李博（北京空間科技信息研究所）

當(dāng)前，全球低軌通信星座領(lǐng)域發(fā)展已正式邁入高峰期，多個(gè)星座計(jì)劃持續(xù)推進(jìn)部署，“星鏈”（Starlink）項(xiàng)目作為其中的領(lǐng)先者，2019年已發(fā)射120 顆衛(wèi)星，融資、建設(shè)進(jìn)度不斷加快，對(duì)全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展將產(chǎn)生直接影響。

1 新增30000 顆衛(wèi)星計(jì)劃

計(jì)劃概況

2019年10月7日，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）在其官網(wǎng)更新的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料情況顯示，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）新增了20 份網(wǎng)絡(luò)資料，每份資料涉及1500 顆衛(wèi)星，意味著該公司Starlink星座在已推進(jìn)建設(shè)的近12000 顆衛(wèi)星基礎(chǔ)上，有望增加至近42000 顆衛(wèi)星，約為人類歷史發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)的5 倍。

幾點(diǎn)分析

1）準(zhǔn)予發(fā)布僅說(shuō)明技術(shù)合規(guī)，尚未發(fā)現(xiàn)在美業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)申請(qǐng)。從計(jì)劃本身來(lái)看，根據(jù)ITU 的規(guī)則，只要提交的網(wǎng)絡(luò)資料通過(guò)了技術(shù)合規(guī)審核，即準(zhǔn)予通過(guò)官方渠道發(fā)布。就當(dāng)前階段而言，尚無(wú)法確定這20 份資料代表的是一個(gè)還是多個(gè)系統(tǒng)，只有在后續(xù)正式發(fā)射衛(wèi)星、啟用網(wǎng)絡(luò)資料時(shí)才能獲得準(zhǔn)確判斷。此外，對(duì)美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）近期的非地球同步軌道（NGSO）星座運(yùn)營(yíng)申請(qǐng)情況進(jìn)行調(diào)研梳理，也未發(fā)現(xiàn)SpaceX 公司就這批衛(wèi)星提出正式相關(guān)申請(qǐng)。因此，距離真正的系統(tǒng)建設(shè)仍有較大距離，SpaceX公司CEO 在2019年10月的國(guó)際宇航大會(huì)（IAC）上也透露，“并不確定需要那么多衛(wèi)星”、“全球覆蓋所需衛(wèi)星數(shù)量遠(yuǎn)低于此”。當(dāng)前，所有資料只能說(shuō)明SpaceX 公司有此規(guī)劃，但并沒(méi)有更多信息顯示其更多實(shí)際行動(dòng)。

Starlink星座在ITU 最新申請(qǐng)情況

2）軌道分層過(guò)密存在隱患，重點(diǎn)考慮中低緯度寬帶需求。從20 份網(wǎng)絡(luò)資料對(duì)應(yīng)的軌道高度分布看，共分為11 層，密集分布在328～580km 的152km軌道帶，不同軌道層之間高度差最小為5km。此外，有8 個(gè)軌道層差小于20km，僅星座內(nèi)部未來(lái)在發(fā)射入軌、正常運(yùn)行和離軌處置階段都存在較高的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，再考慮到年中與歐洲航天局（ESA）“風(fēng)神”（Aeolus）衛(wèi)星碰撞事件的影響，這對(duì)其衛(wèi)星機(jī)動(dòng)和自動(dòng)避碰系統(tǒng)能力提出了新的、更高的要求。另一方面，從軌道傾角看，有22500 顆衛(wèi)星（約75%）擬采用30°～53°的傾角配置，核心仍在于覆蓋中低緯度地區(qū)；從頻率申請(qǐng)看，擬采用Ku/Ka 頻段（用戶/饋電配置），申請(qǐng)帶寬8.5GHz，基本涵蓋Starlink 第1 期的頻率范圍（共6.45GHz），目標(biāo)仍為提供寬帶接入服務(wù)。

3）意圖低成本搶占頻軌，未來(lái)發(fā)展面臨更強(qiáng)監(jiān)管約束。此計(jì)劃公布時(shí)，ITU 對(duì)NGSO星座設(shè)定的里程碑節(jié)點(diǎn)規(guī)則仍相對(duì)寬松，運(yùn)營(yíng)商只需要在資料提交7年內(nèi)發(fā)1 顆衛(wèi)星并使其穩(wěn)定運(yùn)行90 天，就能獲得相對(duì)晚些時(shí)候提交申請(qǐng)資料系統(tǒng)的優(yōu)先權(quán)，否則只有付出資料失效的代價(jià)。由此，可以判斷SpaceX 公司此舉最核心和最初的意圖即在于低成本搶占頻軌資源、擠壓潛在國(guó)際對(duì)手，為后續(xù)發(fā)展?fàn)幦「蟮目臻g。但2019年世界無(wú)線通信大會(huì)（WRC－19）新規(guī)定的星座部署節(jié)點(diǎn)要求指出，運(yùn)營(yíng)商必須在資料提交9年內(nèi)（即在原規(guī)定7年節(jié)點(diǎn)要求的基礎(chǔ)上，再加2年時(shí)間）部署10%、12年內(nèi)部署50%、14年內(nèi)部署100%，否則頻譜權(quán)利將按照實(shí)際發(fā)射情況按比例縮減。這也將為其未來(lái)星座建設(shè)帶來(lái)一定程度上更強(qiáng)的監(jiān)管約束。

4）后續(xù)建設(shè)融資壓力空前，實(shí)際工程建設(shè)可行性待商榷。如果統(tǒng)一依據(jù)此前Starlink 首批試驗(yàn)星發(fā)射時(shí)對(duì)外宣稱的單星成本100 萬(wàn)美元推算，30000顆衛(wèi)星的研制成本約為300 億美元，再考慮500 次發(fā)射（按照當(dāng)前“一箭60星”計(jì)算）、地面系統(tǒng)建設(shè)成本，以及衛(wèi)星壽命結(jié)束后的批量補(bǔ)網(wǎng)、維持星座連續(xù)服務(wù)等要求，至2030年左右，SpaceX 公司僅在此系統(tǒng)建設(shè)上的投入成本預(yù)計(jì)超過(guò)500 億美元，未來(lái)融資、商業(yè)盈利與可持續(xù)性面臨巨大的壓力和挑戰(zhàn)。而從工程研制角度來(lái)看，將正在建設(shè)的12000 顆衛(wèi)星計(jì)算在內(nèi)，在14年的建設(shè)周期中完成42000 顆衛(wèi)星部署，意味著SpaceX 公司平均每年需要研制并發(fā)射3000顆衛(wèi)星，按現(xiàn)行火箭運(yùn)力，一年需安排50 次（約一星期一次）專用于Starlink 的發(fā)射任務(wù)，其是否支撐產(chǎn)能存在很大疑問(wèn)。

2 新發(fā)60 顆衛(wèi)星，應(yīng)用布局拓展

事件概況

（1）利用重復(fù)使用火箭新發(fā)60 顆衛(wèi)星，衛(wèi)星技術(shù)狀態(tài)做適應(yīng)性調(diào)整

北京時(shí)間2019年11月11日22：56，SpaceX 公司利用重復(fù)使用的獵鷹－9（Falcon－9）運(yùn)載火箭發(fā)射Starlink星座首批60 顆工作衛(wèi)星，星箭順利分離。綜合SpaceX 公司官方信息來(lái)看，此次任務(wù)亮點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。

一是，此次發(fā)射開(kāi)創(chuàng)低成本重復(fù)使用的新紀(jì)錄。任務(wù)采用的火箭此前曾執(zhí)行過(guò)3 次發(fā)射任務(wù)[分別是“下一代銥星”（Iridium NEXT）第7 組、合成孔徑雷達(dá)觀測(cè)與通信－1A（SAOCOM－1A）和Nusantara Satu 衛(wèi)星]，此外還在史上首次采用回收的整流罩[曾執(zhí)行阿拉伯衛(wèi)星－6A（Arabsat－6A）任務(wù)]執(zhí)行發(fā)射。

二是，相比60 顆試驗(yàn)星，此次衛(wèi)星的技術(shù)狀態(tài)做出一些調(diào)整。每顆衛(wèi)星的發(fā)射質(zhì)量約為260kg，比試驗(yàn)星（227kg）有了14.5%的提升；新增了Ka 頻段的饋電鏈路拋物面天線，試驗(yàn)星用戶和饋電鏈路測(cè)試均采用Ku 頻段相控陣天線；對(duì)星敏感器進(jìn)行了適應(yīng)性升級(jí)。

（2）軍事應(yīng)用測(cè)試取得新突破，未來(lái)融入美軍作戰(zhàn)潛力被看好

目前，Starlink 衛(wèi)星很多功能特征正在由美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室主導(dǎo)的名為“全球閃電”（Global Lightning）的計(jì)劃進(jìn)行測(cè)試。SpaceX 公司于2018年底獲得空軍關(guān)于商業(yè)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)軍事試驗(yàn)的28000萬(wàn)美元合同，將利用多型軍機(jī)對(duì)Starlink 進(jìn)行測(cè)試。2019年10月，SpaceX 公司透露，空軍已經(jīng)利用2018年發(fā)射的Starlink 兩顆原型星與安裝在C－12軍機(jī)上的終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試，結(jié)果顯示速率可以達(dá)到610Mbit/s，空軍相關(guān)主管官員透露“測(cè)試結(jié)果非常令人滿意”。

按照空軍規(guī)劃，隨著星座的持續(xù)建設(shè)，后續(xù)將繼續(xù)利用Starlink 衛(wèi)星與美軍的軍用運(yùn)輸機(jī)（如C－130 等）、加油機(jī)（如KC－135 等）以及空中預(yù)警機(jī)等作戰(zhàn)平臺(tái)，開(kāi)展進(jìn)一步的數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試。測(cè)試內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)傳輸速率、延時(shí)、誤碼率、鏈路余量等。此外，測(cè)試中還將對(duì)數(shù)據(jù)流和網(wǎng)絡(luò)安全進(jìn)行評(píng)估，為后續(xù)正式融入軍用奠定基礎(chǔ)。

幾點(diǎn)思考

（1）星座競(jìng)爭(zhēng)已從商業(yè)行為逐步轉(zhuǎn)向國(guó)家戰(zhàn)略利益謀劃和爭(zhēng)奪

目前來(lái)看，隨著Starlink 正式啟動(dòng)工作星的大規(guī)模部署并預(yù)計(jì)2020年底投入服務(wù)，全球低軌星座發(fā)展已全面進(jìn)入競(jìng)爭(zhēng)、淘汰提速期，各國(guó)政府力量加速介入：美國(guó)軍方多項(xiàng)目并行推進(jìn)Starlink星座開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)管機(jī)構(gòu)持續(xù)推出利好政策、加拿大政府斥巨資扶持本國(guó)的Telesat LEO 系統(tǒng)、俄羅斯利用航天國(guó)家集團(tuán)（ROSCOSMOS）統(tǒng)籌加快星座建設(shè)，本質(zhì)均在于對(duì)軌道頻率戰(zhàn)略資源的搶占、對(duì)潛在巨大應(yīng)用效能的重視，再考慮到當(dāng)前主流國(guó)家在新一代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)不斷升級(jí)，對(duì)衛(wèi)星+5G、甚至未來(lái)6G 網(wǎng)絡(luò)的超前布局，也是美歐等加大在該領(lǐng)域支持力度的重要原因。

（2）軍政市場(chǎng)是星座穩(wěn)定發(fā)展保障，一星多用多星協(xié)同值得關(guān)注

無(wú)論是20 世紀(jì)末第一輪低軌星座建設(shè)熱潮中“銥”星的起死回生，還是當(dāng)前軍方機(jī)構(gòu)主動(dòng)開(kāi)展研究的牽引性作用，都可看出，政府和軍事應(yīng)用已成為未來(lái)低軌星座發(fā)展中不可忽視的細(xì)分市場(chǎng)。2019年9月，銥星公司獲得美國(guó)國(guó)防部超過(guò)7 億美元的打包合同，后者仍然是該公司最大的用戶。隨著美軍通信衛(wèi)星能力發(fā)展途徑趨向多元化，牢牢抓住軍政用戶是低軌通信星座穩(wěn)定發(fā)展的根基所在。

另一方面，引入低軌星座，也將極大改變傳統(tǒng)用天理念和模式，并反向引導(dǎo)衛(wèi)星載荷功能設(shè)計(jì)與研發(fā)，值得關(guān)注。美國(guó)航天發(fā)展局（SDA）提出建設(shè)的下一代軍事太空能力體系，以大規(guī)模通信衛(wèi)星構(gòu)成的“網(wǎng)狀網(wǎng)”為基礎(chǔ)，搭載遙感載荷即可構(gòu)建“看護(hù)層”，針對(duì)戰(zhàn)術(shù)用戶提出關(guān)注的時(shí)敏目標(biāo)，直接進(jìn)行全天時(shí)全天候持續(xù)監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)低時(shí)延態(tài)勢(shì)感知和快速刷新，大幅提升敵方意圖研判和提前干預(yù)能力；搭載導(dǎo)彈預(yù)警載荷即可構(gòu)建“跟蹤層”，多星協(xié)作、在軌處理，對(duì)高超聲速導(dǎo)彈威脅進(jìn)行識(shí)別、告警、跟蹤和目標(biāo)指示，有效彌補(bǔ)其對(duì)此類武器防御能力的空白，限制對(duì)手的打擊手段，甚至使之失效。

這種以星座為依托，多載荷、多功能趨向一體化融合的新特點(diǎn)，將對(duì)通信、遙感和導(dǎo)航等各類載荷設(shè)計(jì)與應(yīng)用開(kāi)發(fā)提出新要求。