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星链Starlink和它背后的工作原理

2023-10-27
来源: Achillesccj
关键词: 马斯克 星链 Starlink

  50%的人无法访问互联网

  今天 我们生活在互联网的时代,互联网改变了我们的生活和互动方式。它带来了教育、娱乐、舒适,很难想象一个没有互联网的世界。但世界上仍有近50%的人无法访问互联网,这似乎很奇怪 对吧。但这就是现实,为了解决这个问题,让地球上的每个人都能访问互联网,马斯克的Space X发射Starlink,以提供全球互联网覆盖。

  Starlink使用卫星互联技术

  Starlink是Space X的一项全球计划,旨在通过使用低地球轨道(LEO)卫星来创建全球宽带网络,以提供高速互联网服务。该系统非常适合在农村和地理上孤立的地区或不存在互联网服务的地区提供互联网覆盖。Starlink使用已经存在了几十年的卫星互联网服务技术。卫星系统在太空中发送无线电信号,地面站向太空中的卫星提供信号,然后卫星将信息传送给地球上的星链用户。

  未来计划发射4万颗卫星

  Starlink包括数千颗小卫星,而不是几颗大卫星。Starlink的LEO(近地轨道)卫星在海平面以上300英里的轨道上运行。这种缩小的地球静止轨道提高了互联网速度并减少了延迟。最新的Starlink卫星包含了激光通信部件,允许在卫星之间发送信号,最大限度地减少对地面站的依赖。在不久的将来,Space X计划发射多达40000颗卫星,确保全球和远程卫星覆盖 ,减少服务中断。

  发射成本优势

  Starlink 的其中一个优势是发射成本。尽管在星际飞船或龙飞船项目上取得重大成就,但Starlink仍然是Space X最频繁发射的项目。Space X计划每周进行一次猎鹰9号发射。除非有重大任务,他们中的大多数可能会进行Starlink发射。即使是即将到来的星际飞船运载火箭,也将用于发射更大批量Starlink卫星和未来即将推出的Starlink2.0版本。

  行星卫星级立方体卫星

  Startlink卫星是小型卫星级立方体卫星,质量约为100至500公斤,发射到距离地面600公里的近地轨道。早在2019年5月,Space X就发射了第一批60颗Starlink卫星 每颗重约230公斤。Space X最初的计划是发射一个由4000颗交叉连接的卫星组成的卫星星座,今天这个数字增加得更多。

  光学卫星间通信

  据美国联邦通信委员会称,这些卫星使用光学卫星间通信、ku 和 ka 频段的数字处理技术以及相位速率波束形成技术,而相控阵技术的细节则作为频率应用的一部分被披露。Space X对卫星间的光学链路保密。早期的Starlink卫星没有激光连接,2020年末,他们成功测试了卫星间激光连接。

  更低延时、点对点协议

  SpaceX 的非对地静止轨道通信卫星星座将在 24 GHz 以上的高频频段运行,并且卫星高度显著降低会放大地面传输总干扰的影响。互联网通过地球同步卫星传输的最小理论往返延迟为477毫秒。但Starlink卫星的轨道高度是地球静止轨道的105至130倍,与现有的电缆和光纤网络相比提供了更可行的25至35毫秒的地球到卫星延迟。该系统还将采用比 IPv6 更简单的点对点协议以及端到端加密。

  氪气推动霍尔效应推进器

  为了升轨和驻站,星链卫星采用霍尔效应推进器,以氪气作为反应质量。与使用氙气运行的同类电力推进系统相比,氪霍尔推进器表现出更高的流道侵蚀,但氪更为常见且市场价格较低。

  发射升空过程

  猎鹰 9 号运载火箭将其一批 60 颗星链卫星部署到距地球约440公里的初始停泊轨道。从那里开始,各个卫星展开太阳能电池板,并慢慢开始在地球周围扩散。每颗卫星还使用其火箭逐步将自身推进到更高的高度,最终上升到其最终轨道,即国际空间站轨道上方约160公里处。卫星在上升过程中变得更加暗淡,将更少的阳光反射回地球。

  地面终端

  Starlink并不能直接从卫星连接到手机,相反,它使用扁平的用户终端 比萨饼盒子大小,使用相控阵天线跟随卫星。终端必须放置在天空视野下的任何地方。最早的天线照片是在2020年首次发布的。当它启动时,自指向天线会立即扫描天空并锁定最近的头顶卫星。Starlink终端配有电机可自动调整最佳角度以对准卫星 并持续保持连接。

  Starlink地面站

  Space X还在美国拥有至少32个地面站,并在未来获得了更多地面站的批准。Starlink使用ka波段与地面站连接。一个普通的星链地面站在 400 平方米的围栏区域内包括 9 个 2.86 米天线。根据他们的文件显示,Space X的地面站也将安装在世界各地的谷歌数据中心。

  未来可能不依赖地面站

  Starlink服务现在依赖于被称为网关的地面站网络。用户的家用天线连接到经过头顶的Startlink 卫星,而卫星又将用户连接到附近的网关。因此 为了获得服务,除了他们自己的天线,客户必须在其位置的500英里范围内拥有一个地面站。

  星链开发人员此前曾试验过一组使用激光进行通信的原型卫星,而不是将人们连接到当地的地面站。激光将使卫星能够以光速直接通信,这比光纤电缆更快。

  未来可能会在火星部署Starlink卫星

  Starlink将能够解决农村地区的高速互联网问题。随着未来越来越多的Starlink卫星发射,世界上几乎所有地区都将拥有互联网连接。Starlink甚至将在未来帮助火星上的互联网通信。

  


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