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马斯克的星链卫星是如何工作的?

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2017-7-10
发表于 7 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
这是一个改变世界的发明,它摆脱了地面光纤和线缆的限制,让你无论是在海上或是深山都可以畅快的遨游网络世界。
星链卫星以27000公里的时速从天空中掠过,并以每秒100兆的速度双向传输数据。如此高的飞行速度意味着不到4分钟卫星就会离开地面接收器的通信范围。为了保持信号的不间断,接收器要不断追踪飞快的卫星,还要不停的切换卫星链路,这是如何做到的?

马斯克的星链卫星是如何工作的?-1.jpg

将接收器拆开可以发现接收器包含了1280组小天线,每一组天线都能发射一个圆形的电磁波。当两组天线同时工作时,它们发出的波就会互相干涉,同一方向上波峰重叠的部分强度就会得到加强,而相反相位的就会相互抵消,如此就得到了一个范围变窄但信号加强的电磁波。
如果所有天线组一起工作就能得到一个范围更窄但强度足以穿透大气的电磁波,但此时天线的方向是固定的,要如何才能跟踪天上飞快的卫星并向其每秒输送上百兆的数据?如果使用电机来摇摆接收器,结果就是不到几个月就会机械劳损了,而且电机精度也很难追踪到如此飞快的目标。

马斯克的星链卫星是如何工作的?-2.jpg

DegreesSPACEX使用了一种称为相控阵波束控制的技术,通过调整电磁波的相位改变它们的干涉区间,信号增强区间就会具有一定的方向。只要控制好1280组电磁波的相位就可以让电磁波方向在100度范围内快速改变。

马斯克的星链卫星是如何工作的?-3.jpg

每一个接收器都有一个GPS,这样就可以知道接收器与卫星的角度,然后通过内置的20个芯片来计算并控制这1280组天线,每隔几微秒这些芯片就会重新计算一次,然后将指令传输到每个单独的天线。
正因为星链使用这种相位阵控的技术,这样高振幅的电磁波还有另一种优势,就是区别于传统二进制的数据传输,星链可以做到六进制,这效率就比二进制高了二的四次方,也就是16倍,因而可以达到每秒上百兆的传输速度。

马斯克的星链卫星是如何工作的?-4.jpg

星链卫星部署在离地高度550至800公里左右的近地轨道,而传统的地球同步轨道卫星高度大约是35000公里,因为相对较低的高度,所以单个卫星的覆盖面比较小,因而星链需要发射五万多颗卫星来覆盖整个地球。而离地更近带来的优势则是信号延迟大大降低。
星链摆脱了光纤电缆的物理限制,不仅能让信号覆盖深山和大海,未来建设火星基地,用星链来构建互联网的成本也会更低。
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