随着我们步入2020年代，太空技术与互联网技术正在融合。我们正处于太空互联网竞赛的前夕。SpaceX、软银、亚马逊、谷歌、维珍和Facebook等科技巨头可能会投入数百亿美元，在低地球轨道（LEO）发射、运营并更换数以千计的卫星。
未来十年，在轨运行卫星的数量可能增长十倍，从约2000颗增至20000颗。
对于押注天基互联网的科技巨头而言，必须预期获得可观回报，以抵消技术、监管和投资方面的潜在风险。
低地球轨道运营商SpaceX与OneWeb预计将于2020年开始提供有限的商业服务，随后Telesat、LeoSat和亚马逊将于2022年加入。尽管“连接未联网者”是一项崇高且具有政治吸引力的目标，但在中期内，低地球轨道网络不会成为让尚未联网的人群接入互联网的经济实惠的独立方案。低地球轨道网络至少应在间接层面发挥重要作用，助力扩大地面移动宽带和5G的覆盖范围。
部分低地球轨道运营商，尤其是由极具个人魅力的领导人执掌的公司，可能会倾向于单打独斗，试图独自建设未来互联网基础设施的大部分内容。
然而，互联网对政府和私营部门利益相关方的经济与政治利益具有战略重要性，这可能会在技术标准化、太空使用权和轨道碎片等问题上引发激烈且复杂的辩论。
尽管为追求速度而摒弃繁琐的国际合作与多利益相关方合作颇具吸引力，但单打独斗、仓促行事的弊端远大于率先行动可能带来的收益。
互联网的（革）命？
低地球轨道卫星运行于地表以上300至2000公里之间，而地球静止卫星的轨道高度为36000公里。由于与地球的距离更近，低地球轨道与地球之间的通信延迟（时延）可以仅为地球静止卫星的20%。
虽然降低地球与卫星之间信号传输的延迟十分重要，但对全球互联网而言，或许更具意义的发展是：通过激光将数千颗卫星进行星间链路连接，形成全球天基光学网状网络，从而产生每秒数十太比特的容量。
天基光学网状网络应能够在超过 3000公里的距离上实现比地面光纤网络更低的延迟通信。原因主要有以下几点：
1. 光速会因其所穿越的介质而异；例如，光在光纤电缆中的传播速度比在太空真空中慢30%。
2. 地面/海底光纤网络很少能提供两点之间最短或最直接的路径，通常需要绕过大型陆地障碍。
在理想情况下，数字信号通过纽约与伦敦之间的标准光纤链路往返传输约需76毫秒。同一信号若通过天基光学网状网络路由，理论上往返时间可缩短至50毫秒，信号传输时间减少34%。
随着距离增加，天基光学路由相较于地面光纤网络的相对优势也随之扩大。例如，通过光纤网络在伦敦与新加坡之间传输信号需要159毫秒。而通过天基光学网络，往返时间可达90毫秒，相当于减少43%的信号传输时间。
跨越多个轨道对数千颗卫星进行互联，并与地面网络无缝对接，绝非易事。互联网的核心传输协议和网络协议从未以天基网状网络为设计考量，而更低的延迟可能导致网络出现故障。
互联网的部分核心IP信令与路由协议，以及流量和资源管理方案，将需要进行大幅调整，在某些情况下甚至需要彻底重新设计。
考虑到技术标准化进展缓慢，且涉及众多国际、多边、区域、国家及行业机构，低地球轨道与地面互联网参与者需要在战略上协调一致地开展技术研发与倡导工作。事实上，低地球轨道运营商需要全球数十家地面运营商的监管支持，以在当地获得必要的批准和许可。
低地球轨道互联网：连接未联网者，还是服务超级游艇？
当SpaceX和OneWeb的低地球轨道网络在未来12至18个月内投入使用时，其首批客户中将包括相当一部分奢侈海上旅游、航空旅行以及安全与国防企业。
若要将客户群拓展至超级游艇和私人飞机之外，低地球轨道运营商需要全球数十个国家的地面运营商（及其销售团队）提供商业支持。地面运营商的作用将远不止于当地的许可持有者以及低地球轨道服务和设备的分销商，它们自身也将成为低地球轨道运营商的重要企业客户，需要灵活、低延迟的连接来建设其下一代网络。
我们都听说过，5G网络将以超高速、低延迟的无线连接为数十亿部智能手机、家庭、办公场所和机器带来产业变革。要实现这一目标，5G网络需要大幅提高其“最后一公里”无线网络的密度，使其更加贴近用户和联网设备。
然而，这需要在网络边缘的数十万个数据中心与地理分布式云计算网络之间，以最小延迟高效中继海量数据。
地面光纤网络的覆盖范围有限，是5G网络覆盖范围拓展至人口密集的城市地区以外的主要障碍。这一问题不仅存在于发展中国家。在美国，未来五至七年内，为满足5G网络的预期需求，最多需要投入1500亿美元用于建设足够的光纤网络。
随着移动运营商寻求将5G覆盖范围拓展至高收入、高密度商业区以外，低地球轨道网络可为其提供灵活性，以弥补光纤网络的空白。到2022年中，低地球轨道网络应开始把5G网络的边缘拓展至现有光纤基础设施地理覆盖范围之外。同样，在某些航线上，它们可以与海底电缆形成互补，在某些情况下甚至可以替代海底电缆。
低地球轨道网络还将受益于软件定义网络在流量管理、负载均衡和路径优化方面的进展。低地球轨道网络与地面网络之间的无缝互操作，将增强两者结合后的灵活性与可靠性，而这正是全球企业和公共安全客户的关键考量。
反卫星武器、轨道碎片及清理
据美国国家航空航天局（NASA）称，目前有2万块大于垒球的碎片，以及65万个大小介于垒球与指甲之间的物体。由于所有物体均以每小时2.8万公里的速度运行（接近子弹速度的10倍），即便是指甲大小的碎片也可能具有足够的冲击力，足以损坏卫星或致使太空行走的宇航员丧生。
随着地缘政治紧张局势加剧，多国政府已研制并公开测试了反卫星（ASAT）导弹系统。反卫星军备竞赛将增加误判、碰撞以及碎片产生的风险，这可能在数年甚至数十年内显著限制全球进入太空的机会。对所有利益相关方（包括私营与公共部门）而言，最好的做法是避免那些可能产生新碎片、风险和不确定性的行为。
目前，用于清除或使失控卫星离轨的各类技术尚处于早期研发阶段，包括机器人发射的鱼叉、网、激光和离子束等。要做好这项工作并使其能够大规模推进，还需要进一步的投资、研究和国际共识。为此，世界经济论坛正牵头开展一项多利益相关方合作，与欧洲航天局和麻省理工学院共同制定太空可持续性评级体系，旨在鼓励卫星运营商更加可持续地开展业务，并推动各种碎片减缓措施的落实。
结论
开发、发射并扩大低地球轨道互联网星座的竞赛，将是资金充足的互联网与科技公司之间一场高风险、且可能带来高回报的竞争。然而，“快速行动、打破常规”，或仅靠单打独斗，都行不通。健康的竞争固然是任何竞赛的重要组成部分，但要应对复杂的技术、监管和地缘政治挑战，则需要循序渐进的多利益相关方合作。
要克服低地球轨道互联网普及的经济性障碍，实现“连接未联网者”的目标，就需要规模经济来生产部分低地球轨道运营商所提议的所谓相控阵用户终端，同时还需要循环式全球供应链来实现各环节的物资流转。
要实现这一目标，需要技术标准化，并获得包括科技公司、行业协会和全球监管机构在内的广泛利益相关方的支持。这将需要数年时间，并依赖数十个国家数以万计的优秀人才的艰辛工作与通力合作。
