詳細論述之前先介紹壹點兒背景。Outernet網站提到他們打算借鑒這種10cm見方的開源衛星CubeSat的設計,來快速研發出可用的人造衛星。出於該項目的草根性質,我認為他們也會把這種衛星放在盡可能低的低地軌道——最低的亞穩態軌道也就是160km,不能再低否則衛星會很快墜毀。另外還有壹點很容易誤解的地方,有幾位知友都已經指出:Outernet的主要目的是用現有的WiFi設備接收單向的信息廣播,而不是上網。
套用IDEO的理論,任何創新項目想要成功,離不開這三個要素:
技術上的可行性(technical feasibility)
經濟上的可持續性(financial viability)
符合市場需求(market desirability)
如果仔細分析壹下,如果Outernet項目要想成功,在這三個方面都要跨越太多的困難。
首先談談技術上的可行性。
鏈路損耗:由於傳輸距離長,手機根本接收不到衛星的信號。這點@楊侃生提到了,但是不清楚他怎麽得到的。我這裏假設按最理想的情況,沒有空氣對電磁波的吸收,並且這個衛星上有辦法神奇地折疊出來壹個直徑1米的巨無霸拋物面天線(24dBi增益),那麽壹個滿功率100mW(20dBm)的WiFi衛星發射機發射的信號,經過160km長途跋涉到地面上也會衰減成可憐的-100dBm。因為手機和筆記本的天線增益都小得可憐,所以手機的WiFi芯片能看到的信號強度也只有-100dBm左右——這種情況下手機根本無法正確地接收數據(大部分手機需要至少-80dBm才能勉強工作)——而所有這壹切的計算還是在非常理想的情況下得出的,考慮到空氣損耗、傳播並非最短路徑、建築物樹木遮擋、多徑效應等等影響,實際情況要糟糕得多。
衛星功耗:衛星的電源供給不足以提高發射功率彌補鏈路損耗。顯然由於項目的草根性質和體積限制,衛星不可能攜帶核燃料電池之類的先進電源,那麽只能靠太陽能電板工作了。目前在太空中最成功的電板也只能生產300W/sqm的功率,折算到CubeSat的面積,假設總有壹面始終正對著太陽,也只能產生3W的功率——這點可憐的功率也只勉強供控制器、存儲器和WiFi電路工作。而且簡單提高電板功率也是行不通的。退壹步來講即使衛星很神奇地又折疊出1平米見方的太陽能板(都快成變形金剛了!)並且能有效產生300W的功率,最理想的情況下也只能保證地球上露天的手機勉強工作而已。這還不考慮WiFi功放的效率、衛星需要復雜的姿態控制電路、衛星會進入地球陰影等等因素。最要命的是,在太空中,衛星工作產生的這麽多熱量無法容易地排除出去,衛星很快會過熱死!
覆蓋範圍:衛星的覆蓋範圍太小,數目太少,速度太快。上述的衛星上壹個直徑1米的拋物面天線只能覆蓋地表約20公裏直徑的圓形區域(大約7度左右),即使覆蓋中國960萬平方公裏中最需要此類服務的1/100區域,也需要76顆衛星!——我不知道Outernet號稱的150顆覆蓋全球如何做到的——這還不是麻煩的全部,這種低地軌道衛星的運動速度大約是7.8km/s(第壹宇宙速度),也就是說手機只能從某壹顆衛星接收3秒鐘數據,就要掉線,或者切換到下壹顆衛星。我很難相信下壹顆衛星的廣播數據能和上壹顆衛星無縫銜接。
數據分發:技術困難尚未克服。Outernet提到用WiFi Multicast來發送數據,而這點要求手機在衛星上註冊,必須建立手機和衛星的雙向通信——上行鏈路由於手機功率小得多,衛星根本無法聽到。就算衛星裝了壹個直徑百米的巨無霸天線,手機發出的微弱信號也被別的同頻幹擾給淹沒了。更何況,雙向通信由於衛星和手機之間距離遙遠,會有ACK超時的問題,目前的WiFi如果不修改協議只能在15km左右距離通信。
其次,我們看看經濟上的可持續性。(因為官網講到他們是可以退稅的,那我假設他們是公益的非政府組織而不是商業運作)
衛星成本:即使是CubeSat這樣便宜的衛星,發射到最低的低地軌道,每壹顆的綜合成本也要65000美元壹輛入門寶馬車的價錢,那麽150顆的成本就是近6000萬人民幣。這還不算任何運作、研發、宣傳、籌款的費用。我不知他們能否籌措到這麽多錢,也許會有很多人閉著眼睛給他們捐款,但是他們至少要在技術上說服我,我才會去捐款。
衛星壽命:低地軌道的衛星雖然發射便宜,也有壽命短問題。由於低地軌道空氣密度相對於外太空高得多,衛星在空氣阻力作用下會逐漸變慢落回地球。在這種環境裏遊離氧原子的腐蝕造成衛星壽命偏短。比如前面提到的CubeSat大部分壽命都在2年以內,也就是說每年要投入3000萬人民幣維護掉下來或者失效的衛星!即使是假設衛星壽命能達到6年,每年最樂觀估計也需要1000萬的維護費用,籌措資金是個不小的難題。實際上CubeSat這類開源小衛星更適合短期科研而不是長期的商業或非商業運營。
捐款模式:目前捐款看起來並沒有第三方監管,直接進入創始人的賬戶。我不知道這種無法讓人信任的捐款模式能重復多久,10美元級別的捐款需要多長時間才能讓他們支持到首顆衛星發射?
最後,即使上述的技術和財務困難都解決了,什麽樣的人會用Outernet這樣的服務呢?
有通信基礎設施地區:他們獲取信息的手段非常多樣,並且很容易能上網,即使是敏感信息也可以通過翻墻接觸到。我想不到充足的理由他們會花大量時間從Outernet這種連接不穩定、信息內容狹窄的服務,來獲取本來可以通過更方便的手段得到信息。如@Norman Karma截圖裏面列出Outernet能提供的信息,基本上都不需要通過翻墻才能獲得。可以說,諸位能上知乎的知友都不是Outernet的受眾。
無通信基礎設施地區:如果是野外勘測探險的高端人群,除了少數不知死活的驢友,他們壹定負擔得起衛星電話這類通信手段;如果是某些地區與世隔絕的原住民,那麽誰來給他們分發手機或者電腦,並且教會他們他們怎麽上網呢?我猜下面這位姑娘也許是Outernet的重點客戶,親愛的知友,妳壹定樂意親自給她送壹部手機並手把手教她怎麽上網吧?
回過頭來看,Outernet創始人的激情值得贊許,不過他們前面已經有太多的反面例子,實際上類似的想法在之前已經有過無數,只不過這次他們改用WiFi,降低了終端的需求而已。先烈俱樂部:
Teledesic,288顆低地軌道衛星,微軟風投支持,發射過壹顆試驗衛星,2002年破產
SkyBridge,32顆地球同步衛星,阿爾卡特,2002年徹底消失
Celestri,63顆低地軌道衛星,摩托羅拉,1998年放棄
相比之下,懸浮在幾十公裏高空的Google Loon盡管商業模式不清晰,至少技術更成熟,還能提供雙向的Internet服務。
總結:這真是個有野心的項目,不論結果是否成功,對人類獲取信息的freedom來講肯定是壹次的正面貢獻,成功了功德無量、失敗了走過的彎路也會給後來者很多借鑒。不過目前看來非常不樂觀。從官方論壇看來,創始人們根本不懂,或者裝作不懂他們遇到的困難。
其實知乎上有很多問題都懷著偉大的夢想,但是我還是想提醒題主們,不管心中有多麽偉大的創新想法,請壹定回頭看看歷史上類似的項目。有壹句話被人重復了壹萬遍,請和我壹起重復下面的話——當然這次我希望我對Outernet的判斷是錯的。