左图：中国北京鸟巢水立方SAR影像，由天仙星座巢湖一号卫星的聚束模式，于北京时间2022年5月27日22时35分拍摄；右图：巴林杜拉特巴林人工岛SAR影像，由天仙星座巢湖一号卫星的聚束模式，于北京时间2022年3月23日02时40分拍摄
据业内不完全统计，中国各星座计划中组网数量30颗以上的低轨道星座项目约10个，规划总卫星发射数量近2000颗
未来的网络对于通信容量的需求越来越高，覆盖能力要求也越来越强，互联网发展的一个新赛道，也许就是卫星互联网
空间轨道和频段是满足通信卫星正常运行的先决条件，已成为各发射单位争相抢占的资源。在这种情况下，太空“织网”之争渐趋白热化
文 |《瞭望》新闻周刊记者 李亚彪 吴慧珺 邹乐 林翔
多年前，人工智能曾让很多新闻记者感受到职业压力。而卫星互联网，则有可能让士兵们在战时状况下，直接成为“战地记者”。
一手持枪、一手拿手机发视频对战场进行直播，这是俄乌冲突中发生在不少参战士兵身上的真实情况，有的直播甚至引发数以万计的转发。在一些网友担心地面网络遭战火破坏可能中断时，太空中的卫星提供了接续的互联网服务；战地记者尚未赶到，士兵们的直播已与战事同步……
随着以卫星互联网为代表的空天科技飞速发展，以及人类活动边界、联网场景的持续扩张，具备全天候高速大通量联网能力的卫星移动通信开始崭露头角。相较于传统的地面通信方式，这种基于低轨卫星的通信网络机动性强、可靠性好、传输效率高，能够触达传统地面网络无法涉及的地区，特别是保障航海、飞机等多应用场景下的网络通信，有助于实现星际、深空、空间、地面、海洋网络互联互通。
种种迹象显示，技术进步让大国间竞合从辽阔的地面进入遥远的天空。在那里，有一条联通世界的新赛道。
2022年1月18日，银河航天6颗低轨宽带通信卫星进行转运 银河航天供图
群雄逐鹿
卫星互联网，由卫星制造、卫星发射、地面系统、用户终端、下游应用、运营服务等环节组成，其特点是无需布设光缆、铁塔等大量基础设施，便可实现对包括两极在内的陆地、海洋、天空等地球表面完整、立体全覆盖。
在中国，通过卫星为全球提供互联网接入服务的卫星互联网，和5G、物联网、工业互联网等一并被纳入新基建范畴。
卫星互联网不受地面环境影响，对车联网、物联网等万物互联应用能提供更好支持，网络不会受各类灾害影响而中断。近年来，世界航天科技强国纷纷公布或实施自己的低轨卫星互联网星座计划。这些计划通过发射成百数千颗卫星，实现对地球完整覆盖组网，卫星采用相控阵天线与高通量技术，可以为地面用户提供数百兆带宽的超低时延宽带接入。例如，美国的“星链”为乌克兰提供的互联网服务，其上网速度是乌克兰本地网速的4倍以上。
这条新赛道上，大国和科技巨头是两大主角。据上海航天技术研究院副院长李昕等专家介绍，埃隆·马斯克旗下的美国太空探索技术公司每月发射超过100颗卫星，其“星链”计划已累计发射2000多颗卫星，并计划开通全球宽带服务，波音公司、空中客车等跨国巨头以及Meta、谷歌、亚马逊等互联网巨头也参与其中。
前不久，亚马逊宣布将与3家火箭公司合作推出以卫星提供全球宽带互联网接入服务的“柯伊柏”项目，这成为继“星链”之后，美国科技巨头布局卫星互联网的又一大事件。项目计划将3200多颗卫星部署在近地轨道，为地面提供高速宽带服务。
此外，亚马逊等公司还在建造更高效、便宜的火箭发射系统，配合卫星互联网规划。目前，“柯伊柏”项目已经预订了83次火箭发射，这是美国有史以来最大规模的发射服务商采购。
除美国外，英国政府主导的“一网”星座也累计发射400多颗卫星，并安排开通宽带服务计划。俄罗斯准备推出由600多颗卫星组成的“球体”星座，计划2024年前实现宽带卫星互联网覆盖本国全境。德国一家公司计划发射600颗近地轨道卫星，星座部署将于2024年开始。国际卫星组织、欧洲卫星通信组织等也在逐渐谋划将传统通信卫星替换为更先进的高通量卫星。
在中国，航天科工推出的“虹云工程”计划发射156颗卫星，实现全球组网。航天科技也推出“鸿雁星座”，计划实现全球任意地点互联网接入。据业内不完全统计，中国各星座计划中组网数量30颗以上的低轨道星座项目约10个，规划总卫星发射数量近2000颗。2021年4月，中国卫星网络集团组建，统筹国内卫星互联网建设与产业发展，着手整合各星座计划。
银河航天首席科学家张世杰等专家认为，未来的网络对于通信容量需求越来越高，覆盖能力要求也越来越强，“互联网发展的新赛道之一，也许就是卫星互联网”。
太空“织网”之争
多位业内专家认为，从空天信息的技术角度来看，同步轨道卫星通信系统、低轨卫星通信系统都可提供通信服务，两者主要区别在于卫星轨道高度和单颗卫星通信能力。
目前，主流低轨星座卫星多位于500千米到1200千米上空，传输时延远低于同步轨道卫星，加之低轨卫星轨道高度约为同步轨道卫星轨道高度的1/30，因而信号自由空间损耗比同步轨道卫星少，这也是低轨卫星系统实现终端小型化和高速数据传输的基石。不过，由于轨道高度原因，同步轨道卫星对地视场大，部署3颗卫星即可实现除南北极点以外的全球覆盖，而低轨通信卫星轨道高度低、单星对地覆盖较小，必须通过多星组网才能实现全球覆盖。
在系统可靠性上，低轨卫星通信系统有多重优势：一是星座卫星数量庞大，且分布于多个轨道面，任意一颗或几颗卫星损坏不会对系统造成大的影响；二是卫星造价较低，在轨一般有多颗备份卫星，可以随时代替损坏的卫星；三是低轨卫星成本低，研制周期短，卫星体积小、质量小、轨道高度低，易进行应急补网发射。
不过，同步轨道卫星可以通过发展高通量卫星通信技术解决短板问题，在单个卫星上集成数量更多、波束更窄、频率利用率更高的点波束，还可以降低轨道高度，建设中低轨卫星通信星座。
总之，同步轨道卫星和低轨卫星通信系统可以形成优势互补，共同推动空天信息产业繁荣发展。工信部2021年11月发布的《“十四五”信息通信行业发展规划》提出，加强卫星通信顶层设计和统筹布局，推动高轨卫星与中低轨卫星协调发展。
事实上，发射高轨卫星也需要穿过低轨。因此，空间轨道和频段是满足通信卫星正常运行的先决条件，已成为各方争相抢占的资源，太空“织网”之争渐趋白热化。
上海航天技术研究院产业发展部副部长陈昌敢对《瞭望》新闻周刊记者说，据测算，地球近地轨道只能容纳约6万颗卫星，而低轨卫星主要采用的通信频段渐趋饱和，随着不间断的各类太空发射，大量低轨和优质频段资源正不断被先发星座快速抢占。
对于空间轨道、频段资源，当前国际上通行“先占先得”的申报和协调机制。太空探索技术公司已从美国监管部门获批了发射超过3万颗卫星的频段资源，中国和德国也都在2021年积极向国际电信联盟申请频段资源。
很显然，这场环绕地球的卫星组网比赛不会轻易结束，任何一方都不甘于躺在别人织起的渔网里过日子。
空天安全新课题
卫星技术可以将网络连接到光纤电缆及行动通讯基地台无法抵达或难以提供服务的地区，无论是飓风等天灾还是战争等人为因素导致通讯中断，这项技术都能作为重要的“信息生命线”。
美国《外交政策》网站刊文指出，太空探索技术公司的卫星数据通信技术“星链”在俄乌冲突中为乌方提供有效协助，该技术具有环境适应性强、信号覆盖面广、成本日趋下降等优势，美国多家公司都正增加相应投入和研发力度，从而与传统地面宽带服务竞争。
中科院院士周成虎认为，“星链”为战争中出现网络故障的乌克兰提供互联网服务，再次说明空天领域已经成为重要的军事平台，谁拥有空天控制权，谁就有更大可能夺得战争主动权。随着卫星互联网的发展，其在军事领域的价值逐渐显现。
“卫星互联网可以实现在战时首先打击对方通信网络，也可以快速恢复己方网络。”陈昌敢说，卫星组网将是一个国家未来军事能力的重要组成部分。
专家认为，大国可以利用卫星组网打造天基反导系统。能够让本国在全球范围内对目标进行长时间侦察，开展实时探测并精确跟踪，为精准打击全球范围内的目标提供有力支持。
“几万颗卫星上天后，太空将展开各种博弈，每天都在发生的事就是大家互相侦察、监看，用自己的卫星接近对方的高价值目标，生成一些拍照，获得目标卫星的情况。”中科星图测控技术合肥有限公司总裁牛威说。还有专家认为，庞大的组网下，地面上的国防安全屏障也可能暴露在卫星视角下。
随着在轨卫星数量暴发式增长，发生空间碰撞的风险也急剧增加。事实上，“星链”已威胁到多国飞行器和空间站。此外，卫星服役到期后还带来太空垃圾，比如受地磁风暴影响，太空探索技术公司发射的“星链”卫星就将报废数十颗。然而，目前尚无适用于各国的法律强制清理由此产生的太空垃圾。
“太空被频繁使用，保护这一基础设施意义重大。”国际航天组织有官员呼吁，未来发射卫星之前应做到，要么证明卫星可自动返回并在大气层烧毁，要么与回收企业签订合同，要么就交纳可用于支付清理费用的保证金。
欧洲航天局早在2019年就启动了全球首场太空清理行动，从而开创“太空清理”先河，但这笔预算仅在5年内就超过百亿欧元。该行动的设想是，用空间探测器机械臂抓住废弃火箭碎片，然后将其拖带进地球大气层烧毁。此外，行动设想中还包括使用能捕获多块大碎片的轨道飞行器。
专家认为，不管如何，促成太空碎片国际立法、规范到期卫星的离轨处置标准和流程，这一系列由卫星组网衍生出来的国际空间治理新课题，已成为国际社会不得不考虑的一项重要工作。
中科院院士、中科院空天信息创新研究院院长吴一戎说，多国及商业机构向空天发力，空天领域的竞争更加激烈。无论从什么角度来看，在这一事关国家战略利益的太空新赛道上，任何一方都不会轻言放弃。■
