來源：科工力量
2024年8月6日14時(shí)42分，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征六號甲運(yùn)載火箭，成功將千帆極軌01組衛(wèi)星（亦稱G60星座）首批18顆衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，標(biāo)志著我國規(guī)模在1萬顆以上的大型低軌星座，正式拉開建設(shè)大幕。
大型低軌星座是最近10年出現(xiàn)并逐漸成熟的航天系統(tǒng)，由運(yùn)行于距地面300公里 – 2000公里太空的數(shù)百至數(shù)萬顆衛(wèi)星組成，目前主要提供比傳統(tǒng)高軌道衛(wèi)星時(shí)延更短、帶寬更大的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)。截至目前，美國SpaceX（太空探索技術(shù)公司）主導(dǎo)的星鏈（Starlink）、歐洲主導(dǎo)的一網(wǎng)（OneWeb）等星座已經(jīng)投入運(yùn)行。我們國家截至目前也確定將部署2個(gè)類似星座，即今天開始建設(shè)、由上海市支持的千帆星座，以及由中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司統(tǒng)籌的星網(wǎng)星座。
表面上，大型低軌星座似乎只是“飛行的移動(dòng)基站”，但實(shí)際上，其具有高性能、多功能、全球覆蓋、生存力強(qiáng)、商業(yè)閉環(huán)的特點(diǎn)，已使其成為能夠跨越國界、穿透主權(quán)、無條件覆蓋全球的基礎(chǔ)設(shè)施，是我國必須掌握的戰(zhàn)略力量。
本文將簡要介紹大型低軌星座的特點(diǎn)、我國掌握該系統(tǒng)的必要性、以及相關(guān)規(guī)劃與發(fā)展情況。
美國星鏈衛(wèi)星，其主體采用了平板結(jié)構(gòu)，這一設(shè)計(jì)也被很多其它星座采用。
大型低軌星座快速迭代
從單一通信向“通、導(dǎo)、遙”多功能融合演進(jìn)
星鏈?zhǔn)悄壳安渴疬M(jìn)度領(lǐng)先的大型低軌星座，其建設(shè)始于2018年，最初僅面向美國部分地區(qū)提供上網(wǎng)服務(wù)，地面用戶需要安裝雙人餐桌大小的天線，方可接入網(wǎng)絡(luò)，速度可達(dá)上百M(fèi)bps，與家用寬帶相當(dāng)。經(jīng)過6年發(fā)展，星鏈已經(jīng)成長為服役衛(wèi)星超過6000顆的成熟產(chǎn)品，并向兩個(gè)方向演進(jìn)迭代。
一是通信能力不斷增強(qiáng)，在保持高帶寬的前提下，用戶數(shù)激增至300萬以上，覆蓋范圍從美國擴(kuò)展到全球7大洲100多個(gè)國家和地區(qū)。目前，能夠直聯(lián)手機(jī)的最新一代衛(wèi)星正在逐步入軌。星鏈目標(biāo)是在2年內(nèi)為未經(jīng)任何改造的普通手機(jī)提供近似3G網(wǎng)絡(luò)的“兜底”服務(wù)。用戶無論身處高山、大海、荒漠……均告別信號盲區(qū)；當(dāng)手機(jī)回歸地面基站覆蓋范圍后，恢復(fù)常態(tài)服務(wù)。
另一方面，得益于人工智能、軟件、電子等技術(shù)發(fā)展，星鏈也向一星多用方向進(jìn)化。例如星鏈團(tuán)隊(duì)近年面向政府和國防客戶推出的“星盾”子產(chǎn)品，衛(wèi)星上就搭載了預(yù)警、遙感等功能模塊。目前，幾十公斤重的遙感模塊即可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于1米的對地觀測分辨率，足夠發(fā)現(xiàn)汽車大小物體、分辨艦艇型號；并可通過多星接力，對特定區(qū)域不間斷“直播觀測”。除此以外，低軌星座在導(dǎo)航增強(qiáng)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面的實(shí)用價(jià)值也已經(jīng)被驗(yàn)證?！巴ǎㄐ牛?、導(dǎo)（航）、遙（感）”一體化服務(wù)是低軌星座未來必然面貌。
代入實(shí)際應(yīng)用場景描述，即未來幾年內(nèi)，低軌星座不單能隨時(shí)與你保持聯(lián)系，還能夠?qū)崟r(shí)告知你在哪里、周圍有什么情況、應(yīng)該往哪里去 – 而你，只需要擁有一臺(tái)普通手機(jī)。這為安全、交通、物流、規(guī)劃、城鄉(xiāng)管理、能源等國民經(jīng)濟(jì)關(guān)鍵領(lǐng)域，提供了無限想象空間。
而更重要的是，在必要情況下，這類基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)可以超越國界限制。
美國星鏈衛(wèi)星的地面用戶天線。
穿透主權(quán)，全球服務(wù)
大型低軌星座的核心是大量不受領(lǐng)空限制、運(yùn)行于外層空間的衛(wèi)星。這些衛(wèi)星不僅能充當(dāng)兩個(gè)地面用戶之間的傳聲筒，相互之間也可以中繼信號，從而將信息送往更遠(yuǎn)距離。
因此大型低軌星座具備一項(xiàng)其它基礎(chǔ)設(shè)施無法比擬的優(yōu)勢：穿透主權(quán)、全球服務(wù)。即緊急情況下，即便對方國家拒絕配合/無法配合，星座運(yùn)營方都可以不間斷為對方領(lǐng)土內(nèi)的用戶提供上文提及的“通、導(dǎo)、遙”服務(wù)。這在國家安全、人道救援等關(guān)鍵領(lǐng)域具有決定性意義。我們國家遵守國際準(zhǔn)則，但對其他國家破壞規(guī)則的行為，也應(yīng)當(dāng)具備相應(yīng)威懾能力。
目前星座服務(wù)在某國落地與否，更多是和平年代尊重當(dāng)事國管轄權(quán)的法條操作，而非技術(shù)限制。俄烏沖突即展示了“例外”場景。沖突爆發(fā)后，SpaceX無需特別準(zhǔn)備，即第一時(shí)間將烏克蘭納入星鏈服務(wù)范圍。截至2022年底，烏方已經(jīng)獲得超過2萬套地面終端。在這些設(shè)備幫助下，烏軍取得了包括癱瘓整個(gè)俄黑海艦隊(duì)在內(nèi)的重大戰(zhàn)果。圖為美國商業(yè)遙感衛(wèi)星拍攝的烏克蘭戰(zhàn)場畫面。
生存力強(qiáng)，難以摧毀
除了技術(shù)上可以穿透主權(quán)以外，大型低軌星座還具備極強(qiáng)的生存能力，哪怕是民用星座。
以星鏈星座為例，其規(guī)劃衛(wèi)星總數(shù)超過4萬，這意味著只摧毀少數(shù)衛(wèi)星并不會(huì)影響系統(tǒng)整體性能，而摧毀大量衛(wèi)星，又極有可能引發(fā)導(dǎo)致人類失去全部航天能力的凱斯勒效應(yīng)。
凱斯勒效應(yīng)由美國學(xué)者唐納德·J凱斯勒（Donald J. Kessler）于1978年提出。這一理論認(rèn)為，當(dāng)?shù)厍蛑車臻g中航天器達(dá)到一定數(shù)量，一旦其中兩者碰撞，產(chǎn)生的碎片又會(huì)引發(fā)更多連鎖碰撞，最終導(dǎo)致地球周邊布滿碎片，人類在短則幾十年長則數(shù)百年時(shí)間內(nèi)無法進(jìn)行包括發(fā)射洲際導(dǎo)彈在內(nèi)的任何航天活動(dòng)。
目前學(xué)界公認(rèn)，對于星鏈級別的星座，偶發(fā)碰撞即有可能將1000公里以下的近地軌道置于危險(xiǎn)境地，因此物理上摧毀這類衛(wèi)星得不償失，防御方應(yīng)優(yōu)先考慮電子對抗、偽裝欺騙等軟性手段，特別是不受地球曲率和地面障礙物影響的、基于己方星座發(fā)起的軟性手段。
地面望遠(yuǎn)鏡拍攝到的星鏈衛(wèi)星軌跡。
商業(yè)閉環(huán)，反哺航天
2023年11月，SpaceX宣布星鏈業(yè)務(wù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)正現(xiàn)金流，開始盈利。傳統(tǒng)意義上，航天屬于國家主導(dǎo)的公益和公用事業(yè)，而如今，大型低軌星座在強(qiáng)化航天這一屬性的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了自我造血，反哺行業(yè)，形成了相對傳統(tǒng)航天的機(jī)制優(yōu)勢。
目前，星鏈的主要客戶來自常駐偏遠(yuǎn)地區(qū)機(jī)構(gòu)和居民、航空、車船以及防務(wù)相關(guān)業(yè)務(wù)，全球總用戶超過300萬。事實(shí)上，這只是最終潛在客戶的一小部分。綜合中、美、歐等方面研究，未來自動(dòng)駕駛汽車和航空器、物聯(lián)網(wǎng)、因各種原因被迫離開地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋的人員、無人操作設(shè)備等，都是大型低軌星座非常確定的用戶，其數(shù)量超出現(xiàn)有幾個(gè)數(shù)量級。因此，我們國家同樣有望構(gòu)建起經(jīng)濟(jì)上可持續(xù)的大型低軌星座，做大國民經(jīng)濟(jì)蛋糕。
需要指出的是，大型低軌星座并不是地面5G或者6G網(wǎng)絡(luò)的替代者或者競爭者。前者主要服務(wù)分布面積廣大、但需求量較低的分散客戶，同時(shí)部分補(bǔ)充后者的服務(wù)，而后者依舊是通信系統(tǒng)的絕對骨干。引用一位行業(yè)專家的表述：“是小汽車和高鐵的區(qū)別，各有價(jià)值”。圖為即將從火箭上釋放的美國星鏈衛(wèi)星。
中國星座，蓄勢待發(fā)
目前，我國已經(jīng)確定建設(shè)2個(gè)大型低軌星座，并均計(jì)劃于年內(nèi)開始部署。這兩個(gè)星座在建設(shè)同時(shí)，均有意向手機(jī)直聯(lián)等前沿服務(wù)迭代演進(jìn)。
今天啟動(dòng)的千帆星座由上海市政府支持、上海格思航天科技公司制造、上海垣信衛(wèi)星科技公司提供服務(wù)，旨在開展天基寬帶互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。該星座一期計(jì)劃在2027年之前發(fā)射1296顆衛(wèi)星，最終計(jì)劃發(fā)射超過14000顆衛(wèi)星。
星網(wǎng)星座項(xiàng)目由中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司（2021年4月成立，央企排名26）統(tǒng)籌，衛(wèi)星總數(shù)超過12000顆。
兩個(gè)星座相關(guān)發(fā)射任務(wù)將在太原、海南、酒泉等發(fā)射場開展。根據(jù)國際對頻率和軌道的劃分規(guī)則，未來10年內(nèi)我國要完成2萬顆以上低軌衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)：初期主要由航天科技集團(tuán)研制的長征六號甲、長征八號、長征十二號等“國家隊(duì)”火箭實(shí)施；2026年左右，藍(lán)箭航天朱雀三號、天兵科技天龍三號、星河動(dòng)力智神星一號等民營中大型運(yùn)載火箭也有望加入。
時(shí)間緊、任務(wù)重。大型低軌星座是我國的必選項(xiàng)，既是挑戰(zhàn)更是機(jī)遇。建設(shè)好大型低軌星座，是這一代航天工作者的光榮使命。
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