太空物联网——星链计划的建构与哲思

陈姝元

（大邱大学，庆山 38453）

1 星链计划概述

2015年，美国太空探索计划公司（SpaceX）启动了一个名为星链（Starlink）的太空高速互联网项目，该项目计划在2019~2027年间，以极低的成本建造出42 000颗位于340~1 300 km的三层近地轨道卫星星座，用户只需要一个信号接收设备，即可享受全天候、全球覆盖、高速率、低成本的卫星网络服务。

星链技术集成有其自身突出的特点与先发优势。其一，星链真正实现了全球无缝覆盖和快速通信。卫星互联网突破了传统陆地基站的固定连接模式，解决了现代移动通信设备依赖电磁波的问题，实现了星地互联和星星互联，从而达到全球无缝覆盖。从技术实现能力来看，星链计划提供的网速已经大大超过传统光纤。其二，星链的发射成本低。星链计划的“猎鹰9号（Falcon 9）”运载火箭拥有全球最先进的火箭回收技术，极大地降低了火箭的发射成本。在此之前，SpaceX每次火箭发射的费用为6 000万美元，且所有进入轨道空间的火箭在发射后都会被摧毁或丢失。实现回收技术以后，星链计划每颗卫星的制造和发射成本已低于50万美元。其三，星链计划拥有巨大的商业价值。例如，在海事领域和航空领域，星链一旦被商用，会迅速改变全球海事、航空通信格局。星链计划的初衷是建立一个连点成线、织线成网的卫星星座，为全球提供高速率、低成本的互联网服务。尽管马斯克表示，星链不会取代传统的地面电信网络，然而在星链计划的发展与美军存在全方位、多领域的密切互动中，其自身具备的国际市场空间与新技术产业价值领域已经具备极强的竞争力。目前，该计划已同美国政府和军方达成深度合作，SpaceX将星链的应用范围拓宽到了卫星通信与传输、卫星成像、遥感等服务。星链计划在国防、产业价值链、信息主权与监管、轨道与频谱资源使用、太空空间利用和天文探索等方面，给国际太空安全带来了巨大的挑战，其背后依托的是美国太空安全战略的转型，蕴含的战略意义不容小觑。

2 太空物联网：星链计划的发展与应用

随着物联网技术在地面环境中的应用普及，已经有公司将卫星用于基于物联网的应用网络及广域网络，如Myriota9和SpaceX Starlink。国际电信联盟提出，信息与通信技术（ICT）的目标已经从人与人（H2H）之间的通信，发展到人与物（H2T）、物与物（T2T）之间的连接与交互，无所不在、无处不连通的物联网通信时代即将开始[1]。本文在星链计划的基础上，对太空物联网未来应用的推测大致如下：

2.1 智能建筑与太空建筑

在未来太空生活中智能建筑的设计与建造作为一个有趣的研究途径，具有独特的设计和开发挑战。远程控制大型机械臂进行装配需要大量的时间来同步操作人员的命令和动作，此方法极难实现，因此需要组装任务序列的自动执行。早在2002年，NASA就演示了一种自动组装和拆卸8米平面结构的系统，该系统由102个桁架单元组成，覆盖12个面板[2]。不同类型的大型物体可以在太空中自动组装，尤其针对一些体积过大、不能整体发射到太空中的物体。机器人自动化技术已经在各类不同的项目中展开了研究，其每部分在作为传感器节点的同时配备自主感知与计算能力，从而实现太空定位，并与其他部分连接形成大型结构。自动组装系统在小范围内已经得到验证，可以设想在大型建筑物或车站中同样以此方式建造。这涉及前沿信息通信技术，包括物联网在内的连接技术将越来越多地与人工智能和机器学习技术驱动的计算和大规模数据处理能力相结合。

除了用于自动组装部件的大型机械手臂，诸如“Teledroid”一类机器人未来可能会成群居住在空间站中帮助人类完成各项任务。最近关于机器人物联网（IoRT）的概念，人们关注的焦点在于机器人协同运作与核心连接的问题。对于此类机器人，如何利用边缘与云计算来增强机器人性能，并实现远程管理和维护是关键性问题。

2.2 行星移民

近年间，NASA已经要求诺基亚在月球上建立4G网络，虽然处于计划阶段，却已然映射出在其他星球上建设、发展基础设施的新视野，其中包括传感器网络、定位导航（或本地化）的基础设施和人类居住必需的数据通信等。目前，其他行星上并没有定位系统，但可以通过行星探测器的计算机视觉技术和图像比较进行定位导航，或使用探测器本身的传感器来跟踪车辆的运动，也有相关研究人员提出基于天线阵列的参考站等方法。

目前，对于行星宜居的探索仍然是一个悬而未决的问题。马斯克认为，2060年人类将可以在火星上生存，这需要大量研究的支持。根据近期《科学报告》的数学模型[3]估计，考虑到人类需要工作和生产电力、水源和氧气等生存所需的条件，因此需要至少110人的群体协同工作并得到技术支持。以当下的科技水平想要在一个新的星球上从零开始，仍然存在许多问题。目前，实验生物再生站（EBIOS）已经开始在地球上模拟人类在火星的生存。除技术问题外，在新的星球上生存的人类文明、道德伦理以及社会和心理因素等问题仍非常值得关注。展望未来，人类终将走出地球，火星或许不会成为人类永恒的居所，却是人类太空旅程中重要的一步。

2.3 太空军事体系

随着5G技术的发展以及对6G技术的探讨，人类社会的网络空间不断向外拓展。太空物联网作为一项新的突破，由于当前世界网络空间复杂严峻，围绕网络信息安全和国际治理的讨论陷入了长时间的停滞。星链的出现使传播信道发生变革，同时也给国际安全与太空治理方面带来了新的挑战。

星链计划的产生和发展，与美国太空安全战略转型的需求十分契合。SpaceX在获得美国政府和军方的扶持后，参与了美国军方多个领域的合作研发。美国空军的全球闪电计划（Global Lightning Program）于2018年初获得SpaceX公司2 800万美元的资助，并进行项目测试。此项目在星链系统最初两颗测试卫星的辅助下，将无线电波发射到美军C-12型军用运输机所搭载的终端，其610 Mbps的传输速率是当时美军战区所需最低传输速率的102倍，拥有非常可观的进一步拓展应用的潜力。SpaceX通过美国的军方任务、合同和技术指导，积极实施技术共享和研发合作，并利用美国中小科技企业的创新能力，从成功发展的民营企业中获取高质量、低成本的产品。这种新的混合式“军民融合”体制使SpaceX在短时间内取得巨大突破，同时也成为造就今日美国航天产业走向良性健康持续发展的根本原因[4]。

3 现代科学困境下的理性启蒙

SpcaeX与NASA首度合作的载人龙飞船成功在墨西哥湾降落，实现星际旅行的“星舰”计划也在推进，此外，马斯克还始终致力于脑机接口和人工智能的技术研发和商业布局。从宏观的宇宙探索到微观的脑神经科学，以马斯克为代表的研究者们正沿着两个看似背离的方向探寻其模糊的边界。马斯克提出的“矩阵模拟假说”认为，我们身处的现实世界是由更高维度的“计算机”模拟而成。这一思想假说并非近代科学的产物，可一直追溯到古希腊和先秦时期。人类正是由此开启了认识世界的大门。

“可以言论者，物之粗也；可以意致者，物之精也；言之所不能论，意之所不能察致者，不期精粗焉[5]”。此中所讲“精”和“粗”，都是限于有形迹的东西，也就是客观现象；“意之所不能察致”的至精无形之物，已经由感官可见的宏观世界深入到无法察致的微观世界。与此同时，古希腊哲学的开山鼻祖毕达哥拉斯学派中有一群“有着哲学思维的科学家”，他们并没有止步于对一般现象的描述和普遍规律的探寻，而是要在这个混乱的世界中寻找它的本原。他们认为数即是万物的本原，宇宙中首先有了极微小的数，才有了几何学中的第一个点，因而生出二维的线、面以及三维的体。万物都依照数的原则，以一定数量的比例规律而构成了和谐的宇宙系统，正如我们通过计算机的数字技术来模拟现实世界从而制造出一个全新的元宇宙数字世界。

从理论上，如果人类的实验精度一直无法追寻到物理世界最小的空间尺度（即最小的数），人们就无法彻底弄清宏观与微观、真实与虚拟的边界。人类理智的概念世界是“客观、不变和真实的”，而感觉的经验世界却是“抽象、变化和虚拟的”。自人的生命之灵住进身体的一刹那起，人类才初次有了“物”的概念：“透过躯壳的七孔向外望去，生命由紧张而松弛，空间遂展开于‘我’之前，物体遂展开于‘我’之前，就在这一瞬间，是物之始，亦是知之始[6]”，感官所得为物，时空则出于理智推计。而那些原本仅仅由神经元放电所难以产生的东西奇迹般地涌现出来，那就是人们的意识。尽管数字宇宙的假说难以被证伪，但人却因意识的存在而天然拥有突破边界、跳出有限系统与宇宙合而为一的潜力。《西部世界》中的机器人觉醒于人类的情感，而人类则可觉醒于生活、艺术与哲学。

而人脑背后的意识——那接通宇宙天地的神秘力量究竟是何物？这是人类历史上伟大的提问者们从未解开的难题。科学无法回答的问题，只好诉诸艺术与哲学。并不是说艺术和哲学最终就可以解决，而是这种问题没有人可以回答，但艺术和哲学在尝试回答的过程中自然化解了问题。在永恒的胶着和争执中，永远有一股蒸腾向上的气。也正因为没有最后的结论，因此永远都有希望，永远都饱含生命力。也正是在这不断地追问和回答中，人们的灵魂得到了安顿。

4 结束语

宇宙和大脑，是人类路漫漫其修远、不断上下求索的两大终极科学。随着前沿科技的成熟，一方面将火星移民、太空探索以及元宇宙等曾被认为是未来主义的想法变为可能，对此国际社会更应从其政治、经济、环境等多方面着手，对其进行规范和治理。另一方面，脑科学领域也进入了前所未有的高速发展期。而人类作为宇宙搭车客，站在大脑的悬崖眺望未知。面对即将到来的智能时代，若想从“数字矩阵”的全面捆绑中脱离出来，则需要踏上一条反其道而行的向心之路。■