高了，卫星间通信使系统变得更快，指向天空的大型天线正在消失。
SpaceX公司我们
在这项技术的背后，11家公司提交了申请(在新窗口打开)与SpaceX在同一个FCC“处理回合”中，两家公司处理问题的方式略有不同。
Elon Musk宣布了SpaceX星链计划并在西雅图开设了分公司。他告诉那里的员工，“我们想要彻底改变卫星方面的事情，就像我们在火箭方面所做的那样。”
2016年，该公司提交了申请的(在新窗口打开)FCC的应用程序(在新窗口打开)该计划要求从现在到2021年发射1600颗(后来减少到800颗)卫星，其余的在2024年之前发射。这些飞行器将在距离地面1110公里至1325公里之间飞行，在83个不同的轨道平面上环绕地球飞行。的星座,一组卫星将通过机载光学(激光)互连相互通信，这样数据就可以沿着天空反射而不是返回地面——形成一个长桥而不是一个倒置的V形。
在地面上，客户将安装一种带有电子操纵天线的新型终端，该天线可以自动连接到目前提供最佳信号的卫星——类似于手机选择信号塔的方式。由于近地轨道卫星相对于地球移动，系统将每10分钟左右在它们之间切换一次。因为上面会有数千个，所以至少有20个可供选择，根据(在新窗口打开)帕特里夏·库珀是SpaceX公司卫星政府事务副总裁。
地面单元应该比传统的卫星天线更便宜，更容易安装，传统的卫星天线必须物理定位，以指向相应的GSO卫星所在的天空部分。SpaceX将该航站楼描述为一个披萨盒大小(尽管它没有说明披萨的大小)。
通信将在两个频段内进行:Ka和Ku。这两种声音都出现在无线电频谱中，不过频率比你在立体声音响中听到的要高得多。ka波段的频率在26.5GHz到40GHz之间，而ku波段的频率在12GHz到18GHz之间。(Starlink有FCC的许可，可以使用特定的频率;通常，从终端到卫星的上行链路将在14GHz到14.5 GHz，下行链路将在10.7GHz到12.7GHz，其他的将用于遥测、跟踪和控制，以及将卫星连接到互联网的地面源。)
除了提交给FCC的文件，SpaceX对自己的计划保持沉默。而且很难梳理出技术细节，因为SpaceX从卫星上的组件到将它们送入天空的火箭，都是垂直整合的。但该项目要想成功，将取决于该服务是否如所宣称的那样，在相似的价格点上提供与光纤相当或更好的速度，以及可靠的体验和良好的用户界面。
2月，SpaceX发射了首批两颗星链卫星原型(在新窗口打开)．丁丁A和丁丁B的形状像圆柱体，翅膀上装有太阳能电池板，每边大约一米，马斯克通过推特证实他们正在成功沟通。如果这些原型机继续发挥作用，2019年将有数百个其他原型机加入。一旦该系统投入使用，SpaceX将通过指示它们降低轨道来滚动替换退役的卫星(并减少太空碎片)，这样它们就会坠落到地球上，并在重返大气层时烧毁。
时光倒流(约1996年)
早在80年代，休斯网络是卫星技术的创新者。你知道DirecTV安装在房子外面的盘子大小的灰色盘子吗?这些都来自休斯网，而休斯网本身，迂回地，来自航空先驱霍华德·休斯。“我们发明的技术使我们能够通过卫星提供交互式通信，”执行副总裁迈克·库克说。
当时，休斯网络系统公司拥有DirecTV，并运营大型地球同步卫星，向电视发送信息。当时和现在，该公司还为企业提供服务，比如加油站的信用卡交易。它的第一个商业客户是沃尔玛，沃尔玛希望将全国各地的员工与本顿维尔的总部连接起来。
在90年代中期，该公司建立了一个名为DirecPC的混合互联网系统:用户的计算机通过拨号提交请求;它被定向到网络服务器，并通过卫星完成，将请求的页面传送到用户的盘子。
2000年左右，休斯开始提供其第一个双向交互系统。但是保持服务的成本(包括消费设备)低到人们愿意购买它是一个挑战。为了做到这一点，该公司决定需要自己的卫星，并在2007年发射了Spaceway。据休斯说，虽然这颗卫星仍在使用中，但它发射时尤其重要，因为它是第一颗结合了机载分组交换的卫星。容量:10Gbps。
与此同时，一家名为Viasat的公司在2008年发射第一颗卫星之前，花了大约10年的时间进行研发。这颗名为ViaSat-1的卫星融合了一些新技术，比如频谱重用。这使得卫星可以选择不同的带宽，这样它就可以在不受干扰的情况下将数据输送到地球，即使它与另一颗卫星的波束轨道相邻，然后在不相邻的连接中重复使用这些频谱。
它也更快、更强大。据Viasat公司总裁里克·鲍德里奇(Rick Baldridge)介绍，当它升空时，140Gbps的容量超过了覆盖美国的所有其他卫星的总和。
鲍德里奇说:“在卫星市场上，人们别无选择。”“如果你找不到其他东西，它就是最后的手段。它的覆盖范围很广，但数据不多。它已经被降级为加油站交易之类的东西。”
多年来，HughesNet(现在归EchoStar所有)和Viasat建立了越来越快的gso。HughesNet在2012年推出EchoStar XVII (120Gbps)，在2017年推出EchoStar XIX (200Gbps)，并计划在2021年推出EchoStar XXIV，该公司表示将为消费者提供100Mbps。
ViaSat-2在2017年上升目前的传输能力约为260Gbps，计划在2020年或2021年部署三枚不同的viasat -3卫星，分别覆盖全球不同的地区。Viasat公司表示，这三颗Viasat -3卫星的容量预计将达到每秒1太比特，是其他所有环绕地球卫星容量总和的两倍。
“我们在太空中拥有如此大的容量，它正在改变提供这种交通的整个动态。卫星和电信顾问DK Sachdev说，他正在为LeoSat公司工作，该公司是发射LEO星座的公司之一。“今天，所有我们认为对卫星不利的东西，都在一个接一个地消失。”
所有这些速度的出现并非巧合，因为互联网(双向通信)已经开始取代电视(单向通信)，成为我们从卫星获得的主要服务。
LeoSat首席合规官罗纳德•范德布里根(Ronald van der Breggen)表示:“卫星行业正处于长期的狂热之中，正在思考如何从以视频为主转变为现在，最终以数据为主。”“关于如何做，做什么，服务哪个市场，有很多意见。”
还有一个问题
还有一个问题:延迟。与总体速度不同，延迟是信息从计算机到达目的地并返回所需的时间。比如你点击了一个网站的链接;这些信息必须传递出去(在本例中，通过卫星传输，然后返回)，表明您的请求，并返回站点。
站点下载所需的时间取决于连接的容量。ping服务器并启动它所需要的时间就是延迟。它通常以毫秒为单位测量——当你阅读PCMag.com时你不会注意到这一点，但当你玩的时候会很沮丧Fortnite(Epic Games $0.00)(在新窗口打开)你的游戏会滞后。
光纤系统上的延迟因距离而异，但通常为每公里几微秒。根据鲍德里奇的说法，当你向GSO卫星发送请求时，总延迟大约在700毫秒左右——光在真空中比在光纤中传播得快，但这些卫星距离很远，只是需要时间。除了游戏，这也是一个问题视频会议金融交易和股票市场，物联网控制，以及其他依赖于快速转变的应用。
但延迟到底有多大，还有待商榷。世界各地使用的大部分带宽用于视频;一旦视频启动并被适当缓冲，延迟就不是问题，吞吐量更重要。毫不奇怪，Viasat和HughesNet倾向于将延迟对大多数应用程序的重要性降到最低，尽管这两家公司也在努力将其在他们的系统中的影响降到最低。(HughesNet使用一种算法，根据用户所关注的内容来对流量进行优先级排序，以优化数据传输;Viasat宣布了一个MEO星座，以补充其现有的卫星，这应该会减少延迟，并填补包括高纬度地区在内的覆盖区域，这些地区的赤道gso很难到达。)
鲍德里奇表示:“我们真正关注的是高交易量和非常、非常低的资本成本。”“对于我们所支持的市场来说，延迟是否和其他功能一样重要?”
但重点仍然存在;近地轨道卫星仍然离用户更近。因此，SpaceX和LeoSat等公司选择了这条路线，它们的星座由更小、更近的卫星组成，预计延迟为20至30毫秒。
库克说:“这是一种权衡，因为它们在较低的轨道上，从近地轨道系统中获得的延迟较低，但系统的复杂性更高。”“你必须有至少数百颗卫星才能完成星座，因为它们在轨道上运行，其中一颗正在越过地平线并消失……你必须有一个能够跟踪它们的天线系统。”
在此之前的两段插曲值得理解。90年代初，比尔·盖茨和几个合伙人投资于一个叫做Teledesic的项目(在新窗口打开)．它将使用840颗(后来减少到288颗)LEO卫星组成的星座，为那些负担不起或永远无法使用光纤连接的地区提供宽带网络。它的创始人谈到了解决延迟问题，并于1994年向FCC申请使用ka波段频谱。(听起来很熟悉吗?)
Teledesic之前消耗了大约90亿美元但在2003年失败了(在新窗口打开)．
“这个想法当时行不通，但现在似乎可行，”加州州立大学多明格斯山分校(California State University Dominguez Hills)的信息系统教授拉里·普雷斯(Larry Press)说近地轨道跟踪系统(在新窗口打开)因为Teledesic还是新公司。“技术还远远不够。”
摩尔定律和手机电池、传感器和处理器技术的涓滴效应给了狮子座第二次机会。不断增长的需求使得经济看起来很诱人。但是，在Teledesic的传奇故事上演的同时，另一个行业正在学习向太空发射通信系统的一些重要经验。上世纪90年代末，铱星公司、环球星公司和Orbcomm公司共同向近地轨道发射了100多颗卫星，目的是提供手机信号覆盖。
斯坦福大学航空航天学助理教授扎克·曼彻斯特(Zac Manchester)说:“把整个星座送到那里需要数年时间，因为你需要进行大量的发射，这真的很昂贵。”“在这期间，大约5年左右，地面基站基础设施扩展到覆盖范围非常好的程度，覆盖了大多数人。”
这三家公司很快都破产了。虽然它们都进行了自我改造，为紧急信标和货物跟踪等特定应用提供了更小范围的服务，但都没有成功取代基于发射塔的手机服务。(在过去几年里，SpaceX已经签订了为铱星发射卫星的合同。)
曼彻斯特说:“我们以前见过这种情况。”“我看不出当前形势有什么本质上的不同。”
竞争的加剧
SpaceX和其他11家公司(以及它们的投资者)却不这么认为。OneWeb今年将发射卫星，预计明年开始服务，并在2021年和2023年增加几个星座，最终目标是到2025年达到1000tb。O3b现在是SAS的子公司，拥有一个由16颗MEO卫星组成的星座，已经运行了几年。Telesat已经在运营GSO卫星，但计划在2021年推出LEO系统，其特征是延迟30毫秒至50毫秒的光学链路。
新贵阿斯特拉尼斯也在地球同步轨道上有一颗卫星未来几年还会有更多的投资吗(在新窗口打开)；虽然它没有解决延迟问题，但该公司的目标是通过与当地isp合作，建造更小、更便宜的卫星来大幅降低成本。
LeoSat也计划在2019年发射第一轮卫星，并于2022年完成。这些卫星将在1400公里高空环绕地球飞行，通过光通信与网格中的其他卫星连接，并在ku波段上下发射信息。LeoSat首席技术官Ronald van der Breggen表示，他们已经获得了必要的国际频谱，并有望很快获得FCC的批准。
van der Breggen说，对更快的卫星互联网的追求在很大程度上依赖于建造更大、更快、可以携带更多数据的卫星。他称之为“管道”:管道越大，互联网就能从其中涌出越多。但像他这样的公司正在通过改变整个系统来寻找新的领域来进行改进。
“想象一下最小类型的网络——两个思科路由器和中间的一根电线，”van der Breggen说。“卫星上的每个人所做的就是把注意力集中在两个盒子之间的电线上……我们要把整个三个盒子带进太空。”
LeoSat发射了78颗卫星，每颗都有一张大餐桌那么大，重约1200公斤。由铱星公司建造，它们有四个太阳能电池板和四个激光器(每个角落一个)来连接它们的邻居。范德布雷根说，这种联系是最重要的;从历史上看，卫星会以V形反射信号，从地面站向上到卫星，然后向下到接收器。因为近地轨道卫星较低，它们不能投射得那么远，但它们能做的是非常快速地传递数据。
为了理解这是如何工作的，将互联网视为一个具有真实物理存在的东西是有帮助的。这不仅仅是数据;这是数据存在的地方，以及它如何移动。它不只是存储在一个地方;世界各地都有存储它的服务器，当你访问它时，你的计算机就会从最近的一个恰好有你要找的东西的服务器那里获取它。地点很重要。有多远很重要。光(也就是信息)在空间中的传播速度比在光纤中的传播速度快一半。当你在地球表面反射光纤连接时，它必须从一个节点走到另一个节点，绕过山脉和大陆。当数据来源远离消费者时，即使考虑到空间信号增加的几千英里垂直距离，也需要更长的时间。
正如van der Breggen所描述的那样，整个行业可以被视为发展分布式网络的一个进步，与互联网本身没有什么不同，只是在太空中。延迟和整体速度都在起作用。
虽然一家公司的技术可能被证明是至高无上的，但这并不完全是一场零和游戏。许多这样的公司瞄准不同的市场，甚至互相帮助进入他们所追求的市场。对一些人来说，它是船只、飞机或军事基地;对另一些人来说，是农村消费者或发展中国家。但最终，这些公司都有一个共同的目标:在没有互联网或网络不足的地方建立互联网，并以足够低的成本来维持他们的商业模式。
“我们的观点是，这并不是一项真正的竞争技术。我们相信，在某种意义上，LEO和GEO技术都是有需求的。”“对于某些类型的应用程序，比如流媒体视频例如，GEO系统的成本效益非常高。然而，如果你想拥有需要低延迟的应用程序……那么LEO就是正确的选择。”
也就是说，HughesNet实际上已经与OneWeb合作，提供管理流量和系统与互联网接口的网关技术。
你可能已经注意到，LeoSat提出的星座比SpaceX的小了近10倍。范德布雷根说，这没什么，因为LeoSat打算为企业和政府客户提供服务，因此只需要在少数特定领域提供照明。O3b正在向包括皇家加勒比在内的游轮销售互联网服务，它还在美属萨摩亚和所罗门群岛与有线网络连接不足的电信公司合作。
来自多伦多的一家名为开普勒通信的小型初创公司正在使用微型立方体卫星(大约一条面包大小)提供“耐延迟”数据——在10分钟内传输5gb或更多的数据，重点是极地探索、科学、工业和旅游。鲍德里奇表示，Viasat最大的增长领域之一是为商业航空公司提供互联网服务;他们已经与美联航、捷蓝航空、美国航空以及澳航、北欧航空等签署了协议。
那么，这种以商业为先、以盈利为目的的模式如何弥合“数字鸿沟”，并为发展中国家和服务不足的社区提供互联网呢?这些国家可能无法支付同样多的费用。这与系统的形状有关。因为每个卫星都在移动，所以一个近地轨道星座必须均匀地分布在地球周围。那些消失在视野之外的恒星栖息在天空的另一部分，暂时成为沉没成本。
普莱斯说:“我的猜测是，在不同的国家，网络连接的价格会有很大的不同，这将使他们能够在一个地方负担得起，即使这个地方可能非常贫穷。”“一旦卫星星座在那里，它是一个固定的成本，如果一颗卫星结束了古巴如果没有人使用它，那么他们从古巴获得的任何收入都是积极的，都是免费的。”
无论如何，这个消费市场可能是最难开发的。事实上，到目前为止，该行业取得的大部分成功都是为政府和企业提供昂贵的互联网。但SpaceX和OneWeb特别看好家庭用户在商业计划中跳舞。
Sachdev指出，要进入这个市场，用户界面将变得非常重要。你必须用一个易于使用、有效且具有成本效益的系统覆盖整个地球。“仅覆盖它本身是不够的，”Sachdev说。“你需要的是足够的容量，但在此之前，有能力拥有负担得起的消费设备。”
到底谁负责?
SpaceX必须为FCC解决的两大问题是，如何与现有(和未来)的卫星通信共享频谱，以及如何减轻或防止太空碎片。第一个问题属于FCC的职权范围，但第二个问题似乎更适合NASA或国防部。两者都追踪轨道物体以防止碰撞，但都不是监管机构。
斯坦福大学的曼彻斯特说:“关于我们应该如何处理太空碎片，目前还没有一个很好的协调政策。”“现在，这些人彼此之间没有有效的沟通，也没有连贯的政策。”
问题更加复杂(在新窗口打开)因为近地轨道卫星会经过许多国家。国际电信联盟执行角色(在新窗口打开)有点像FCC，分配频谱，但要在一个国家运营，公司必须获得该国的许可。重要的是，它的变化取决于你所处的位置，所以如果你的卫星像近地轨道卫星一样移动，它最好能够调整它的通信频谱。
普雷斯说:“你真的想让SpaceX垄断特定地区的网络连接吗?”“它们需要监管吗?谁能监管它们?”他们是跨国的。FCC在其他国家没有管辖权。”
不过，这并不意味着FCC就没有权力了。去年年底，硅谷一家名为Swarm Technologies的小型初创公司被拒绝发射四颗原型LEO通信卫星，每一颗都比一本平装书还小。联邦通信委员会的主要反对意见是，这些微型卫星可能很难跟踪，因此是不可预测和危险的。
蜂群还是把他们送上去了。西雅图的一家发射服务公司将他们送往印度，在那里他们搭乘了一枚运载数十颗更大卫星的火箭，IEEE Spectrum报告(在新窗口打开)．联邦通信委员会发现了，现在Swarm申请四颗更大的卫星仍然悬而未决，该公司正在秘密运作。
对于其他新的卫星互联网公司，以及正在学习新技巧的老公司来说，未来4到8年将是关键时期——决定需求和技术是否现在就存在，或者我们是否会看到Teledesic和Iridium的重演。但之后会发生什么呢?马斯克表示，他的目标是利用星链为火星探索提供收入，并充当一次试运行。
“同样的系统，我们可以利用到火星上的一个星座，”他说他告诉员工(在新窗口打开)．“火星也需要一个全球通信系统，没有光纤或电线或任何东西。”
宇航员SCOTT PARAZYNSKI对太空未来的看法
