◇據業(yè)內不完全統計，中國各星座計劃中組網數量30顆以上的低軌道星座項目約10個，規(guī)劃總衛(wèi)星發(fā)射數量近2000顆

◇未來的網絡對于通信容量的需求越來越高，覆蓋能力要求也越來越強，互聯網發(fā)展的一個新賽道，也許就是衛(wèi)星互聯網

◇空間軌道和頻段是滿足通信衛(wèi)星正常運行的先決條件，已成為各發(fā)射單位爭相搶占的資源。在這種情況下，太空“織網”之爭漸趨白熱化

(資料圖片)

多年前，人工智能曾讓很多新聞記者感受到職業(yè)壓力。而衛(wèi)星互聯網，則有可能讓士兵們在戰(zhàn)時狀況下，直接成為“戰(zhàn)地記者”。

一手持槍、一手拿手機發(fā)視頻對戰(zhàn)場進行直播，這是俄烏沖突中發(fā)生在不少參戰(zhàn)士兵身上的真實情況，有的直播甚至引發(fā)數以萬計的轉發(fā)。在一些網友擔心地面網絡遭戰(zhàn)火破壞可能中斷時，太空中的衛(wèi)星提供了接續(xù)的互聯網服務；戰(zhàn)地記者尚未趕到，士兵們的直播已與戰(zhàn)事同步……

隨著以衛(wèi)星互聯網為代表的空天科技飛速發(fā)展，以及人類活動邊界、聯網場景的持續(xù)擴張，具備全天候高速大通量聯網能力的衛(wèi)星移動通信開始嶄露頭角。相較于傳統的地面通信方式，這種基于低軌衛(wèi)星的通信網絡機動性強、可靠性好、傳輸效率高，能夠觸達傳統地面網絡無法涉及的地區(qū)，特別是保障航海、飛機等多應用場景下的網絡通信，有助于實現星際、深空、空間、地面、海洋網絡互聯互通。

種種跡象顯示，技術進步讓大國間競合從遼闊的地面進入遙遠的天空。在那里，有一條聯通世界的新賽道。

群雄逐鹿

衛(wèi)星互聯網，由衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、地面系統、用戶終端、下游應用、運營服務等環(huán)節(jié)組成，其特點是無需布設光纜、鐵塔等大量基礎設施，便可實現對包括兩極在內的陸地、海洋、天空等地球表面完整、立體全覆蓋。

在中國，通過衛(wèi)星為全球提供互聯網接入服務的衛(wèi)星互聯網，和5G、物聯網、工業(yè)互聯網等一并被納入新基建范疇。

衛(wèi)星互聯網不受地面環(huán)境影響，對車聯網、物聯網等萬物互聯應用能提供更好支持，網絡不會受各類災害影響而中斷。近年來，世界航天科技強國紛紛公布或實施自己的低軌衛(wèi)星互聯網星座計劃。這些計劃通過發(fā)射成百數千顆衛(wèi)星，實現對地球完整覆蓋組網，衛(wèi)星采用相控陣天線與高通量技術，可以為地面用戶提供數百兆帶寬的超低時延寬帶接入。例如，美國的“星鏈”為烏克蘭提供的互聯網服務，其上網速度是烏克蘭本地網速的4倍以上。

這條新賽道上，大國和科技巨頭是兩大主角。據上海航天技術研究院副院長李昕等專家介紹，埃隆·馬斯克旗下的美國太空探索技術公司每月發(fā)射超過100顆衛(wèi)星，其“星鏈”計劃已累計發(fā)射2000多顆衛(wèi)星，并計劃開通全球寬帶服務，波音公司、空中客車等跨國巨頭以及Meta、谷歌、亞馬遜等互聯網巨頭也參與其中。

前不久，亞馬遜宣布將與3家火箭公司合作推出以衛(wèi)星提供全球寬帶互聯網接入服務的“柯伊柏”項目，這成為繼“星鏈”之后，美國科技巨頭布局衛(wèi)星互聯網的又一大事件。項目計劃將3200多顆衛(wèi)星部署在近地軌道，為地面提供高速寬帶服務。

此外，亞馬遜等公司還在建造更高效、便宜的火箭發(fā)射系統，配合衛(wèi)星互聯網規(guī)劃。目前，“柯伊柏”項目已經預訂了83次火箭發(fā)射，這是美國有史以來最大規(guī)模的發(fā)射服務商采購。

除美國外，英國政府主導的“一網”星座也累計發(fā)射400多顆衛(wèi)星，并安排開通寬帶服務計劃。俄羅斯準備推出由600多顆衛(wèi)星組成的“球體”星座，計劃2024年前實現寬帶衛(wèi)星互聯網覆蓋本國全境。德國一家公司計劃發(fā)射600顆近地軌道衛(wèi)星，星座部署將于2024年開始。國際衛(wèi)星組織、歐洲衛(wèi)星通信組織等也在逐漸謀劃將傳統通信衛(wèi)星替換為更先進的高通量衛(wèi)星。

在中國，航天科工推出的“虹云工程”計劃發(fā)射156顆衛(wèi)星，實現全球組網。航天科技也推出“鴻雁星座”，計劃實現全球任意地點互聯網接入。據業(yè)內不完全統計，中國各星座計劃中組網數量30顆以上的低軌道星座項目約10個，規(guī)劃總衛(wèi)星發(fā)射數量近2000顆。2021年4月，中國衛(wèi)星網絡集團組建，統籌國內衛(wèi)星互聯網建設與產業(yè)發(fā)展，著手整合各星座計劃。

銀河航天首席科學家張世杰等專家認為，未來的網絡對于通信容量需求越來越高，覆蓋能力要求也越來越強，“互聯網發(fā)展的新賽道之一，也許就是衛(wèi)星互聯網”。

太空“織網”之爭

多位業(yè)內專家認為，從空天信息的技術角度來看，同步軌道衛(wèi)星通信系統、低軌衛(wèi)星通信系統都可提供通信服務，兩者主要區(qū)別在于衛(wèi)星軌道高度和單顆衛(wèi)星通信能力。

目前，主流低軌星座衛(wèi)星多位于500千米到1200千米上空，傳輸時延遠低于同步軌道衛(wèi)星，加之低軌衛(wèi)星軌道高度約為同步軌道衛(wèi)星軌道高度的1/30，因而信號自由空間損耗比同步軌道衛(wèi)星少，這也是低軌衛(wèi)星系統實現終端小型化和高速數據傳輸的基石。不過，由于軌道高度原因，同步軌道衛(wèi)星對地視場大，部署3顆衛(wèi)星即可實現除南北極點以外的全球覆蓋，而低軌通信衛(wèi)星軌道高度低、單星對地覆蓋較小，必須通過多星組網才能實現全球覆蓋。

在系統可靠性上，低軌衛(wèi)星通信系統有多重優(yōu)勢：一是星座衛(wèi)星數量龐大，且分布于多個軌道面，任意一顆或幾顆衛(wèi)星損壞不會對系統造成大的影響；二是衛(wèi)星造價較低，在軌一般有多顆備份衛(wèi)星，可以隨時代替損壞的衛(wèi)星；三是低軌衛(wèi)星成本低，研制周期短，衛(wèi)星體積小、質量小、軌道高度低，易進行應急補網發(fā)射。

不過，同步軌道衛(wèi)星可以通過發(fā)展高通量衛(wèi)星通信技術解決短板問題，在單個衛(wèi)星上集成數量更多、波束更窄、頻率利用率更高的點波束，還可以降低軌道高度，建設中低軌衛(wèi)星通信星座。

總之，同步軌道衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星通信系統可以形成優(yōu)勢互補，共同推動空天信息產業(yè)繁榮發(fā)展。工信部2021年11月發(fā)布的《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，加強衛(wèi)星通信頂層設計和統籌布局，推動高軌衛(wèi)星與中低軌衛(wèi)星協調發(fā)展。

事實上，發(fā)射高軌衛(wèi)星也需要穿過低軌。因此，空間軌道和頻段是滿足通信衛(wèi)星正常運行的先決條件，已成為各方爭相搶占的資源，太空“織網”之爭漸趨白熱化。

上海航天技術研究院產業(yè)發(fā)展部副部長陳昌敢對《瞭望》新聞周刊記者說，據測算，地球近地軌道只能容納約6萬顆衛(wèi)星，而低軌衛(wèi)星主要采用的通信頻段漸趨飽和，隨著不間斷的各類太空發(fā)射，大量低軌和優(yōu)質頻段資源正不斷被先發(fā)星座快速搶占。

對于空間軌道、頻段資源，當前國際上通行“先占先得”的申報和協調機制。太空探索技術公司已從美國監(jiān)管部門獲批了發(fā)射超過3萬顆衛(wèi)星的頻段資源，中國和德國也都在2021年積極向國際電信聯盟申請頻段資源。

很顯然，這場環(huán)繞地球的衛(wèi)星組網比賽不會輕易結束，任何一方都不甘于躺在別人織起的漁網里過日子。

空天安全新課題

衛(wèi)星技術可以將網絡連接到光纖電纜及行動通訊基地臺無法抵達或難以提供服務的地區(qū)，無論是颶風等天災還是戰(zhàn)爭等人為因素導致通訊中斷，這項技術都能作為重要的“信息生命線”。

美國《外交政策》網站刊文指出，太空探索技術公司的衛(wèi)星數據通信技術“星鏈”在俄烏沖突中為烏方提供有效協助，該技術具有環(huán)境適應性強、信號覆蓋面廣、成本日趨下降等優(yōu)勢，美國多家公司都正增加相應投入和研發(fā)力度，從而與傳統地面寬帶服務競爭。

中科院院士周成虎認為，“星鏈”為戰(zhàn)爭中出現網絡故障的烏克蘭提供互聯網服務，再次說明空天領域已經成為重要的軍事平臺，誰擁有空天控制權，誰就有更大可能奪得戰(zhàn)爭主動權。隨著衛(wèi)星互聯網的發(fā)展，其在軍事領域的價值逐漸顯現。

“衛(wèi)星互聯網可以實現在戰(zhàn)時首先打擊對方通信網絡，也可以快速恢復己方網絡?！标惒艺f，衛(wèi)星組網將是一個國家未來軍事能力的重要組成部分。

專家認為，大國可以利用衛(wèi)星組網打造天基反導系統。能夠讓本國在全球范圍內對目標進行長時間偵察，開展實時探測并精確跟蹤，為精準打擊全球范圍內的目標提供有力支持。

“幾萬顆衛(wèi)星上天后，太空將展開各種博弈，每天都在發(fā)生的事就是大家互相偵察、監(jiān)看，用自己的衛(wèi)星接近對方的高價值目標，生成一些拍照，獲得目標衛(wèi)星的情況。”中科星圖測控技術合肥有限公司總裁牛威說。還有專家認為，龐大的組網下，地面上的國防安全屏障也可能暴露在衛(wèi)星視角下。

隨著在軌衛(wèi)星數量暴發(fā)式增長，發(fā)生空間碰撞的風險也急劇增加。事實上，“星鏈”已威脅到多國飛行器和空間站。此外，衛(wèi)星服役到期后還帶來太空垃圾，比如受地磁風暴影響，太空探索技術公司發(fā)射的“星鏈”衛(wèi)星就將報廢數十顆。然而，目前尚無適用于各國的法律強制清理由此產生的太空垃圾。

“太空被頻繁使用，保護這一基礎設施意義重大?！眹H航天組織有官員呼吁，未來發(fā)射衛(wèi)星之前應做到，要么證明衛(wèi)星可自動返回并在大氣層燒毀，要么與回收企業(yè)簽訂合同，要么就交納可用于支付清理費用的保證金。

歐洲航天局早在2019年就啟動了全球首場太空清理行動，從而開創(chuàng)“太空清理”先河，但這筆預算僅在5年內就超過百億歐元。該行動的設想是，用空間探測器機械臂抓住廢棄火箭碎片，然后將其拖帶進地球大氣層燒毀。此外，行動設想中還包括使用能捕獲多塊大碎片的軌道飛行器。

專家認為，不管如何，促成太空碎片國際立法、規(guī)范到期衛(wèi)星的離軌處置標準和流程，這一系列由衛(wèi)星組網衍生出來的國際空間治理新課題，已成為國際社會不得不考慮的一項重要工作。

中科院院士、中科院空天信息創(chuàng)新研究院院長吳一戎說，多國及商業(yè)機構向空天發(fā)力，空天領域的競爭更加激烈。無論從什么角度來看，在這一事關國家戰(zhàn)略利益的太空新賽道上，任何一方都不會輕言放棄。

文?|《瞭望》新聞周刊記者 李亞彪?吳慧珺?鄒樂?林翔

關鍵詞： 軌道高度 衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信系統