中國版“星鏈”,會引領(lǐng)商業(yè)航天新紀元嗎?
來源:科普中國
發(fā)布時間:2024-09-02
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8月初,千帆極軌01組衛(wèi)星由長征六號改火箭成功發(fā)射。據(jù)公開資料顯示,這18顆衛(wèi)星是我國千帆星座的首批組網(wǎng)星,采用類似于美國星鏈衛(wèi)星的堆疊方式發(fā)射,同樣用于低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),甚至被稱為“中國版星鏈”。這次發(fā)射再次引發(fā)人們對于我國商業(yè)航天的熱議。

圖片來源:新華社(鄭斌 攝)

群雄并起逐鹿太空

近年來,在多重因素的作用下,低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)進入了快速發(fā)展期。其中尤其是以美國太空探索公司的迅猛發(fā)展最為引人注目。從2019年5月23日,首批60顆星鏈衛(wèi)星發(fā)射進入太空,截至2024年8月6日,星鏈已發(fā)射184批次,共發(fā)射衛(wèi)星6851顆。其中故障或脫軌538顆,在軌6313顆,正在運行的衛(wèi)星6239顆,處于運行軌道的衛(wèi)星5823顆。星鏈已經(jīng)做到了業(yè)務(wù)的全球覆蓋,獲準在99個國家運營,用戶突破300萬戶,已經(jīng)實現(xiàn)盈利。英國一網(wǎng)公司緊隨其后,從2019年2月27日發(fā)射首顆試驗星以來,目前在軌衛(wèi)星數(shù)量已達600余顆,星座已經(jīng)接近部署完成。其他包括加拿大、俄羅斯、德國、韓國等國家也提出了自己的互聯(lián)網(wǎng)星座計劃,各國計劃部署衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座的公司近30家。

我國的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座規(guī)劃啟動也不算晚,早“十三五”期間,以航天科技、航天科工為首的央企分別提出了自己的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座計劃。中國航天科技集團計劃構(gòu)建一個由 324 顆低軌衛(wèi)星組成的鴻雁星座。中國航天科工集團計劃開展 156 顆衛(wèi)星全球組網(wǎng)虹云工程。兩家都于2018年12月發(fā)射了首顆試驗星。

我國早期的規(guī)劃規(guī)模相對較小,建設(shè)進度相對較慢。隨著形勢的急劇變化,鑒于低軌衛(wèi)星星座的戰(zhàn)略重要性,我國于2020年4月首次把衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入“新基建”范疇,并于2021年4月26日成立了中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團有限公司,負責(zé)統(tǒng)籌規(guī)劃我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展,其成立是中國衛(wèi)星通信、衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的一個里程碑。時至今日,我國向國際電信聯(lián)盟(ITU)申請低軌衛(wèi)星數(shù)量總數(shù)已達5.13萬顆。其中數(shù)量超過萬顆的星座計劃有三個。

中國星網(wǎng)的GW星座共計規(guī)劃發(fā)射12992顆衛(wèi)星,其中GW-A59子星座6080顆,分布在500-600千米的極低軌道;GW-A2子星座6912顆,分布在1145千米的近地軌道。2023年7月9日,長征二號丙運載火箭成功將首顆衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。隨后在11月23日和12月6日,我國又完成兩次衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗衛(wèi)星的發(fā)射。預(yù)計今年GW星座開始進入批量發(fā)射,在2030年之前完成10%衛(wèi)星的發(fā)射。到2030年之后,平均每年發(fā)射量將達1800顆。

圖片來源:央視新聞

“千帆星座”也叫“G60星座”,由成立于2018年的上海垣信牽頭建設(shè),早在2019年11月就完成首批2顆試驗衛(wèi)星的發(fā)射,目前已經(jīng)完成5顆試驗星的發(fā)射,此次發(fā)射的18顆衛(wèi)星是首批組網(wǎng)星。作為上海市政府大力支持的項目,千帆星座預(yù)計今年完成108顆衛(wèi)星發(fā)射;2025年底完成648顆發(fā)射,提供區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋;2027年底完成共1296顆的一期建設(shè),提供全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋;到2030年底,完成超1.5萬顆低軌衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)。

鴻鵠星座則是由2017年成立的藍箭航天旗下的鴻擎科技主導(dǎo)。2024年5月24日,鴻擎科技向國際電信聯(lián)盟提交了頻軌申請,將在160個軌道平面上總共發(fā)射10000顆衛(wèi)星。

除了以上所述,我國還有包括銀河航天、國電高科等都在籌劃自己的互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座項目。盡管目前我國低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)進度與世界先進水平仍存在一定差距,但呈現(xiàn)出百舸爭流、欣欣向榮之勢。

鏈接全球必爭之地

互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星之所以獲得全球如此大的關(guān)注,就在于星鏈計劃的實踐證明了巨型星座在經(jīng)濟上的可行性,低軌衛(wèi)星星座有望成為新一代全球化信息基礎(chǔ)設(shè)施,其占有者將獲得壟斷性的優(yōu)勢地位。

低軌衛(wèi)星是指在距離地球表面約300千米到2000千米之間軌道上運行的衛(wèi)星。這些衛(wèi)星因為較低的軌道高度,具有傳輸時延小、鏈路損耗低等特點,非常適合發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。粗略測算,在同層與跨層星間最小安全距離均為50千米的情況下,最多只有35個軌道殼層,總計可容納17.5萬顆衛(wèi)星。按照其他一些考慮到頻譜分配的算法,則最多只能容納6萬顆衛(wèi)星。

在星鏈計劃之前,這樣一個數(shù)字意味著資源無限可用。然而星鏈計劃執(zhí)行至今,短短5年之內(nèi)就達到了六千多顆的發(fā)射量,而且其最終目標是4.2萬顆。這不禁讓各國感到了近地軌道空間資源被獨占的危險。

早在地球同步軌道獨占衛(wèi)星通信市場的年代,世界已經(jīng)經(jīng)歷了一次空間資源緊缺的危機。當(dāng)時按照避免相撞和相互干擾的原則,每顆同步軌道衛(wèi)星的漂移范圍限制在±0.1°,地球同步軌道上最多只能部署放1800顆衛(wèi)星。這使得全球衛(wèi)星通信幾乎被幾家發(fā)達國家的寡頭所壟斷。

近地軌道甚至無法像地球同步軌道一樣為后發(fā)國家保留基本的權(quán)利,只能本著“先到先得”的原則,誰先提出申請,誰就享有空間軌道和頻率的優(yōu)先使用權(quán),而先行者將始終保持壟斷性的優(yōu)勢和收益。

即將于2030年到來的6G通信要實現(xiàn)從傳統(tǒng)地面接入向空天地海全方位多維度接入的轉(zhuǎn)變,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要支持天基、空基、地基多種接入方式,這也必須要低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)支持,以提供更廣闊的覆蓋范圍和更高的通信可靠性。到時人們將能夠在飛機、輪船、荒野時候死的接入互聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)永遠在線。大型低軌星座將成為地面移動通信網(wǎng)絡(luò)的有益補充和增強,前者主要服務(wù)分布面積廣大、但需求量較低的分散客戶,同時部分補充后者的服務(wù),而后者依是通信系統(tǒng)的絕對骨干。

遑論互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星還可以開拓世界上那些固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不發(fā)達甚至是缺失地區(qū)的市場。目前,全球尚有涉及27億人口、70%的地理空間,未能實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的覆蓋。而且即使像美國這樣的發(fā)達國家,全國僅有40多萬個移動通信基站,與我國1083萬個通信基站相比嚴重不足。在澳大利亞、新西蘭、巴西、墨西哥、法國、葡萄牙、德國、英國的測試表明,星鏈的網(wǎng)速表現(xiàn)遙遙領(lǐng)先于當(dāng)?shù)氐挠芯€寬帶。

將低軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域,得益于其天基長期駐留,在戰(zhàn)場偵察、電子對抗、反導(dǎo)攔截、通信保障等方面具備極大的潛力。所具有的全球化高帶寬波束覆蓋,可大幅增強軍隊的信息化能力。若搭載相關(guān)載荷,還可以實現(xiàn)全天候、全天時的天基偵察監(jiān)視能力,精確地了解戰(zhàn)場情況。早在2019年起,美國軍方就與SpaceX公司不斷加強在星鏈項目上的合作。在俄烏沖突中,星鏈衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)支持,使烏軍在通信、偵察等方面獲得較大助力。

為了我國通信領(lǐng)域的獨立自主,相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展通道考慮,我們必須勇往直前,發(fā)展自己的互聯(lián)網(wǎng)星座,搶占低軌衛(wèi)星頻譜資源。從國家長遠發(fā)展和安全的角度來考慮,鑒于其資源稀缺性、軍事重要性,也不允許我們的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)落后于人。

作者:于遠航 北京宇航系統(tǒng)工程研究所高級工程師

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