“星鏈”星座近期動向分析

李博（北京空間科技信息研究所）

當前，全球低軌通信星座領域發(fā)展已正式邁入高峰期，多個星座計劃持續(xù)推進部署，“星鏈”（Starlink）項目作為其中的領先者，2019年已發(fā)射120 顆衛(wèi)星，融資、建設進度不斷加快，對全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展將產(chǎn)生直接影響。

1 新增30000 顆衛(wèi)星計劃

計劃概況

2019年10月7日，國際電信聯(lián)盟（ITU）在其官網(wǎng)更新的衛(wèi)星網(wǎng)絡資料情況顯示，美國太空探索技術公司（SpaceX）新增了20 份網(wǎng)絡資料，每份資料涉及1500 顆衛(wèi)星，意味著該公司Starlink星座在已推進建設的近12000 顆衛(wèi)星基礎上，有望增加至近42000 顆衛(wèi)星，約為人類歷史發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)的5 倍。

幾點分析

1）準予發(fā)布僅說明技術合規(guī)，尚未發(fā)現(xiàn)在美業(yè)務運營申請。從計劃本身來看，根據(jù)ITU 的規(guī)則，只要提交的網(wǎng)絡資料通過了技術合規(guī)審核，即準予通過官方渠道發(fā)布。就當前階段而言，尚無法確定這20 份資料代表的是一個還是多個系統(tǒng)，只有在后續(xù)正式發(fā)射衛(wèi)星、啟用網(wǎng)絡資料時才能獲得準確判斷。此外，對美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）近期的非地球同步軌道（NGSO）星座運營申請情況進行調研梳理，也未發(fā)現(xiàn)SpaceX 公司就這批衛(wèi)星提出正式相關申請。因此，距離真正的系統(tǒng)建設仍有較大距離，SpaceX公司CEO 在2019年10月的國際宇航大會（IAC）上也透露，“并不確定需要那么多衛(wèi)星”、“全球覆蓋所需衛(wèi)星數(shù)量遠低于此”。當前，所有資料只能說明SpaceX 公司有此規(guī)劃，但并沒有更多信息顯示其更多實際行動。

Starlink星座在ITU 最新申請情況

2）軌道分層過密存在隱患，重點考慮中低緯度寬帶需求。從20 份網(wǎng)絡資料對應的軌道高度分布看，共分為11 層，密集分布在328～580km 的152km軌道帶，不同軌道層之間高度差最小為5km。此外，有8 個軌道層差小于20km，僅星座內部未來在發(fā)射入軌、正常運行和離軌處置階段都存在較高的碰撞風險，再考慮到年中與歐洲航天局（ESA）“風神”（Aeolus）衛(wèi)星碰撞事件的影響，這對其衛(wèi)星機動和自動避碰系統(tǒng)能力提出了新的、更高的要求。另一方面，從軌道傾角看，有22500 顆衛(wèi)星（約75%）擬采用30°～53°的傾角配置，核心仍在于覆蓋中低緯度地區(qū)；從頻率申請看，擬采用Ku/Ka 頻段（用戶/饋電配置），申請帶寬8.5GHz，基本涵蓋Starlink 第1 期的頻率范圍（共6.45GHz），目標仍為提供寬帶接入服務。

3）意圖低成本搶占頻軌，未來發(fā)展面臨更強監(jiān)管約束。此計劃公布時，ITU 對NGSO星座設定的里程碑節(jié)點規(guī)則仍相對寬松，運營商只需要在資料提交7年內發(fā)1 顆衛(wèi)星并使其穩(wěn)定運行90 天，就能獲得相對晚些時候提交申請資料系統(tǒng)的優(yōu)先權，否則只有付出資料失效的代價。由此，可以判斷SpaceX 公司此舉最核心和最初的意圖即在于低成本搶占頻軌資源、擠壓潛在國際對手，為后續(xù)發(fā)展爭取更大的空間。但2019年世界無線通信大會（WRC－19）新規(guī)定的星座部署節(jié)點要求指出，運營商必須在資料提交9年內（即在原規(guī)定7年節(jié)點要求的基礎上，再加2年時間）部署10%、12年內部署50%、14年內部署100%，否則頻譜權利將按照實際發(fā)射情況按比例縮減。這也將為其未來星座建設帶來一定程度上更強的監(jiān)管約束。

4）后續(xù)建設融資壓力空前，實際工程建設可行性待商榷。如果統(tǒng)一依據(jù)此前Starlink 首批試驗星發(fā)射時對外宣稱的單星成本100 萬美元推算，30000顆衛(wèi)星的研制成本約為300 億美元，再考慮500 次發(fā)射（按照當前“一箭60星”計算）、地面系統(tǒng)建設成本，以及衛(wèi)星壽命結束后的批量補網(wǎng)、維持星座連續(xù)服務等要求，至2030年左右，SpaceX 公司僅在此系統(tǒng)建設上的投入成本預計超過500 億美元，未來融資、商業(yè)盈利與可持續(xù)性面臨巨大的壓力和挑戰(zhàn)。而從工程研制角度來看，將正在建設的12000 顆衛(wèi)星計算在內，在14年的建設周期中完成42000 顆衛(wèi)星部署，意味著SpaceX 公司平均每年需要研制并發(fā)射3000顆衛(wèi)星，按現(xiàn)行火箭運力，一年需安排50 次（約一星期一次）專用于Starlink 的發(fā)射任務，其是否支撐產(chǎn)能存在很大疑問。

2 新發(fā)60 顆衛(wèi)星，應用布局拓展

事件概況

（1）利用重復使用火箭新發(fā)60 顆衛(wèi)星，衛(wèi)星技術狀態(tài)做適應性調整

北京時間2019年11月11日22：56，SpaceX 公司利用重復使用的獵鷹－9（Falcon－9）運載火箭發(fā)射Starlink星座首批60 顆工作衛(wèi)星，星箭順利分離。綜合SpaceX 公司官方信息來看，此次任務亮點有以下幾個方面。

一是，此次發(fā)射開創(chuàng)低成本重復使用的新紀錄。任務采用的火箭此前曾執(zhí)行過3 次發(fā)射任務[分別是“下一代銥星”（Iridium NEXT）第7 組、合成孔徑雷達觀測與通信－1A（SAOCOM－1A）和Nusantara Satu 衛(wèi)星]，此外還在史上首次采用回收的整流罩[曾執(zhí)行阿拉伯衛(wèi)星－6A（Arabsat－6A）任務]執(zhí)行發(fā)射。

二是，相比60 顆試驗星，此次衛(wèi)星的技術狀態(tài)做出一些調整。每顆衛(wèi)星的發(fā)射質量約為260kg，比試驗星（227kg）有了14.5%的提升；新增了Ka 頻段的饋電鏈路拋物面天線，試驗星用戶和饋電鏈路測試均采用Ku 頻段相控陣天線；對星敏感器進行了適應性升級。

（2）軍事應用測試取得新突破，未來融入美軍作戰(zhàn)潛力被看好

目前，Starlink 衛(wèi)星很多功能特征正在由美國空軍實驗室主導的名為“全球閃電”（Global Lightning）的計劃進行測試。SpaceX 公司于2018年底獲得空軍關于商業(yè)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)軍事試驗的28000萬美元合同，將利用多型軍機對Starlink 進行測試。2019年10月，SpaceX 公司透露，空軍已經(jīng)利用2018年發(fā)射的Starlink 兩顆原型星與安裝在C－12軍機上的終端進行數(shù)據(jù)傳輸測試，結果顯示速率可以達到610Mbit/s，空軍相關主管官員透露“測試結果非常令人滿意”。

按照空軍規(guī)劃，隨著星座的持續(xù)建設，后續(xù)將繼續(xù)利用Starlink 衛(wèi)星與美軍的軍用運輸機（如C－130 等）、加油機（如KC－135 等）以及空中預警機等作戰(zhàn)平臺，開展進一步的數(shù)據(jù)傳輸測試。測試內容包括：數(shù)據(jù)傳輸速率、延時、誤碼率、鏈路余量等。此外，測試中還將對數(shù)據(jù)流和網(wǎng)絡安全進行評估，為后續(xù)正式融入軍用奠定基礎。

幾點思考

（1）星座競爭已從商業(yè)行為逐步轉向國家戰(zhàn)略利益謀劃和爭奪

目前來看，隨著Starlink 正式啟動工作星的大規(guī)模部署并預計2020年底投入服務，全球低軌星座發(fā)展已全面進入競爭、淘汰提速期，各國政府力量加速介入：美國軍方多項目并行推進Starlink星座開發(fā)應用、監(jiān)管機構持續(xù)推出利好政策、加拿大政府斥巨資扶持本國的Telesat LEO 系統(tǒng)、俄羅斯利用航天國家集團（ROSCOSMOS）統(tǒng)籌加快星座建設，本質均在于對軌道頻率戰(zhàn)略資源的搶占、對潛在巨大應用效能的重視，再考慮到當前主流國家在新一代信息網(wǎng)絡技術領域的戰(zhàn)略競爭態(tài)勢不斷升級，對衛(wèi)星+5G、甚至未來6G 網(wǎng)絡的超前布局，也是美歐等加大在該領域支持力度的重要原因。

（2）軍政市場是星座穩(wěn)定發(fā)展保障，一星多用多星協(xié)同值得關注

無論是20 世紀末第一輪低軌星座建設熱潮中“銥”星的起死回生，還是當前軍方機構主動開展研究的牽引性作用，都可看出，政府和軍事應用已成為未來低軌星座發(fā)展中不可忽視的細分市場。2019年9月，銥星公司獲得美國國防部超過7 億美元的打包合同，后者仍然是該公司最大的用戶。隨著美軍通信衛(wèi)星能力發(fā)展途徑趨向多元化，牢牢抓住軍政用戶是低軌通信星座穩(wěn)定發(fā)展的根基所在。

另一方面，引入低軌星座，也將極大改變傳統(tǒng)用天理念和模式，并反向引導衛(wèi)星載荷功能設計與研發(fā)，值得關注。美國航天發(fā)展局（SDA）提出建設的下一代軍事太空能力體系，以大規(guī)模通信衛(wèi)星構成的“網(wǎng)狀網(wǎng)”為基礎，搭載遙感載荷即可構建“看護層”，針對戰(zhàn)術用戶提出關注的時敏目標，直接進行全天時全天候持續(xù)監(jiān)視，實現(xiàn)低時延態(tài)勢感知和快速刷新，大幅提升敵方意圖研判和提前干預能力；搭載導彈預警載荷即可構建“跟蹤層”，多星協(xié)作、在軌處理，對高超聲速導彈威脅進行識別、告警、跟蹤和目標指示，有效彌補其對此類武器防御能力的空白，限制對手的打擊手段，甚至使之失效。

這種以星座為依托，多載荷、多功能趨向一體化融合的新特點，將對通信、遙感和導航等各類載荷設計與應用開發(fā)提出新要求。