摘 要 歐美等國(guó)的商業(yè)公司正加快布局低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，本文分析了構(gòu)建衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的必要性、利用低軌衛(wèi)星星座實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部署的原因以及系統(tǒng)的商業(yè)前景，并著重介紹了SpaceX公司Starlink星座系統(tǒng)的特點(diǎn)和其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而引出我們國(guó)家的應(yīng)對(duì)策略。

關(guān)鍵詞 低軌衛(wèi)星星座;衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng);Starlink;火箭回收

美國(guó)東部時(shí)間2020年1月29日上午10點(diǎn)，太空探索技術(shù)公司（以下簡(jiǎn)稱SpaceX公司）通過(guò)獵鷹9號(hào)火箭，將60顆Starlink（星鏈）衛(wèi)星全部送入軌道。這是該公司繼2019年5月24日、2019年11月11日和2020年1月7日第四次成功發(fā)射Starlink衛(wèi)星，目前總共有240顆互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星在軌運(yùn)行。歐美等國(guó)為何近幾年加快布局衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃呢。

1低軌衛(wèi)星星座的必要性及商業(yè)前景

有人的地方就需要通信，而互聯(lián)網(wǎng)將全球連接到了一起。截至2019年，全球互聯(lián)網(wǎng)走過(guò)了50年發(fā)展歷程，普及率達(dá)到了55%。這從另一方面也表明，仍有近一半的人口未連入互聯(lián)網(wǎng)。這個(gè)龐大的數(shù)字對(duì)于任何一家互聯(lián)網(wǎng)公司來(lái)說(shuō)，都充滿商業(yè)價(jià)值。目前，互聯(lián)網(wǎng)連接主要通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是很多偏遠(yuǎn)地區(qū)地面網(wǎng)絡(luò)難以抵達(dá)，或者建設(shè)成本過(guò)高。即便如美國(guó)這樣的發(fā)達(dá)國(guó)家，其地廣人稀且采取了低密度聚居模式，建設(shè)大量服務(wù)不了幾個(gè)人的基站性價(jià)比太低。因此，通過(guò)衛(wèi)星來(lái)構(gòu)建全球覆蓋的互聯(lián)網(wǎng)不失為一個(gè)現(xiàn)實(shí)的選擇。

起初，人們?cè)O(shè)想通過(guò)利用同步軌道衛(wèi)星覆蓋范圍大的特點(diǎn)，減少衛(wèi)星部署數(shù)量，從而降低系統(tǒng)建設(shè)成本，但同步軌道衛(wèi)星存在數(shù)據(jù)傳輸率低、時(shí)延高、難以全球覆蓋的不足。通過(guò)分析，在近地軌道部署衛(wèi)星星座，可以提高信號(hào)強(qiáng)度、降低試驗(yàn)，并實(shí)現(xiàn)全球無(wú)縫覆蓋，是構(gòu)建衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)更為理想的方案。于是OneWeb、Starlink等低軌衛(wèi)星星座系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，Google、Facebook等互聯(lián)網(wǎng)巨頭也開始了相應(yīng)寬帶互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃[1]。

提到低軌衛(wèi)星星座，首先不得不提上個(gè)世紀(jì)80年代的銥星計(jì)劃。但是地面網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展搶占了大量通信市場(chǎng)，致使銥星公司于1999年3月17日宣布破產(chǎn)。歷時(shí)11年建設(shè)、投資34億美元的銥星計(jì)劃從正式宣布投入使用到終止使用不足半年時(shí)間。雖然銥星計(jì)劃失敗了，但是它是人類歷史上首個(gè)真正意義上實(shí)現(xiàn)全球覆蓋的通信系統(tǒng)，開啟了個(gè)人衛(wèi)星通信時(shí)代。而對(duì)于建設(shè)中的低軌衛(wèi)星星座來(lái)說(shuō)，商業(yè)前景將直接決定其最終命運(yùn)。

從商業(yè)角度來(lái)看，民航飛機(jī)及私人飛機(jī)、遠(yuǎn)洋船只、海島、科考及旅游、邊遠(yuǎn)地區(qū)，當(dāng)然還有軍方，都是寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)的潛在客戶。如果全球高速聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，以上客戶每年將產(chǎn)生4050億美元的收入。以Starlink衛(wèi)星系統(tǒng)為例，若以衛(wèi)星壽命5年考慮，系統(tǒng)的建設(shè)成本控制在250億美元以下都是有利可圖的。考慮到未來(lái)市場(chǎng)的繼續(xù)拓展，以及發(fā)射技術(shù)的進(jìn)一步成熟，低軌衛(wèi)星星座在商業(yè)上還是大有可為的。

2Starlink衛(wèi)星系統(tǒng)分析

按照SpaceX公司的介紹，Starlink衛(wèi)星系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：一是高速率，可以為全球每一個(gè)用戶提供1Gbps的帶寬，延時(shí)控制在25ms到35ms之間。二是高容量，按照平均每一顆衛(wèi)星能夠?yàn)橛脩魝兲峁?0Gbps下行容量計(jì)算，Starlink衛(wèi)星系統(tǒng)首期部署的1600顆衛(wèi)星將能夠提供32Tbps的總?cè)萘俊Ｈ歉哌m應(yīng)性，整個(gè)系統(tǒng)采用相控陣和星間激光互聯(lián)技術(shù)，增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的靈活性和可靠性。四是全球覆蓋，整個(gè)系統(tǒng)部署完成后可以無(wú)縫覆蓋赤道和兩極，達(dá)到真正的全球覆蓋。五是易用性，Starlink衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)用戶終端的要求低，操作也簡(jiǎn)單。六是軍事應(yīng)用，體現(xiàn)在對(duì)地面目標(biāo)的監(jiān)控、對(duì)導(dǎo)彈的末端制導(dǎo)以及對(duì)無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)信息支持上[2]。

一直以來(lái)，高昂的建設(shè)成本和維護(hù)費(fèi)用是制約低軌衛(wèi)星星座建設(shè)的難題，而SpaceX公司正在改變這一局面。首先是衛(wèi)星制造。SpaceX公司直接讓衛(wèi)星制造行業(yè)由定制化進(jìn)入規(guī)?；圃祀A段，量產(chǎn)衛(wèi)星成本控制在50100萬(wàn)美元。其次是火箭發(fā)射。這是SpaceX公司的強(qiáng)項(xiàng)，通過(guò)火箭回收等一系列顛覆性創(chuàng)新，大大降低了火箭的發(fā)射成本，提高了發(fā)射服務(wù)效率。相對(duì)于全球鋪設(shè)蜂窩移動(dòng)基站，Starlink衛(wèi)星系統(tǒng)以極低成本實(shí)現(xiàn)全球互聯(lián)網(wǎng)覆蓋，有助于消除數(shù)字鴻溝[3]。

3我們的應(yīng)對(duì)措施

只有四五千人的SpaceX公司，做了很多國(guó)家舉國(guó)之力都未能實(shí)現(xiàn)的壯舉：2010年，開啟了太空運(yùn)載的私人運(yùn)營(yíng)時(shí)代;2016年，實(shí)現(xiàn)人類歷史上首次火箭回收;2018年，成功發(fā)射時(shí)下運(yùn)載能力最大的火箭（近地軌道有效載荷達(dá)63.8噸），并完成了火箭回收。

我們的應(yīng)對(duì)措施有：一是支持商業(yè)航天的發(fā)展。SpaceX公司是美國(guó)私營(yíng)商業(yè)航天公司，但是得到了美國(guó)NASA的技術(shù)體系支撐。我國(guó)自2015年以來(lái)，商業(yè)航天快速發(fā)展，一批商業(yè)航天企業(yè)嶄露頭角，但是與SpaceX公司相比，無(wú)論從衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)及技術(shù)支撐等方面，我們的商業(yè)衛(wèi)星公司都存在著非常大的差距。我們?cè)诠膭?lì)商業(yè)航天發(fā)展的同時(shí)，也要給予這些企業(yè)必要的技術(shù)支撐。二是突破核心技術(shù)。SpaceX公司的核心技術(shù)在于廉價(jià)衛(wèi)星發(fā)射能力，也就是可回收火箭技術(shù)和大批量衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)。實(shí)現(xiàn)火箭發(fā)射后可靠回收，至少要攻克大范圍推力調(diào)節(jié)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和再入段多約束制導(dǎo)控制技術(shù)，目前我們急需在該方面實(shí)現(xiàn)突破。三是開拓創(chuàng)新思維。在SpaceX公司實(shí)現(xiàn)火箭回收之前，沒(méi)有人設(shè)想會(huì)通過(guò)這樣的方式實(shí)現(xiàn)火箭的重復(fù)利用?？萍嫉倪M(jìn)步需要有創(chuàng)新的思維和嘗試的勇氣，我們需要鼓勵(lì)商業(yè)航天領(lǐng)域的從業(yè)人員，突破固有思路，實(shí)現(xiàn)更多技術(shù)上的創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)

[1] IT思維.馬斯克為什么要做衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)[EB/OL].https：//www. Itsiwei.com/21326.html，2018-02-24.

[2] 腦極體.馬斯克做衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，并不是為了讓你蹭網(wǎng)[EB/OL].https：// www. Itsiwei.com/21326.html，2018-02-25.

[3] 方山小筑.如何評(píng)價(jià) SpaceX 的星鏈（Starlink）計(jì)劃[EB/OL].https：// www.zhihu.com/question/267253503，2019-05-29.

作者簡(jiǎn)介

周韜，男;工程師，現(xiàn)就職單位：天地信息網(wǎng)絡(luò)有限公司，研究方向：項(xiàng)目管理、科研管理、戰(zhàn)略分析。