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8月初，千帆極軌01組衛(wèi)星由長征六號改火箭成功發(fā)射。據(jù)公開資料顯示，這18顆衛(wèi)星是我國千帆星座的首批組網(wǎng)星，采用類似于美國星鏈衛(wèi)星的堆疊方式發(fā)射，同樣用于低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，甚至被稱為“中國版星鏈”。這次發(fā)射再次引發(fā)人們對于我國商業(yè)航天的熱議。

圖片來源：新華社（鄭斌 攝）

群雄并起逐鹿太空

近年來，在多重因素的作用下，低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)進入了快速發(fā)展期。其中尤其是以美國太空探索公司的迅猛發(fā)展最為引人注目。從2019年5月23日，首批60顆星鏈衛(wèi)星發(fā)射進入太空，截至2024年8月6日，星鏈已發(fā)射184批次，共發(fā)射衛(wèi)星6851顆。其中故障或脫軌538顆，在軌6313顆，正在運行的衛(wèi)星6239顆，處于運行軌道的衛(wèi)星5823顆。星鏈已經(jīng)做到了業(yè)務的全球覆蓋，獲準在99個國家運營，用戶突破300萬戶，已經(jīng)實現(xiàn)盈利。英國一網(wǎng)公司緊隨其后，從2019年2月27日發(fā)射首顆試驗星以來，目前在軌衛(wèi)星數(shù)量已達600余顆，星座已經(jīng)接近部署完成。其他包括加拿大、俄羅斯、德國、韓國等國家也提出了自己的互聯(lián)網(wǎng)星座計劃，各國計劃部署衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座的公司近30家。

我國的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座規(guī)劃啟動也不算晚，早“十三五”期間，以航天科技、航天科工為首的央企分別提出了自己的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座計劃。中國航天科技集團計劃構(gòu)建一個由 324 顆低軌衛(wèi)星組成的鴻雁星座。中國航天科工集團計劃開展 156 顆衛(wèi)星全球組網(wǎng)虹云工程。兩家都于2018年12月發(fā)射了首顆試驗星。

我國早期的規(guī)劃規(guī)模相對較小，建設進度相對較慢。隨著形勢的急劇變化，鑒于低軌衛(wèi)星星座的戰(zhàn)略重要性，我國于2020年4月首次把衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入“新基建”范疇，并于2021年4月26日成立了中國衛(wèi)星網(wǎng)絡集團有限公司，負責統(tǒng)籌規(guī)劃我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領域發(fā)展，其成立是中國衛(wèi)星通信、衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)的一個里程碑。時至今日，我國向國際電信聯(lián)盟（ITU）申請低軌衛(wèi)星數(shù)量總數(shù)已達5.13萬顆。其中數(shù)量超過萬顆的星座計劃有三個。

中國星網(wǎng)的GW星座共計規(guī)劃發(fā)射12992顆衛(wèi)星，其中GW-A59子星座6080顆，分布在500-600千米的極低軌道；GW-A2子星座6912顆，分布在1145千米的近地軌道。2023年7月9日，長征二號丙運載火箭成功將首顆衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗衛(wèi)星送入預定軌道。隨后在11月23日和12月6日，我國又完成兩次衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗衛(wèi)星的發(fā)射。預計今年GW星座開始進入批量發(fā)射，在2030年之前完成10%衛(wèi)星的發(fā)射。到2030年之后，平均每年發(fā)射量將達1800顆。

圖片來源：央視新聞

“千帆星座”也叫“G60星座”，由成立于2018年的上海垣信牽頭建設，早在2019年11月就完成首批2顆試驗衛(wèi)星的發(fā)射，目前已經(jīng)完成5顆試驗星的發(fā)射，此次發(fā)射的18顆衛(wèi)星是首批組網(wǎng)星。作為上海市政府大力支持的項目，千帆星座預計今年完成108顆衛(wèi)星發(fā)射；2025年底完成648顆發(fā)射，提供區(qū)域網(wǎng)絡覆蓋；2027年底完成共1296顆的一期建設，提供全球網(wǎng)絡覆蓋；到2030年底，完成超1.5萬顆低軌衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)。

鴻鵠星座則是由2017年成立的藍箭航天旗下的鴻擎科技主導。2024年5月24日，鴻擎科技向國際電信聯(lián)盟提交了頻軌申請，將在160個軌道平面上總共發(fā)射10000顆衛(wèi)星。

除了以上所述，我國還有包括銀河航天、國電高科等都在籌劃自己的互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座項目。盡管目前我國低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建設進度與世界先進水平仍存在一定差距，但呈現(xiàn)出百舸爭流、欣欣向榮之勢。

鏈接全球必爭之地

互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星之所以獲得全球如此大的關(guān)注，就在于星鏈計劃的實踐證明了巨型星座在經(jīng)濟上的可行性，低軌衛(wèi)星星座有望成為新一代全球化信息基礎設施，其占有者將獲得壟斷性的優(yōu)勢地位。

低軌衛(wèi)星是指在距離地球表面約300千米到2000千米之間軌道上運行的衛(wèi)星。這些衛(wèi)星因為較低的軌道高度，具有傳輸時延小、鏈路損耗低等特點，非常適合發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務。粗略測算，在同層與跨層星間最小安全距離均為50千米的情況下，最多只有35個軌道殼層，總計可容納17.5萬顆衛(wèi)星。按照其他一些考慮到頻譜分配的算法，則最多只能容納6萬顆衛(wèi)星。

在星鏈計劃之前，這樣一個數(shù)字意味著資源無限可用。然而星鏈計劃執(zhí)行至今，短短5年之內(nèi)就達到了六千多顆的發(fā)射量，而且其最終目標是4.2萬顆。這不禁讓各國感到了近地軌道空間資源被獨占的危險。

早在地球同步軌道獨占衛(wèi)星通信市場的年代，世界已經(jīng)經(jīng)歷了一次空間資源緊缺的危機。當時按照避免相撞和相互干擾的原則，每顆同步軌道衛(wèi)星的漂移范圍限制在±0.1°，地球同步軌道上最多只能部署放1800顆衛(wèi)星。這使得全球衛(wèi)星通信幾乎被幾家發(fā)達國家的寡頭所壟斷。

近地軌道甚至無法像地球同步軌道一樣為后發(fā)國家保留基本的權(quán)利，只能本著“先到先得”的原則，誰先提出申請，誰就享有空間軌道和頻率的優(yōu)先使用權(quán)，而先行者將始終保持壟斷性的優(yōu)勢和收益。

即將于2030年到來的6G通信要實現(xiàn)從傳統(tǒng)地面接入向空天地海全方位多維度接入的轉(zhuǎn)變，網(wǎng)絡架構(gòu)需要支持天基、空基、地基多種接入方式，這也必須要低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)支持，以提供更廣闊的覆蓋范圍和更高的通信可靠性。到時人們將能夠在飛機、輪船、荒野時候死的接入互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)永遠在線。大型低軌星座將成為地面移動通信網(wǎng)絡的有益補充和增強，前者主要服務分布面積廣大、但需求量較低的分散客戶，同時部分補充后者的服務，而后者依是通信系統(tǒng)的絕對骨干。

遑論互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星還可以開拓世界上那些固定網(wǎng)絡基礎設施不發(fā)達甚至是缺失地區(qū)的市場。目前，全球尚有涉及27億人口、70%的地理空間，未能實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)基礎設施的覆蓋。而且即使像美國這樣的發(fā)達國家，全國僅有40多萬個移動通信基站，與我國1083萬個通信基站相比嚴重不足。在澳大利亞、新西蘭、巴西、墨西哥、法國、葡萄牙、德國、英國的測試表明，星鏈的網(wǎng)速表現(xiàn)遙遙領先于當?shù)氐挠芯€寬帶。

將低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星系統(tǒng)應用于軍事領域，得益于其天基長期駐留，在戰(zhàn)場偵察、電子對抗、反導攔截、通信保障等方面具備極大的潛力。所具有的全球化高帶寬波束覆蓋，可大幅增強軍隊的信息化能力。若搭載相關(guān)載荷，還可以實現(xiàn)全天候、全天時的天基偵察監(jiān)視能力，精確地了解戰(zhàn)場情況。早在2019年起，美國軍方就與SpaceX公司不斷加強在星鏈項目上的合作。在俄烏沖突中，星鏈衛(wèi)星的網(wǎng)絡支持，使烏軍在通信、偵察等方面獲得較大助力。

為了我國通信領域的獨立自主，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展通道考慮，我們必須勇往直前，發(fā)展自己的互聯(lián)網(wǎng)星座，搶占低軌衛(wèi)星頻譜資源。從國家長遠發(fā)展和安全的角度來考慮，鑒于其資源稀缺性、軍事重要性，也不允許我們的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)落后于人。

作者：于遠航 北京宇航系統(tǒng)工程研究所高級工程師

出品：科普中國

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