◆任園園 張小艷 王青

淺談“星鏈”計劃及其影響

◆任園園 張小艷 王青

（信息工程大學(xué) 河南 450000）

“星鏈”計劃自問世以來就廣受各方關(guān)注，其不僅是目前規(guī)模最大的天基互聯(lián)網(wǎng)項目，而且在軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。本文梳理了“星鏈”計劃的內(nèi)涵、特點及其主要影響，進而提出應(yīng)對方法和建議。

“星鏈”計劃；低軌衛(wèi)星；天基互聯(lián)網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)安全

1 引言

為滿足全球不斷增長的衛(wèi)星寬帶接入需求，特別是解決偏遠地區(qū)及農(nóng)村等欠發(fā)達地區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)接入問題，近年來全球多個國家和企業(yè)紛紛開始打造非靜止軌道衛(wèi)星星座，比如新銥星（Iridium NEXT）、全球通（Globalstar）、軌道通（Orbcomm）、星鏈（Starlink）、一網(wǎng)（OneWeb）、O3B、鴻雁、虹云等互聯(lián)網(wǎng)星座，用于提供全球衛(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)[1]。相對于移動通信和地面光通信，衛(wèi)星通訊是一種能夠完成向地面和空中終端提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入等通信服務(wù)的新型網(wǎng)絡(luò)，具有低延時、低成本、廣覆蓋、寬帶化等優(yōu)點。

其中，“星鏈”（Starlink）計劃是迄今為止規(guī)模最大的星座項目。該計劃于2015年由美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）提出，旨在建設(shè)一個覆蓋全球、速度高、容量大和時延低的天基全球通信系統(tǒng)，向全世界網(wǎng)民提供高速寬帶接入服務(wù)。

2 “星鏈”計劃

2015年1月，SpaceX公司首席執(zhí)行官馬斯克宣布該公司擬于2019年至2024年間向近地軌道發(fā)射約12000顆衛(wèi)星，構(gòu)建一個巨型3層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)建成后，任何人可以在地球上的任何一個點接入互聯(lián)網(wǎng)。對于一些基礎(chǔ)設(shè)施比較落后、政府和運營商不能保證基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備的國家，“星鏈”可以替代地面通信基站，完成落后、邊遠地區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)覆蓋。

2018年4月，SpaceX取得了使用衛(wèi)星組建全球?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)的許可證，這標志著馬斯克正式啟動“星鏈”計劃的布星按鈕。

2019年5月23日，“星鏈”計劃第1批60顆衛(wèi)星發(fā)射成功，標志著“星鏈”計劃正式啟動，首批衛(wèi)星被稱為“0.9”版本。2019年10月，馬斯克宣布該計劃再添加30000顆“星鏈”衛(wèi)星，使星座達到42000顆以上的水平。2019年11月11日，“星鏈”計劃的第2批60顆衛(wèi)星搭載“獵鷹9號”火箭成功發(fā)射，與第一批衛(wèi)星同部署在550公里高度的軌道上。這批衛(wèi)星被稱為“1.0”版本。截止到2021年9月，“星鏈”計劃共發(fā)射了31批衛(wèi)星，在軌衛(wèi)星已達到1700多顆，數(shù)量位居全球第一，其中在軌活躍的衛(wèi)星超過1600顆，均在550千米高度、53傾角軌道上運行。

2021年8月，SpaceX向美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）提交了一份有關(guān)其“第二代星鏈星座”（“星鏈”2.0項目）的修訂申請，并提出了使用星際飛船火箭發(fā)射約3萬顆新衛(wèi)星的計劃。

3 “星鏈”計劃的技術(shù)特點

與地面互聯(lián)網(wǎng)通信相比，“星鏈”計劃通過數(shù)量龐大的低軌衛(wèi)星組網(wǎng)，實現(xiàn)衛(wèi)星及星間/星地?zé)o線鏈路為用戶服務(wù)[2]，具有以下特點：

第一，“星鏈”計劃組網(wǎng)規(guī)模龐大。根據(jù)SpaceX之前公布的“星鏈”建設(shè)計劃，總計將向地球近地軌道發(fā)射4.2萬顆衛(wèi)星，較之當(dāng)前的柯伊伯（美國亞馬遜）、太空互聯(lián)網(wǎng)（韓國三星）、一網(wǎng)（英國）等項目來說，其規(guī)模最為龐大，也使近地軌道太空資源爭奪愈演愈烈。

第二，“星鏈”計劃服務(wù)范圍廣。受限于地形地貌、成本等問題，全球僅有5%的海洋面積和20%的陸地面積覆蓋了地面通信基站。而“星鏈”計劃旨在向全球全域提供信息通信服務(wù)，使其到達人跡罕至的山川冰河和茫茫大海。2021年8月，馬斯克表示“星鏈”項目已經(jīng)向客戶發(fā)運了10萬個終端，用戶遍布多個國家和地區(qū)，包括美國、加拿大、英國、法國、德國、澳大利亞、新西蘭、愛爾蘭、奧地利、荷蘭以及智利等國家和地區(qū)。而且SpaceX已經(jīng)得到許可，計劃部署超過100萬個用戶終端（即衛(wèi)星天線）。在未來還將進一步尋求美國聯(lián)邦通信委員會的許可，將終端部署數(shù)量提高到500萬用戶。

第三，“星鏈”衛(wèi)星發(fā)射火箭技術(shù)先進且難度高。“星鏈”衛(wèi)星發(fā)射采用的是一箭多星的方式。一箭多星發(fā)射首先需要控制好火箭的姿態(tài)，確保每顆衛(wèi)星的運行軌道，排除同批次多個衛(wèi)星間的無線電干擾等問題。每顆衛(wèi)星需“量身定做”最佳的分離路線和分離時刻，按照預(yù)定程序順利“出艙”且不能相互擦碰[3]。

第四，“星鏈”衛(wèi)星通信延時小。與傳統(tǒng)通信衛(wèi)星的部署高度相比，“星鏈”衛(wèi)星均部署在近地軌道，信號往返時間大大縮短，可將通信延時降至20毫秒，較好地滿足野外、沙漠、海上等人口稀疏地區(qū)網(wǎng)民的即時通信需求。

第五，“星鏈”衛(wèi)星發(fā)射成本降低。20世紀90年代，火箭發(fā)射成本大約是3000萬美元。在“星鏈”計劃實施的過程中，馬斯克一直致力于降低衛(wèi)星發(fā)射成本。SpaceX已成功多次完成“獵鷹9號”一級火箭的回收和重復(fù)利用，而且在2021年10月首次實現(xiàn)了海上回收火箭，此舉意義重大，也是未來火箭發(fā)射技術(shù)發(fā)展的必然趨勢?！靶擎湣毙l(wèi)星采用一箭多星批量發(fā)送，也大大降低了其發(fā)射成本。

第六，“星鏈”衛(wèi)星潛在商業(yè)價值大。據(jù)報道，目前在全球范圍內(nèi)大約還有一半人口尚未享受到互聯(lián)網(wǎng)的便捷服務(wù)，因此SpaceX的“星鏈”計劃可以很好地彌補這片空白，其市場發(fā)展?jié)摿薮?。馬斯克曾預(yù)測“星鏈”計劃潛在的寬帶網(wǎng)絡(luò)收入將達到每年300億美元。SpaceX從2020年10月開始“星鏈”的公測項目，且已開放“星鏈”網(wǎng)絡(luò)的預(yù)訂服務(wù)。每個向用戶收取99美元的費用，外加包括用戶終端、安裝三腳架和路由器在內(nèi)的一次性499美元的費用。目前其“星鏈”衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)在全球擁有超過9萬名用戶。2021年6月29日，馬斯克在西班牙巴塞羅那舉行的2021世界移動通信大會（MWC 2021）上表示，SpaceX的“星鏈”衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)可能在未來12個月內(nèi)擁有超過50萬用戶。

第七，“星鏈”計劃潛在軍事應(yīng)用價值大。近年來，隨著新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命的加速推動，太空、網(wǎng)絡(luò)、電磁頻譜與認知等新興作戰(zhàn)域已經(jīng)由支援傳統(tǒng)作戰(zhàn)域（陸域、海域、空域）作戰(zhàn)的輔助戰(zhàn)場，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闆Q勝全局的主戰(zhàn)場。“星鏈”計劃雖然是商業(yè)衛(wèi)星星座計劃，但其部分發(fā)射場建在美國范登堡空軍基地內(nèi)，美國軍方也提供了大量資金支持將應(yīng)用場景拓展到軍用領(lǐng)域，其通信、導(dǎo)航、低時延、覆蓋廣等方面的優(yōu)勢都將給美軍開展軍事行動帶來很大便利，其在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用價值將逐漸凸顯。

4 “星鏈”計劃的影響

“星鏈”計劃在帶給全球網(wǎng)民便捷的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的同時，我們不可忽視其產(chǎn)生的其他影響。

首先，由于低軌衛(wèi)星的覆蓋范圍廣、通信距離遠，不受地面基站的限制，用戶只要有接收終端就可以不受國別限制，越過“防火墻”輕松繞開國家互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管而直接接入國際互聯(lián)網(wǎng)。這將對網(wǎng)絡(luò)安全構(gòu)成一定的威脅，也為一些破壞網(wǎng)絡(luò)安全、信息泄露等違法行為撐起一把“保護傘”。

其次，“星鏈”計劃在未來軍事領(lǐng)域的應(yīng)用前景將會對其他國家的戰(zhàn)略安全產(chǎn)生一定的威脅，尤其是其覆蓋范圍廣、時延低、導(dǎo)航精準、多載荷搭載等優(yōu)勢將會進一步提升美國在太空的戰(zhàn)略優(yōu)勢。

同時，“星鏈”計劃部署衛(wèi)星數(shù)量多、部署范圍廣，將會持續(xù)加劇各國對于地球低軌小衛(wèi)星星座頻軌資源的爭奪，進而影響到對這些資源的合理利用。

最后，“星鏈”衛(wèi)星體積小，設(shè)計壽命較短、可靠性低。據(jù)報道，SpaceX首批“星鏈”衛(wèi)星的報廢率至少達到5%。在2021年3月24日第23批衛(wèi)星發(fā)射后，SpaceX的“星鏈”衛(wèi)星總數(shù)已達1385顆，但已經(jīng)有大約125顆報廢，報廢率達到了1/10。這些報廢的小衛(wèi)星將會停留在太空軌道上，導(dǎo)致軌道中太空碎片的增長，影響了太空安全及國際天文觀測。

5 應(yīng)對措施

基于上述“星鏈”計劃的影響，我們應(yīng)該從以下幾個方面思考：

2020年4月20日，國家發(fā)改委在線新聞發(fā)布會中明確將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)首次納入新基建的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施范疇，開啟了航天商業(yè)發(fā)展的新局面。在未來，我們要持續(xù)推進與國際社會的合作，深化在科研、技術(shù)等各個層面的交流與協(xié)作，加快我國低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和空天地一體化的建設(shè)，增強其應(yīng)對能力。

“星鏈”計劃與目前的5G通信相比，其覆蓋范圍和分布更為廣泛，和5G等傳統(tǒng)通信更多的是互補關(guān)系。未來我們要繼續(xù)開發(fā)更先進的移動通訊技術(shù)，筑牢我網(wǎng)絡(luò)安全防線，提升通訊安全保障能力。

同時，“星鏈”計劃的技術(shù)優(yōu)勢勢必會幫助美軍在未來作戰(zhàn)中“如虎添翼”。對我軍而言，要想掌握未來信息化戰(zhàn)爭的主動權(quán)、維護網(wǎng)絡(luò)安全，必須要注重新型作戰(zhàn)理論的研究，健全完善作戰(zhàn)理論創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化機制。同時，我們要加速布局我國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)——“天基互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”（也叫“虹云工程”）。

毋庸置疑，人才是競爭力的核心，我們要著眼國家未來戰(zhàn)略發(fā)展，加速網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)，持續(xù)推動院校教育改革，優(yōu)化人才培養(yǎng)體系。同時，要加快構(gòu)建關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施安全保障體系，全天候全方位感知網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢，增強網(wǎng)絡(luò)安全防御能力和威懾能力。另外，還應(yīng)加強網(wǎng)絡(luò)安全教育普及的力度，提升全民安全意識，樹立正確的網(wǎng)絡(luò)安全觀。

[1]孔超，王陽陽.SpaceX公司“星鏈”計劃發(fā)展情況及影響分析[N].中國科學(xué)報，2019-08-27（008）.

[2]劉帥軍，徐帆江，劉立祥.從“星鏈”計劃看低軌星座的優(yōu)勢與風(fēng)險[N].中國國防報，2020-08-11.

[3]趙燕，溫曉君.“星鏈”計劃對通信及互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的影響[N].中國計算機報，2019-08-05（014）.