“星鏈”增新計劃影響分析及啟示

周鈺哲

2019年5月，太空科技探索公司SpaceX將首批60顆“星鏈”衛星送入軌道，計劃從2020年，開始為北美地區提供服務，隨后再拓展到全球其他地區。到2024年，1.2萬顆衛星組成的網絡，理論上完全可以覆蓋地球表面。近期，SpaceX宣布“星鏈”增新計劃，并已進入官方審批流程。該計劃引起了社會各界的廣泛關注。

“星鏈”增新計劃概況

增新計劃追加3萬顆衛星。日前，SpaceX已向美國聯邦通信委員會（FCC）追加申報了20份“星鏈”衛星部署增新計劃，每份包含1500顆衛星，共計30000顆。新增的衛星將運行在低地球軌道上，高度分布于328—580公里。SpaceX表示，增新計劃的衛星將具有與用戶連接的可控點波束，以及用于航天器遙測、跟蹤、控制功能的全向波束。FCC受理并向國際電信聯盟（ITU）遞交了SpaceX的申請。憂思科學家聯盟（UnionofConcernedScientists）的數據顯示，自1957年前蘇聯第一顆人造衛星升空后至2019年4月1日，人類已發射的人造衛星總數約8100顆，目前在軌運行的人造衛星2062顆。“星鏈”的42000顆目標，可能會將以上記錄成倍刷新。

“星鏈”計劃的目的和意義。天基通信網絡理論上可以覆蓋到任何陸基通信網絡不易和不能覆蓋的地區，例如山區、海洋、極地。SpaceX認為，未來20年，全世界將有近半數的網絡系統上天，無信息死角的“數字地球”將成為現實。“星鏈”計劃就是要打造一張覆蓋全球的天基自組通信網絡，徹底擺脫傳統陸基通信的區域限制。

此外，北美、非洲等地區地廣人稀，基站間平均距離過遠，鋪設光纖投入產出比太低。相較于中、日、韓等國，傳統的組網方案在美國并不劃算。SpaceX的衛星互聯網系統有很高的性價比，可以個性化定制數據通信服務，滿足各種需求，其成功部署將會在一些地區補充或替代高成本、低可靠性的通信網絡，彌補互聯網覆蓋和連接漏洞，并有高達300億美元的預期年收入作為回報。

增新計劃存在的弊端

頻率軌道資源霸權意圖明顯。長期以來，ITU在衛星頻率和軌道資源使用方面的國際規則是“先占先用”。ITU也針對占據優勢資源而不使用的行為做出了限制，規定衛星系統的部署需在7年之內完成，如果無法完成部署，應當至少發射一顆具有申請頻率的衛星并且至少運行90天，如果以上兩條均無法做到，就將取消之前對頻率和軌道資源的申請。FCC代表SpaceX向ITU提交的申請處于7年的最后期限，但發射一顆“星鏈”衛星對于具備全產業鏈和豐富成功經驗的SpaceX來說十分容易。此次事件也從一個側面表明，美國利用國際規則的滯后性支持SpaceX增新計劃，意在最大化其在太空領域“占頻占軌”的潛在利益。按照現有規則，ITU很可能會批準增新計劃，屆時其他國家需要避開已申請的頻段和軌位以避免干擾，客觀上壓縮了其他國家在太空探索的空間。

太空“撞車”風險隱患增多。在空間安全方面，由于衛星體積小，太空空間監管網絡追蹤和管理的難度也隨之加大，進而給軌道附近的其他空間飛行器的安全帶來了威脅。此前，就曾有一個單星重量為386公斤的“星鏈”衛星飛行極度靠近歐洲空間局的一顆衛星。為避免“剮蹭”事故的發生，歐空局被迫操作衛星進行變軌規避，在一定程度上消耗了衛星的壽命。在地面安全方面，SpaceX承諾“星鏈”衛星運行周期結束后會墜入無人區，并且至少95%的組件將在大氣層快速燃燒解體。然而，低軌道還將有其它運營商的成千上萬顆衛星，即使只有小部分失效衛星“撞車”，產生的碎片也很有可能進一步相互影響，事故的“蝴蝶效應”可能造成大規模的太空災難。微小衛星的規模化部署將使發生太空“撞車”、“剮蹭”、垃圾碰撞等太空“交通事故”的風險指數增大，群體的精確控制難度升高，影響也會更加嚴重。

可能嚴重干擾天文觀測活動。低軌衛星是一種肉眼可見的空間飛行器。美國洛威爾天文臺今年5月25日晚拍攝的一張宇宙觀測照片被“星鏈”衛星過境干擾，長時間曝光的照片上出現了很多高亮線條，天文觀測數據遭到污染。在美國天文學會年會上，天文學家們針對SpaceX衛星干擾天文觀測的行為發表了公開聲明。聲明指出，預計未來幾年，數萬顆衛星將部署在近地軌道，這對天文學研究可能產生重大的不利影響：一是衛星反射或自身發射的光干擾光學和近紅外天文觀測;二是衛星通信的電磁輻射對射電天文觀測的影響;三是衛星與天基天文臺的碰撞風險。低軌衛星的大規模部署對天文科學家和天文設備而言都可能是一場災難。

三點啟示

急需改變低軌小衛星頻率軌道資源審批規則。ITU是聯合國的專門機構，負責分配全球頻譜和衛星軌道資源。各國通信監管機構代表當地的衛星公司和電信運營商提交相關申請。ITU現有規則設立的初衷主要是針對普通發射數量以及傳統的大中型衛星系統，并未預見到目前小衛星和巨型星座的爆發式發展。如今的形勢表明，ITU和其他監管機構應當對超大數量的巨型衛星星座設置更加嚴格的規則，只有提高其在截止日期前部署申請衛星總數的百分比，才能保留其頻譜和軌道資源的優先使用權利，為世界各國探索太空營造更加公平的發展環境。

通過國際合作和先進技術減少太空交通事故。通過提高低軌航天器微調規避的頻率，加大對失效衛星的精確監控，提升有效處理技術在事前顯得十分重要。與其被動躲避太空中的“不速之客”，倒不如通過國家間、組織間的國際合作，共同降低太空交通事故和太空垃圾產生風險的可能。事后也應當在禁止使用武力以及和平利用外層空間的法律框架下，由世界航天大國聯合其他國家建立太空垃圾主動清理國際合作機制，共同清理近地軌道已經存在的太空垃圾，掃除人類未來利用太空的潛在威脅。

采用新手段、新技術規避光學和電磁學干擾。要確保星鏈對天文學觀測無實質性影響：一是通過變軌操作移動衛星繞過地面天文觀測臺等設施;二是將衛星底部噴涂黑色漆和吸光材料，降低衛星的反射率;三是探索新型的衛星識別及排除干擾技術，例如通過共享衛星的運動坐標，天文臺的數字化望遠鏡可自動過濾其光學特征并修正大氣層擾動。此外，低軌衛星通信還應當避免使用專門用于射電天文的低Ku頻段。