Review for Starlink¶

Starlink是由Space X公司开发的下一代卫星互联网服务系统，旨在通过部署数万颗低轨卫星，为全球用户提供高速、低延迟的互联网接入，尤其关注偏远地区和未被充分服务的区域。埃隆·马斯克在2015年启动该项目时表示：“重点将放在创建全球通讯系统上。从长远来看，这就像在太空中重建互联网一样。目标是使大部分互联网流量和约10％的本地与企业流量都通使用此网络。” 埃隆·马斯克在2019年6月表示，Starlink的价值在于为稀疏、中等稀疏和相对低密度的区域提供低延迟，高带宽的互联网访问。没有或者不足互联网访问权限的乡村和半乡村地区是最佳选择，将定位全球3％-5％的人群。它不太适合高密度城市。

1. 卫星与星座¶

1.1 星座规划¶

Starlink的星座目前正在进行的星座建设分为一代星链和二代星链：

一代星链星座共 5 个壳层，包含约 4408 颗卫星。其部署主要遵循 “少量轨道面部署→轨道面逐层加密→所有轨道面部署完成” 的顺序，这种部署方式可以逐步扩大覆盖范围，同时不断优化和完善网络性能。核心目标是实现全球覆盖的基本能力，证明低地球轨道卫星互联网的技术与经济可行性。该星座已成为当前星链服务的主力网络。
二代星链星座则有 9 个壳层，计划部署 29988 颗卫星。二代星座优先在所有轨道面均进行部署，进而加密各面内的卫星，这样的部署策略可以更快地实现全球覆盖，并在早期就提供较为均匀的服务质量，之后再通过加密卫星来进一步提升网络容量和性能。但是由于轨道碎片和干扰等担忧，监管机构并未一次性批准全部申请。2022年底，FCC率先批准了其中约7,500颗第二代卫星的部署许可（但限制了其轨道高度，并要求避开某些低轨道）。

此外，SpaceX的野心不止于此。他们已经向ITU（国际电信联盟）提交了文件，涉及一个可能包含高达30,000颗 卫星的新一代系统（有时被外界称为Gen3）的频谱使用权。这预示着星链的长期规划远未结束，目标是建立一个拥有数万颗卫星的终极星座。最乐观的估计是，首批完整版V3卫星的测试发射可能在2025年底进行。但大规模、有规律的部署更可能发生在 2025年之后。

总体来说，星链的代际演进展现了一条清晰的技术商业化路径：第一代解决覆盖，第二代提升容量，第三代融合生态。通过务实的工程策略（如使用Mini过渡型号）和持续的创新，星链正逐步将其愿"为全球每一个角落提供高速、低延迟且无缝的连接"变为现实。

1.2 卫星型号¶

目前密集组网的1代和2代星链星座包含4个版本的卫星：V0.9、V1.0、V1.5、V2.0mini和V2.0。

其中V0.9、V1.0、V1.5用于一代星座，V1.5、V2.0mini和V2.0用于二代星座。

V2 Mini星链的存在，是因为SpaceX在实现其终极目标的过程中，遭遇了核心运载工具“星舰”研发延迟的现实瓶颈，为了不中断其星座能力的快速迭代与扩张，而不得不采取的一个极其聪明且高效的折中方案。具体来说：当SpaceX设计出性能强大、但体积和重量都远超V1.5卫星的完整版V2卫星时，发现唯一的发射工具——“星舰”无法按时就位。如果坐等星舰，星座的容量和技术升级将陷入停滞。为此，SpaceX充分发挥其工程创新能力，对完整V2卫星的设计进行“瘦身”，保留了其大部分核心技术，将其压缩成一个能用现有且可靠的“猎鹰9号”火箭发射的版本，这就是V2 Mini。它虽然性能不及完整版V2，但单星容量仍是V1.5卫星的约4倍，从而在“星舰”ready之前，成功地承担起了紧急提升全球网络总容量、缓解网络拥堵、并继续在轨验证下一代技术的战略任务。

后续的3代星链体积更大、性能更强，将首次为星链用户提供千兆级互联网接入服务。据官方披露，单颗V3卫星可提供60Tbps的下行链路容量，是第二代迷你卫星的20倍以上。但是由于单颗V3卫星重量超过4000磅(约1.8吨)，SpaceX团队仍需解决其发射技术难题。目前尚未公布具体发射时间表。现有星链服务月费为165美元，测试平均下载速度为127Mbps，新卫星是否导致资费上涨仍待观察。

随着第 3 版 Starlink 卫星的发射，根据马斯克的说法，预计其通信延迟将降至 20 毫秒以下。这些全新的、体积更大的卫星轨道高度约为 \(\sim 350 \mathrm{km}\)，而非过去的 \(\sim 550 \mathrm{km}\)，这将光速传输造成的延迟减少到了 \(\sim 5 \mathrm{ms}\) 左右。此外，Starlink 的激光链路在真空中传输数据的速度比光纤快约 \(\sim 40\%\)，因此数据包的传输速度将超过任何地面通信方式。

1.3 星间链路¶

星链最早被爆出引入星间激光链路是在v0.9版本。

根据马斯克的说法，SpaceX 在一次专门的极地轨道发射任务中，发射了 10颗 v0.9 版本的卫星。这10颗卫星是首批携带激光通信终端的星链卫星，作为技术验证和先行者。在v0.9极轨卫星验证了激光链路的技术可行性后，SpaceX开始在所有新发射的 v1.5 版本卫星上标配激光通信终端。所以现在主流和普遍的说法是：2022年下半年，starlink从v1.5开始新增了激光终端。随着 v1.5 版本卫星的批量生产与发射，激光链路成为每颗卫星的标准配置，标志着星链正式进入了“拥有星间链路”的时代。

从v1.5版本开始，Starlink卫星新增了光学星间链路。从目前可获得的资料来看，每颗卫星配备三个光学头，使用红外激光器与同一轨道面内和跨轨道面的其他卫星通信。星链卫星采用三个而非四个激光终端的核心设计理念，源于其独特的星座构型与轨道动力学特性。该星座的轨道面并非紧密排列，而是采用大间距的均匀分布模式——以550公里高度、53度倾角的核心壳层为例，各轨道面间保持着精确的等间隔分布。在这种构型下，对任意运行中的卫星而言，其在特定时刻的空间几何关系中，往往只有一个相邻轨道面处于激光链路的有效连接范围内：可能"左侧"轨道面因距离过远远超激光对准极限，而"右侧"轨道面则恰好处在最佳连接距离。因此，两个终端专用于维持轨道面内前后向链路，第三个终端则动态对接当前唯一可连的相邻轨道面，这种"前一后一侧"的三链路架构，既通过多跳路由实现了全球覆盖，又避免了冗余硬件配置，完美平衡了网络性能与制造成本、卫星重量及功耗间的系统工程矛盾。

1.4 星地链路¶

从整体设计上，星链v1.0和v1.5卫星应该包含4相控阵 + 2抛物面，普遍认为的配置是：Ku波段相控阵天线：用于与用户终端的通信。从公开可获得的信息（如FCC申请文件、AMA问答和其他文章）中，我们知道每颗卫星有四个Ku波段ESA，一个用于上行链路，三个用于下行链路，每个天线能够在两种极化模式下投射八个波束，总共48个下行链路波束和16个上行链路波束。这导致了75/25的下行/上行分流比。Starlink在Ku波段可用的最大带宽是下行链路8个250 MHz信道（总计2 GHz），上行链路8个62.5 MHz信道（总计500 MHz）。

Ka波段抛物面天线：用于与地面站的高带宽、高增益通信。抛物面天线方向性强、增益高，非常适合与固定地点的大型网关进行高速数据传输。这种分工解释了卫星如何同时处理海量用户连接（相控阵）和高速回传（抛物面）。两套子系统通过星上交换网络实现无缝对接，形成了完整的通信回路。用户数据通过Ku波段上行至卫星后，经过路由处理立即通过Ka波段转发至地面站；来自互联网的响应数据则沿相反路径返回用户终端。这种架构既保留了相控阵天线在用户接入方面的灵活性，又发挥了抛物面天线在点对点传输方面的效率优势，展现出卓越的系统工程设计智慧。

此后版本的相控阵数量均有所增加。据星链软件开发师Julien Villa-Massone透露，更大的相控阵可能是为了加入手机直连卫星的功能，为人口稀疏地区的通信提供保障。V2 Mini虽然是个过渡方案，但技术上有显著提升。它的Ku波段天线增加到5面，Ka波段抛物面保持2面，激光终端还是3个。更重要的是单个天线性能增强了，支持更多波束。完整版V2卫星的设计更激进，但是没有公开较为准确的信息。

星链系统工作频段：

单位：GHz		Ku	Ka	V
用户	下行	10.7～12.7	－	37.5～42.5
	上行	14.0～14.5	－	47.2～50.2 50.4～52.4
网关	下行	10.7～12.7	17.8～18.6 18.8～19.3 19.7～20.2	37.5～42.5
	上行	14.0～14.5	27.5～29.1 29.5～30.0	47.2～50.2 50.4～52.4
TT＆C	下行	12.15～12.25	18. 55～18.60	37.5～37.75
	上行	13. 85～14.00	－	47.2～47.45
信标	－	－	－	37.5～37.75

2. 地面信关站¶

Starlink为其用户提供互联网连接，依赖于称为网关（gateway）的地面站系统。这些网关充当用户天线和在地球低轨道漫游的卫星之间的互连，向卫星发射信号，同时接收由终端用户或其他地面站转发来的信号，以供终端用户联入“星链”。 2023年9月，星链和电信运营商ISP OptimERA合作，宣布第一个社区网关已在美国阿拉斯加州的偏远岛屿部署完毕。该网关由四个6英尺宽的球形天线组成，连接速度最可达10Gbps。号称可支持数千家新客户，并表示网络接入能力可“显著改善偏远地区网络覆盖情况”。

星链Starlink社区网关架构及连接速度

星链于2024年1月正式推出社区网关计划，该方案采用一次性预付125万美元、月费7.5万美元/Gbps的商业模式，由SpaceX负责建设整套网关设施。此类网关是部署于电信站点的独立地面站系统，其核心硬件为完全集成的Ka波段（27-40 GHz）抛物面天线与运动平台，封装于耐候天线罩内，不直接部署于用户侧。

在技术架构上，单个网关站点通常配置3×3或4×5等天线阵列，其中8副天线处于活跃工作状态，1副作为热备份，可同时与4颗卫星建立高通量连接。每副天线通过4个500MHz信道实现2GHz上行总带宽、5个250MHz信道实现1.25GHz下行总带宽，使得单副天线与卫星间的链路吞吐量约20Gbps。经技术迭代，当前已部署的Gateway V3型号网关通过多天线协同，整站最高可处理约100Gbps的总流量，有效将卫星信号通过高容量光纤回传至互联网骨干网，再借助最后一英里光纤、无线等技术为家庭、企业及政府用户提供类光纤品质的服务。

信关站射频参数：

信关站物理结构

从2代星链开始，卫星与信关站的通信还支持使用E频段波束，在同一频率上，E频段波束采用不同的极化方式（即RHCP和LHCP）。对于信关站而言，最大可支持与32个卫星建立馈电连接，加上不同的左右旋极化方式，单站可同时完成64个同频的E频段波束。

2. 用户终端¶

星链用户终端，被用户亲切地称为“Dishy”，是连接星链卫星网络的关键地面设备。其核心是一个采用堆叠蜂窝结构的相控阵天线，工作在Ku波段，后续可能会用上V波段，V 波段可提供更高吞吐量或支持高密度用户，但需要应对天气影响，例如自适应功率控制或在恶劣天气切换到低频段。现有终端通过电子波束成形技术与飞越头顶的星链卫星建立上行和下行链路。整个系统遵循H3六边形蜂窝区划分，终端自动与其所在蜂窝区上方的卫星进行通信。

该系统套装通常包括卫星天线、路由器和电源。路由器支持千兆以太网和符合IEEE 802.11标准的Wi-Fi，通过以太网供电为天线模块供电。

Gen 1 Dish（第一代碟形天线）：这是 Dishy 的最初版本，为圆形，直径约 23 英寸（58 厘米）。该版本体积较大且较重，目前已不再生产，但一些早期用户仍在使用。

Gen 2 Dish（第二代碟形天线）：第二代 Dishy 改为矩形，尺寸为 20.25 英寸 ×12 英寸（51.4 厘米 ×30.5 厘米），相比第一代更加小巧轻薄，为后续更紧凑的设计奠定了基础，但它缺少一些较新的功能。

Standard Dish（标准碟形天线）：当前大多数用户使用的版本，也是最新的标准型号。它同样为矩形，尺寸为 23.4 英寸 ×15.07 英寸（59.4 厘米 ×38.3 厘米），设计轻巧，易于安装，适合家庭使用，配备了 Wi - Fi 6 路由器，可提供更现代的连接以及更快的通信速度。

Starlink Mini：这是一种便携式天线，于 2024 年推出，尺寸仅为 11.75 英寸 ×10.2 英寸（29.8 厘米 ×25.9 厘米），大约相当于一个大型平板电脑的大小，非常适合旅行者或空间有限的场所使用，但它在性能上可能会有所牺牲。

4. 网络传输协议¶

星链计划中卫星跟终端用户通讯使用的是一种全新的网络协议，并不是传统的IPv4或IPv6技术，据马斯克声称是一种比IPv6技术更加轻量化并且原生支持p2p的全新连接协议。

在通信协议层面，考虑到星链星座离地面非常近，分布在距离地面为336-1325公里的近地轨道范围内，卫星飞掠过每个用户所在的地区速度会很快，连接时间极短，数据链会迅速切换到下一个卫星上，这就要求每个数据包的报文报头简单简洁。因此星链计划推出的一种全新的网络通讯协议专门应用在其互联网星座上，其p2p的技术细节显示了这是一种去中心化的连接网络，每个用户包括卫星都具备服务器或者客户机的功能，数据在这些服务器上通过新的协议自动流通，达到最佳的访问延迟跟传送速度，卫星应能精确了解每个用户的物理经纬度位置，合理的分布其数据链路，解决p2p技术的先天不足，巨大的延迟性的问题。

星链的路由机制是其系统中最复杂精妙的部分。当用户发送数据时，系统会智能决策是将数据通过最近的地面网关接入互联网，还是通过星间激光链路转发至更接近目的地的网关。早期无激光链路的卫星主要充当“弯管”中继：将用户数据转发到分配给该区域的网关。随着激光链路的普及，星链已从早期的“弯管”中继模式演进为高度动态的空间分组交换网络。但是具体的技术实现，星链始终没有公开，国内外暂时也没有公开信息表示破解。

在安全层面，星链采用端对端的硬件加密技术，现有的电脑黑客技术安全无法破解，假设未来有黑客（或者“政府”）有这种能力也能通过推出加密补丁全球范围同步升级硬件固件的方式巩固信息传输的安全性。硬件级别的终端对终端加密传输设计，保证黑客或者某些组织再也不能拦截或者解密你的数据包。也就是说，在这种技术下，除了断绝物理上的网络连接，不存在某些“墙”的问题。

这是一套全新的INTERNET系统，从硬件芯片到协议全新的，是对目前地面上使用的老旧的互联网技术的一次全新全面升级。假设这套系统运营良好，那么这套设计甚至可能会颠覆跟影响现有跟未来的地面互联网架构，至少从技术上来看，SpaceX公司采用了最新的技术来打造其互联网系统，这是运营了几十年建立在老旧的IPv4网络协议与根路由器跟无数复杂网关上的地面因特网所不能比拟的。

5. 应用¶

星链系统凭借其全球覆盖、高带宽与低时延的独特组合，正重塑传统通信网络的边界与范式。从最初面向农村与偏远地区的固定宽带接入，星链迅速延展到移动平台、企业关键业务以及政府与国防等更高价值场景，成为一张能够随时随地“拉起”的通用连接底座。其星间激光链路带来的跨洋中继能力与对地相控阵波束的高指向性，使“低时延的全球广域网”从愿景走向常态化部署，进而在应用层催生出一系列新的服务形态与商业模式。

在民用与消费领域，星链最直观的社会价值体现在弥合“最后一公里”的数字鸿沟。对于山地乡村、离岛渔村与内陆荒野等光纤难以到达的地区，用户通过小型化的地面终端即可获得接近城市体验的宽带能力，稳定承载远程办公、在线教育、高清视频与娱乐等高并发业务。随着终端形态的便携化与抗环境能力的提升，连接开始“随人而动”：房车长途旅行、远洋航行与国际航班客舱，皆可在行进状态下保持持续、低时延的联网体验。这种从“地点决定连接”转向“连接追随人”的改变，显著提升了移动工作与出行的效率与舒适度，也为旅游、传媒、远程医疗等行业提供了新的服务想象力。

当视角切入企业与政府，星链的战略价值进一步显现。对金融清算、能源生产、矿业与物流枢纽等强依赖通信连续性的行业而言，星链既可作为主用链路的容量补充，也可作为地面网络失效时的应急保底，帮助企业把“通信中断”从突发事件转化为可控风险。在应急响应与灾害救援中，它又是一种“分钟级复网”的能力：当飓风、地震或山火破坏光缆与基站，救援力量能够在废墟之上迅速部署终端，恢复指挥调度、图像回传与舆情发布，缩短“信息失联”的黄金窗口。对于地广人稀的边境、海防与远程哨所，星链提供了低成本的常态化专用链路，使日常巡防、传感监测与远程维护不再受制于地面基础设施的稀疏与老化。

在军事与政府应用方面，星链的意义不止于“带宽更大、时延更低”，而在于它把“快速可用与弹性路由”引入到前沿作战与分布式部队协同之中。广域覆盖与多星可见，使前线指挥控制与无人机视频回传能在高度机动的态势下维持连续；星间激光链路为越洋与越区的数据转运提供了绕过地面瓶颈的路径；相控阵多波束与小区式调度，则在空间域上提升了抗干扰与保业务的概率。实践表明，星链在战区可作为分层通信体系的“敏捷层”，为临时指挥所、分布式传感器与机动单元提供迅速建立、随行迁移与按需扩缩的网络承载，从而提升战场感知、指挥协同与后勤保障的韧性。同时，面向政府任务的衍生方案（如面向加固与定制需求的服务与载荷托管）正在把这套商业网络进一步适配到国家安全的场景中，为情报支援、边界监控与人道主义任务提供更可控的能力边界。

需要正视的是，星链并非“无懈可击”。在电磁对抗激烈的环境中，尽管窄波束、高增益与多星冗余在物理与网络层提供了先天优势，但上行与下行仍可能遭遇压制、扫频与窄带等不同体制的干扰，进而表现为突发的误块、时延抖动与吞吐退化；个别软件或运维策略的异常也可能造成短时大范围中断。这些风险提醒我们：星链在军政应用中应作为“多链路体系”的一环，与地面专网、战术电台、短波/微波中继与其他卫星系统共同构成弹性网格；在体系内通过多路径路由、频时空重配置、交织与重传等机制吸收干扰冲击，并在政策与治理层明确服务边界与应急优先级，以降低单点依赖带来的不确定性。

展望未来，星链正把“无处不在的连接”推进到更细颗粒的终端形态与更广谱的应用领域。直达手机的技术路线意味着普通4G/5G终端在无地面信号处也能获得基础短信与数据能力，极大增强个人安全、车队调度与冷链监控等场景的连续性；而与蜂窝标准的融合将推动天地一体的资源编排，使网络能够在时空上实现更灵活的切片与优先级调度。与此相伴，全球尺度的物联网也将从“热点覆盖”迈向“全域常连”：资产追踪、远洋渔业、极地科学、环保监测与精准农业，都能在星链的加持下形成真正意义上的“空—天—地—海”一体化数据循环。由此，一个以广域低时延为底座、以弹性路由与多接入融合为核心的新型通信生态，正在从边缘场景走向社会运行的中枢。

6. 星盾 (Starshield)¶

Starshield是 SpaceX 为政府与国家安全任务打造的“政府版星链”，在技术上借鉴 Starlink 的大规模低轨组网、星间激光链路与快速发射补网能力，但在定位上与商业版星链明确分离：面向政府实体，强调更强的保密与加固、由政府侧定义的使用边界，以及可按任务定制的载荷与地面运维方案。SpaceX 官方对外将其概括为“为政府实体提供的安全卫星网络”，重点领域包括对地观测、通信与托管载荷，本质上是一套可供政府“按需拼装”的低轨任务平台与安全通信服务组合。(SpaceX)

在能力结构上，Starshield 既包含“服务”也包含“星座/卫星本体”。通信侧利用与 Starlink 相同的低轨密集编队与光学星间链路，做成面向政府的安全宽带与战术数据中继；安全侧在加密、鉴权、网络边界与运维流程上采用政府专属条款，形成与民用星链不同的“契约与控制面”；而任务侧则通过“托管/定制载荷”把对地观测等能力直接装到平台上，使同一类低轨小卫星既能承载安全通信，也能承担成像、探测与任务数据回传等职能。美国空军协会旗下《Air & Space Forces Magazine》披露的合同细节就指出：尽管有些 Starshield 服务由 Starlink 星座提供，但它与商业星链在合同约束与用途边界上并不相同，且官方页面将其能力明确归类为观测、通信、托管载荷三大方向。(Air & Space Forces Magazine)

从采购与实战应用看，Starshield 已经进入美国国防与情报体系的常态化选项。2023 年起，美国太空军与 SpaceX 就“Starshield 服务”签约，以全球订阅的方式为陆、海、空等平台提供安全连接，并将合同周期与条款独立于商业星链管理；这一取向与五角大楼“以商养军、以商促军”的混合架构思路相一致。与此并行的，是更具机密性的“政府专用星座”建设：路透社在 2024 年披露，SpaceX 的 Starshield 业务单元正受国家侦察局（NRO）约 18 亿美元合约委托，建设由“数百颗”低轨卫星构成的对地情报/成像与数据中继网络，用以提供更持续、更广域的战场态势洞察；该网络被描述为与商用星链分离、具备更高抗毁性的“政府情报星座”。此外，2025 年以来，NRO 多次以“增殖式架构”名义从范登堡基地发射批量侦察卫星，行业媒体普遍将这些批次解读为与 Starshield 相关的政府星座任务，但具体编号与载荷细节仍属机密。(Air & Space Forces Magazine)

在盟友支援与对外军援层面，Starshield/星链系服务也被制度化地纳入政府渠道。例如，美国国防安全合作局（DSCA）在 2025 年 8 月正式通知国会，批准对乌克兰的卫星通信服务对外军售（FMS），用于现有 Starlink 终端的延伸与技术支持；这类“官方采购—官方服务”的路径，配合五角大楼此前面向乌克兰扩大更高安全等级服务接入的做法，意味着商业低轨网络与政府安全通信之间正形成更加清晰的接口与治理框架：商业网络提供规模与时效，Starshield 侧提供控制与安全边界。(dsca.mil)

总体而言，可以把 Starshield 理解为三层叠加：一是“政府订制的安全通信服务”，在星座、地面网与运维侧引入政府专属加固与条款，避免民用网络在战时出现“政策/商业决策”对任务连续性的外溢；二是“可加挂/托管载荷的平台能力”，把观测、探测与中继带到同一套低轨“骨干”上；三是“与商用体系分离的政府星座建设”，为情报与战术应用构建更韧性的“增殖式”低轨架构。正因为兼具规模化、可快速补网与可被政府侧严格治理的特征，它正在成为美国及其伙伴在未来天基通信/感知体系中承压、抗毁与快速恢复的重要支点；同时，围绕其治理、透明度与与民用网络的边界划分，也会继续是政策与技术共同演化的焦点。(Air & Space Forces Magazine)