◇據(jù)業(yè)內(nèi)不完全統(tǒng)計(jì)，中國各星座計(jì)劃中組網(wǎng)數(shù)量30顆以上的低軌道星座項(xiàng)目約10個(gè)，規(guī)劃總衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量近2000顆

◇未來的網(wǎng)絡(luò)對(duì)于通信容量的需求越來越高，覆蓋能力要求也越來越強(qiáng)，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)新賽道，也許就是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)

◇空間軌道和頻段是滿足通信衛(wèi)星正常運(yùn)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(wǎng)”之爭漸趨白熱化

(資料圖片)

多年前，人工智能曾讓很多新聞?dòng)浾吒惺艿铰殬I(yè)壓力。而衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，則有可能讓士兵們?cè)趹?zhàn)時(shí)狀況下，直接成為“戰(zhàn)地記者”。

一手持槍、一手拿手機(jī)發(fā)視頻對(duì)戰(zhàn)場進(jìn)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(shí)情況，有的直播甚至引發(fā)數(shù)以萬計(jì)的轉(zhuǎn)發(fā)。在一些網(wǎng)友擔(dān)心地面網(wǎng)絡(luò)遭戰(zhàn)火破壞可能中斷時(shí)，太空中的衛(wèi)星提供了接續(xù)的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)；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(lián)網(wǎng)為代表的空天科技飛速發(fā)展，以及人類活動(dòng)邊界、聯(lián)網(wǎng)場景的持續(xù)擴(kuò)張，具備全天候高速大通量聯(lián)網(wǎng)能力的衛(wèi)星移動(dòng)通信開始嶄露頭角。相較于傳統(tǒng)的地面通信方式，這種基于低軌衛(wèi)星的通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、可靠性好、傳輸效率高，能夠觸達(dá)傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)無法涉及的地區(qū)，特別是保障航海、飛機(jī)等多應(yīng)用場景下的網(wǎng)絡(luò)通信，有助于實(shí)現(xiàn)星際、深空、空間、地面、海洋網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。

種種跡象顯示，技術(shù)進(jìn)步讓大國間競合從遼闊的地面進(jìn)入遙遠(yuǎn)的天空。在那里，有一條聯(lián)通世界的新賽道。

群雄逐鹿

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，由衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、地面系統(tǒng)、用戶終端、下游應(yīng)用、運(yùn)營服務(wù)等環(huán)節(jié)組成，其特點(diǎn)是無需布設(shè)光纜、鐵塔等大量基礎(chǔ)設(shè)施，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)包括兩極在內(nèi)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(lián)網(wǎng)接入服務(wù)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，和5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等一并被納入新基建范疇。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)不受地面環(huán)境影響，對(duì)車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等萬物互聯(lián)應(yīng)用能提供更好支持，網(wǎng)絡(luò)不會(huì)受各類災(zāi)害影響而中斷。近年來，世界航天科技強(qiáng)國紛紛公布或?qū)嵤┳约旱牡蛙壭l(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座計(jì)劃。這些計(jì)劃通過發(fā)射成百數(shù)千顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球完整覆蓋組網(wǎng)，衛(wèi)星采用相控陣天線與高通量技術(shù)，可以為地面用戶提供數(shù)百兆帶寬的超低時(shí)延寬帶接入。例如，美國的“星鏈”為烏克蘭提供的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，其上網(wǎng)速度是烏克蘭本地網(wǎng)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(jù)上海航天技術(shù)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(shù)公司每月發(fā)射超過100顆衛(wèi)星，其“星鏈”計(jì)劃已累計(jì)發(fā)射2000多顆衛(wèi)星，并計(jì)劃開通全球?qū)拵Х?wù)，波音公司、空中客車等跨國巨頭以及Meta、谷歌、亞馬遜等互聯(lián)網(wǎng)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?qū)拵Щヂ?lián)網(wǎng)接入服務(wù)的“柯伊柏”項(xiàng)目，這成為繼“星鏈”之后，美國科技巨頭布局衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的又一大事件。項(xiàng)目計(jì)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(wù)。

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(tǒng)，配合衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃。目前，“柯伊柏”項(xiàng)目已經(jīng)預(yù)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(wù)商采購。

除美國外，英國政府主導(dǎo)的“一網(wǎng)”星座也累計(jì)發(fā)射400多顆衛(wèi)星，并安排開通寬帶服務(wù)計(jì)劃。俄羅斯準(zhǔn)備推出由600多顆衛(wèi)星組成的“球體”星座，計(jì)劃2024年前實(shí)現(xiàn)寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)覆蓋本國全境。德國一家公司計(jì)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(tǒng)通信衛(wèi)星替換為更先進(jìn)的高通量衛(wèi)星。

在中國，航天科工推出的“虹云工程”計(jì)劃發(fā)射156顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)全球組網(wǎng)。航天科技也推出“鴻雁星座”，計(jì)劃實(shí)現(xiàn)全球任意地點(diǎn)互聯(lián)網(wǎng)接入。據(jù)業(yè)內(nèi)不完全統(tǒng)計(jì)，中國各星座計(jì)劃中組網(wǎng)數(shù)量30顆以上的低軌道星座項(xiàng)目約10個(gè)，規(guī)劃總衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量近2000顆。2021年4月，中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)組建，統(tǒng)籌國內(nèi)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，著手整合各星座計(jì)劃。

銀河航天首席科學(xué)家張世杰等專家認(rèn)為，未來的網(wǎng)絡(luò)對(duì)于通信容量需求越來越高，覆蓋能力要求也越來越強(qiáng)，“互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新賽道之一，也許就是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”。

太空“織網(wǎng)”之爭

多位業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，從空天信息的技術(shù)角度來看，同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)、低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)都可提供通信服務(wù)，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(shí)延遠(yuǎn)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(hào)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)終端小型化和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕?。不過，由于軌道高度原因，同步軌道衛(wèi)星對(duì)地視場大，部署3顆衛(wèi)星即可實(shí)現(xiàn)除南北極點(diǎn)以外的全球覆蓋，而低軌通信衛(wèi)星軌道高度低、單星對(duì)地覆蓋較小，必須通過多星組網(wǎng)才能實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。

在系統(tǒng)可靠性上，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)有多重優(yōu)勢(shì)：一是星座衛(wèi)星數(shù)量龐大，且分布于多個(gè)軌道面，任意一顆或幾顆衛(wèi)星損壞不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成大的影響；二是衛(wèi)星造價(jià)較低，在軌一般有多顆備份衛(wèi)星，可以隨時(shí)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(zhì)量小、軌道高度低，易進(jìn)行應(yīng)急補(bǔ)網(wǎng)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(shù)解決短板問題，在單個(gè)衛(wèi)星上集成數(shù)量更多、波束更窄、頻率利用率更高的點(diǎn)波束，還可以降低軌道高度，建設(shè)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(tǒng)可以形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同推動(dòng)空天信息產(chǎn)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(qiáng)衛(wèi)星通信頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌布局，推動(dòng)高軌衛(wèi)星與中低軌衛(wèi)星協(xié)調(diào)發(fā)展。

事實(shí)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(yùn)行的先決條件，已成為各方爭相搶占的資源，太空“織網(wǎng)”之爭漸趨白熱化。

上海航天技術(shù)研究院產(chǎn)業(yè)發(fā)展部副部長陳昌敢對(duì)《瞭望》新聞周刊記者說，據(jù)測(cè)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(zhì)頻段資源正不斷被先發(fā)星座快速搶占。

對(duì)于空間軌道、頻段資源，當(dāng)前國際上通行“先占先得”的申報(bào)和協(xié)調(diào)機(jī)制。太空探索技術(shù)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(lián)盟申請(qǐng)頻段資源。

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

空天安全新課題

衛(wèi)星技術(shù)可以將網(wǎng)絡(luò)連接到光纖電纜及行動(dòng)通訊基地臺(tái)無法抵達(dá)或難以提供服務(wù)的地區(qū)，無論是颶風(fēng)等天災(zāi)還是戰(zhàn)爭等人為因素導(dǎo)致通訊中斷，這項(xiàng)技術(shù)都能作為重要的“信息生命線”。

美國《外交政策》網(wǎng)站刊文指出，太空探索技術(shù)公司的衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信技術(shù)“星鏈”在俄烏沖突中為烏方提供有效協(xié)助，該技術(shù)具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、信號(hào)覆蓋面廣、成本日趨下降等優(yōu)勢(shì)，美國多家公司都正增加相應(yīng)投入和研發(fā)力度，從而與傳統(tǒng)地面寬帶服務(wù)競爭。

中科院院士周成虎認(rèn)為，“星鏈”為戰(zhàn)爭中出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的烏克蘭提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，再次說明空天領(lǐng)域已經(jīng)成為重要的軍事平臺(tái)，誰擁有空天控制權(quán)，誰就有更大可能奪得戰(zhàn)爭主動(dòng)權(quán)。隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，其在軍事領(lǐng)域的價(jià)值逐漸顯現(xiàn)。

“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)在戰(zhàn)時(shí)首先打擊對(duì)方通信網(wǎng)絡(luò)，也可以快速恢復(fù)己方網(wǎng)絡(luò)?！标惒艺f，衛(wèi)星組網(wǎng)將是一個(gè)國家未來軍事能力的重要組成部分。

專家認(rèn)為，大國可以利用衛(wèi)星組網(wǎng)打造天基反導(dǎo)系統(tǒng)。能夠讓本國在全球范圍內(nèi)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行長時(shí)間偵察，開展實(shí)時(shí)探測(cè)并精確跟蹤，為精準(zhǔn)打擊全球范圍內(nèi)的目標(biāo)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(duì)方的高價(jià)值目標(biāo)，生成一些拍照，獲得目標(biāo)衛(wèi)星的情況。”中科星圖測(cè)控技術(shù)合肥有限公司總裁牛威說。還有專家認(rèn)為，龐大的組網(wǎng)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(shù)量暴發(fā)式增長，發(fā)生空間碰撞的風(fēng)險(xiǎn)也急劇增加。事實(shí)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(fēng)暴影響，太空探索技術(shù)公司發(fā)射的“星鏈”衛(wèi)星就將報(bào)廢數(shù)十顆。然而，目前尚無適用于各國的法律強(qiáng)制清理由此產(chǎn)生的太空垃圾。

“太空被頻繁使用，保護(hù)這一基礎(chǔ)設(shè)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(yīng)做到，要么證明衛(wèi)星可自動(dòng)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(fèi)用的保證金。

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

專家認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)和流程，這一系列由衛(wèi)星組網(wǎng)衍生出來的國際空間治理新課題，已成為國際社會(huì)不得不考慮的一項(xiàng)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(jī)構(gòu)向空天發(fā)力，空天領(lǐng)域的競爭更加激烈。無論從什么角度來看，在這一事關(guān)國家戰(zhàn)略利益的太空新賽道上，任何一方都不會(huì)輕言放棄。

文?|《瞭望》新聞周刊記者 李亞彪?吳慧珺?鄒樂?林翔

關(guān)鍵詞： 軌道高度 衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信系統(tǒng)