文 李 麗 楊迎賓 譚 安 安普忠

2019年10月22日，SpaceX公司CEO馬斯克用手機發(fā)出了通過“星鏈”衛(wèi)星傳輸?shù)牡谝粭l推文。這意味著，在不借助光纖、地面基站或其他手持終端的情況下，利用低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)，便捷的互聯(lián)網(wǎng)連接正在實現(xiàn)。

近些年來，為滿足全球不斷增長的衛(wèi)星寬帶接入需求，特別是解決邊遠地區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)接入問題，這種“衛(wèi)星+互聯(lián)網(wǎng)”模式成為新熱門。眾多創(chuàng)新型企業(yè)紛紛著手打造低軌衛(wèi)星星座，引發(fā)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展熱潮。國外的“星鏈”計劃、“柯伊伯項目”等技術方案，就是其中的典型代表。

行動起來的世界

衛(wèi)星星座通信系統(tǒng)并不是新鮮事物，在它的發(fā)展歷程中，最為典型的就是20世紀80年代末摩托羅拉公司推行的“銥星系統(tǒng)”。該系統(tǒng)最初計劃用66顆衛(wèi)星分6個軌道面構成一個全球低軌衛(wèi)星通信星座，突破基于地面的蜂窩無線通信系統(tǒng)局限，成為第一代真正依靠衛(wèi)星星座支撐的全球移動通信系統(tǒng)，即衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。但由于技術難度、運營成本、經(jīng)營管理等多方面原因，摩托羅拉公司投資組建的銥星公司于1999年3月宣布破產(chǎn)。

20余年匆匆過去，科技的進步徹底改變了全球無線通信的面貌，“銥星系統(tǒng)”也獲得低調(diào)的“重生”。目前，新的銥星通信公司已實現(xiàn)穩(wěn)定盈利，其“銥星次時代系統(tǒng)”也在初代“銥星系統(tǒng)”基礎上取得長足發(fā)展，不僅大大降低了建設成本，在數(shù)據(jù)傳輸速率上也有了較大進步。其公司負責人表示，現(xiàn)在銥星數(shù)字終端能滿足世界任何角落的傳輸需求。比如可安裝在管道、電網(wǎng)、出租車甚至北極熊等需要數(shù)字監(jiān)測的對象上。

然而，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可不是簡單的衛(wèi)星通信。絕大多數(shù)生活在城市的人們可能感覺不到，目前全球還有數(shù)十億人，因為現(xiàn)有地面網(wǎng)絡設備覆蓋率并不高，未能享受到互聯(lián)網(wǎng)帶來的便捷生活。隨著科技的發(fā)展，眾多高技術公司的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座計劃如雨后春筍，其主打功能就是天基高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務，用于觸及地面接入方式無法到達的地球上眾多“空白”區(qū)域，進而極大提高全球范圍內(nèi)的高速數(shù)據(jù)傳輸服務覆蓋率。

近年來，在谷歌、臉書、歐洲衛(wèi)星通信公司等互聯(lián)網(wǎng)巨頭和衛(wèi)星運營商的支持推動下，SpaceX、OneWeb、O3b等創(chuàng)新型企業(yè)紛紛計劃打造由低軌小衛(wèi)星組成的星座系統(tǒng)，用于解決上述問題，引發(fā)全球性發(fā)展熱潮。

SpaceX成功發(fā)射“星鏈”(Starlink)互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星

O3b公司在創(chuàng)立之初，就旨在為全球尚未接入互聯(lián)網(wǎng)的30億人口提供服務，目前已有20顆衛(wèi)星在軌運行，開始商業(yè)化服務。

成立于2012年的美國OneWeb公司提出的星座互聯(lián)網(wǎng)計劃，預計一期組網(wǎng)衛(wèi)星數(shù)量為650多顆，后期逐步增加到900多顆，目標是到2025年為全球超過10億用戶提供寬帶服務。

韓國三星公司在2015年提出了自己的“太空互聯(lián)網(wǎng)”計劃，預備發(fā)射4600顆低軌道微型衛(wèi)星，為用戶提供低成本的互聯(lián)網(wǎng)接入服務。據(jù)稱，如此大規(guī)模的星座系統(tǒng)，具備每月約10萬億GB的數(shù)據(jù)傳輸能力。

波音公司2016年向美國聯(lián)邦通信委員會提出申請并得到許可，啟動和運行一個總計由2956顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星網(wǎng)絡。亞馬遜公司2019年提出“柯伊伯項目”，計劃將3236顆衛(wèi)星送入近地軌道，提供從北緯56°到南緯56°的互聯(lián)網(wǎng)服務，2019年7月獲得美國聯(lián)邦通信委員會批準。

總體來說，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)覆蓋廣、容量大，不受地域影響，具備信息廣播等獨特優(yōu)勢，作為地面通信的補充手段，可有效解決邊遠散、海上、空中等用戶的互聯(lián)網(wǎng)服務問題。

可圈可點的“星鏈”

在眾多的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計劃中，美國SpaceX公司的“星鏈”計劃進展迅速，目前已進入實質(zhì)部署階段。2015年1月，“星鏈”計劃正式提出，旨在建立覆蓋全球的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座。對于“星鏈”計劃，該公司有關人士這樣向外界介紹：“重點是建立一個全球通信系統(tǒng)。從長遠來看，我們真正要做的是在太空中重建互聯(lián)網(wǎng)。我們的目標是讓大部分遠程互聯(lián)網(wǎng)流量和大約10%的本地消費者及商業(yè)流量，都通過這個網(wǎng)絡傳輸，而90%用戶的本地訪問仍然可以通過光纖進行?！?/p>

“星鏈”計劃最突出的特點就是規(guī)模龐大。SpaceX公司計劃分別在340公里、550公里、1150公里3個軌道高度上部署約1.2萬顆衛(wèi)星，這個數(shù)目是全球目前在軌衛(wèi)星總數(shù)的5倍。隨后又提出新的申請，計劃增加3萬顆衛(wèi)星，使“星鏈”計劃衛(wèi)星總數(shù)達到4.2萬顆。雖然近年全球在軌衛(wèi)星數(shù)量已進入快速增長階段，但如此龐大的規(guī)模還是令人咋舌。

“星鏈”計劃的可行性，首先來源于可回收式火箭發(fā)射技術的迅猛發(fā)展，使得入軌成本大幅降低。2019年5月24日上午10點30分，隨著“獵鷹9”運載火箭的升空，首批60顆“星鏈”衛(wèi)星被一次性發(fā)射入軌，創(chuàng)下了人類歷史上單次衛(wèi)星發(fā)射升空數(shù)量之最。11月11日，第二批60顆“星鏈”衛(wèi)星再次發(fā)射并成功入軌，實現(xiàn)了“獵鷹9”運載火箭的第4次重復使用和整流罩的首次重復使用，使“星鏈”計劃的工程化實施向前邁進了一大步。此次發(fā)射后，SpaceX公司擁有的在軌衛(wèi)星數(shù)量達到117顆（第一批有3顆失聯(lián)），一舉超過眾多機構，成為全球第二大衛(wèi)星運營商。

另外，“星鏈”衛(wèi)星的批量生產(chǎn)，也顯示出SpaceX公司強大的整星制造能力，標志著微小衛(wèi)星已進入工業(yè)化量產(chǎn)時代，同樣帶來了整體成本的下降。同時，為了配合“星鏈”計劃的有效實施，SpaceX公司還向美國聯(lián)邦通信委員會申請建設100萬個衛(wèi)星地球站?？梢韵胍?，“星鏈”計劃的推進，將帶動人類衛(wèi)星制造、發(fā)射、管控等領域的全流程能力提升?！靶擎湣毙l(wèi)星作為一個可以量產(chǎn)的低軌衛(wèi)星平臺，在搭載其他載荷后也將具有十分廣闊而多元的應用前景。

不得不說的隱憂

隨著科技的不斷進步，人類開發(fā)利用太空的步伐在加快。統(tǒng)計表明，僅2017、2018年兩年，全球在軌衛(wèi)星就增加了約500顆，要知道此前人類用了54年才讓衛(wèi)星數(shù)量突破1000顆。但是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)動輒成百上千，甚至數(shù)萬顆的部署計劃，還是讓人們不得不擔憂是否腳步太快了以及由此帶來的各類風險挑戰(zhàn)。

首當其沖的就是空間軌道資源和頻譜資源的大量占用。成千上萬顆高速運行的低軌衛(wèi)星，將使低軌軌道變得“擁堵”，增加了碰撞風險，并且容易造成連鎖反應，產(chǎn)生大量空間碎片，對現(xiàn)有航天器帶來毀滅性打擊。低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星受大氣影響，使用壽命普遍比高軌衛(wèi)星短。如何回收或處理報廢衛(wèi)星也是一大難題。

大量低軌衛(wèi)星的出現(xiàn)，同樣對天文觀測提出了巨大挑戰(zhàn)。據(jù)外媒報道，在“星鏈”計劃第二批衛(wèi)星發(fā)射成功后，一些天文學家展示了“星鏈”衛(wèi)星在他們觀測范圍內(nèi)留下的高亮軌跡，并表達了擔憂：低軌運行的衛(wèi)星亮度遠超大部分天文觀測目標，擁擠的近地軌道，將使天文觀測和科研受到越來越多的光線干擾。

同時，這類全球衛(wèi)星星座計劃“天生”就可用于軍事，也將構成對空間安全的潛在威脅。

目前，各國的軍用衛(wèi)星系統(tǒng)主要基于少量的、大型高價值衛(wèi)星。一旦這些大型衛(wèi)星遭遇攻擊或出現(xiàn)故障，將會對部隊行動所依賴的天基系統(tǒng)造成致命打擊，而使用大量的小型、廉價衛(wèi)星，則能在很大程度上避免類似情況發(fā)生。從目前各類衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展計劃來看，都可提供低成本、低延時、全球覆蓋的高速互聯(lián)網(wǎng)服務，為作戰(zhàn)單元提供全球通信能力。美國國防部航天發(fā)展局于2019年7月首次透露了未來軍用衛(wèi)星體系的規(guī)劃。根據(jù)該規(guī)劃，下一代軍用衛(wèi)星將更多地利用廉價的小衛(wèi)星星座，以代替現(xiàn)有的大型高價值衛(wèi)星，增加天基系統(tǒng)的“彈性”。

此外，衛(wèi)星星座在搭載軍用載荷后，也可以實現(xiàn)多方面的軍事應用。大量廉價的工業(yè)化標準衛(wèi)星平臺的出現(xiàn)，可有效降低軍用載荷的入軌成本，滿足各類軍事應用需求。

由此看來，著眼未來太空資源的和平開發(fā)利用，如何應對其中的一系列潛在安全風險，是一道亟待全人類共同探討解決的課題。既任重道遠，又迫在眉睫。