“星鏈”計(jì)劃影響分析

趙燕 溫曉君

2019年5月24日，美國(guó)SpaceX公司以一箭多星方式發(fā)射了60顆“星鏈”衛(wèi)星，引起了全球高科技產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。“星鏈”計(jì)劃擬向近地軌道共發(fā)射11927顆衛(wèi)星，最終目標(biāo)是向全球終端用戶提供低延遲、大帶寬的網(wǎng)絡(luò)寬帶服務(wù)。在深入分析了“星鏈”計(jì)劃的實(shí)施可能給通信、互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)帶來(lái)的沖擊后，賽迪智庫(kù)電子信息研究所提出三點(diǎn)建議：我國(guó)應(yīng)積極開(kāi)展太空方面的國(guó)際合作，加速頻譜規(guī)劃與研究管理，開(kāi)展衛(wèi)星通信在重點(diǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用示范。

2019年5月24日，美國(guó)SpaceX公司以一箭多星的方式發(fā)射了60顆“星鏈”衛(wèi)星，引起全球高科技業(yè)界的廣泛關(guān)注。馬斯克的 SpaceX 公司于2015 年提出“星鏈”計(jì)劃，預(yù)計(jì)到2025年完成衛(wèi)星組網(wǎng)部署，將向全球終端用戶提供網(wǎng)速最低1Gbps、最高可達(dá) 23Gbps的低延遲、大帶寬的網(wǎng)絡(luò)寬帶服務(wù)。“星鏈”計(jì)劃的實(shí)施可能對(duì)包括通信、互聯(lián)網(wǎng)等在內(nèi)的多個(gè)行業(yè)帶來(lái)沖擊，將使頻譜資源競(jìng)爭(zhēng)加劇、信息安全隱患加大，必須予以高度警惕，并積極開(kāi)展趨勢(shì)研判和必要應(yīng)對(duì)。

“星鏈”低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的四大特點(diǎn)

“星鏈”計(jì)劃規(guī)模龐大。馬斯克的“星鏈”計(jì)劃擬向地球近軌道發(fā)射11927顆衛(wèi)星，大約是目前全部在軌工作衛(wèi)星數(shù)量的6倍，其中包括550公里高度軌道面衛(wèi)星4409顆，340公里高度軌道面衛(wèi)星7518顆。每顆“星鏈”衛(wèi)星重約227kg，由氪工質(zhì)霍爾推進(jìn)器提供動(dòng)力，配備星敏感器高精度導(dǎo)航系統(tǒng)。“星鏈”計(jì)劃將從2020年起在美國(guó)建造100萬(wàn)個(gè)地面站供用戶使用，其最終目標(biāo)是部署一個(gè)覆蓋全球的空、天、地衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而為全球用戶提供低時(shí)延、大帶寬、廣覆蓋或全覆蓋的寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

火箭回收及一箭多星技術(shù)難度高。回收技術(shù)是運(yùn)載火箭技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)，一般可劃分為部分可回收和完全可回收兩大類。目前，掌握部分火箭回收技術(shù)的只有中美兩國(guó)，完全可回收技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)。一箭多星需要控制好火箭的姿態(tài)、每顆衛(wèi)星的運(yùn)行軌道、多個(gè)衛(wèi)星間的無(wú)線電干擾等問(wèn)題。每顆衛(wèi)星需“量身定做”最佳的分離路線和分離時(shí)刻，按照預(yù)定程序順利“出艙”且不能相互擦碰。在實(shí)施“星鏈”計(jì)劃的過(guò)程中，馬斯克一直致力于利用可回收火箭技術(shù)降低衛(wèi)星發(fā)射成本。此次發(fā)射使用的“獵鷹9號(hào)”運(yùn)載火箭的第一級(jí)即為第三次發(fā)射的可回收部分。

適用于特殊地形的低軌衛(wèi)星通信延時(shí)小。按照軌道飛行高度 ，衛(wèi)星可分為低軌衛(wèi)星 （200～2000km ）、中軌衛(wèi)星（2000～20000km）以及高軌衛(wèi)星（20000km以上）。傳統(tǒng)通信衛(wèi)星一般部署在地球上空約3.6萬(wàn)千米處的軌道上，信號(hào)往返時(shí)間較長(zhǎng)，延遲比較明顯。農(nóng)村、山地、沙漠、海島等地區(qū)光纖寬帶普及程度不高，在向偏遠(yuǎn)地區(qū)提供互聯(lián)網(wǎng)接入時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生延時(shí)情況，無(wú)法滿足實(shí)時(shí)通信、網(wǎng)絡(luò)游戲等需要低延遲的應(yīng)用場(chǎng)景。與現(xiàn)有的中軌、高軌通信衛(wèi)星相比，低軌衛(wèi)星通信的傳播距離短、延時(shí)小。“星鏈”計(jì)劃的衛(wèi)星均部署在近地軌道，可將延時(shí)降至 20毫秒，達(dá)到家用光纖接入網(wǎng)絡(luò)水平。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)潛在商業(yè)價(jià)值大。由于大部分網(wǎng)絡(luò)連接都來(lái)自陸地和海底的光纖電纜，目前在全球范圍內(nèi)大約還有一半人口尚未享受到互聯(lián)網(wǎng)的便捷，市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｔ谶@一背景下，國(guó)內(nèi)外互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛布局衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。美國(guó)亞馬遜公司提出“柯伊伯項(xiàng)目”，計(jì)劃將3236顆衛(wèi)星送入近地軌道。我國(guó)航天科技集團(tuán)公司計(jì)劃組建“鴻雁”全球衛(wèi)星通信星座系統(tǒng)，360公司投資了舊金山的立方體衛(wèi)星公司 Spire，連尚網(wǎng)絡(luò)公布了“連尚蜂群”衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃，阿里巴巴、斗魚(yú)、華米等公司則發(fā)射了冠名衛(wèi)星進(jìn)軍商業(yè)衛(wèi)星領(lǐng)域。馬斯克預(yù)測(cè)，“星鏈”計(jì)劃潛在的寬帶網(wǎng)絡(luò)收入將達(dá)到每年300億美元。

“星鏈”計(jì)劃自身還存在諸多問(wèn)題。從技術(shù)層面看，軌道上的星座鋪設(shè)、星地之間通信載荷、衛(wèi)星間的通信干擾，以及地面信號(hào)干擾阻塞、天地間信息網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一組網(wǎng)協(xié)議等大量難題，目前仍然亟需得到克服和解決。從全球組網(wǎng)的可行性看，大規(guī)模衛(wèi)星發(fā)射以及連續(xù)地面站建設(shè)，需要得到所在國(guó)的準(zhǔn)許與協(xié)同，提供覆蓋全球的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)也因此道阻且長(zhǎng)。

“星鏈”計(jì)劃帶來(lái)的沖擊和影響

低軌衛(wèi)星通信使通信產(chǎn)業(yè)形成競(jìng)爭(zhēng)新格局。首先，“星鏈”的太空組網(wǎng)模式打破了地面通信系統(tǒng)的局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和主干網(wǎng)等慣有模式。其次，低軌衛(wèi)星通信是海上、南北極、荒漠等不適宜架設(shè)地面基站地區(qū)的優(yōu)質(zhì)通信選擇。衛(wèi)星移動(dòng)通信與地面移動(dòng)通信的融合將真正打造出一個(gè)覆蓋全球的通信網(wǎng)絡(luò)。再次，隨著衛(wèi)星通信服務(wù)的推廣和應(yīng)用成本的不斷下降，衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)在全球通信業(yè)務(wù)中的占比將得到提升，使用衛(wèi)星通信的行業(yè)用戶和個(gè)人用戶也將更多。不過(guò)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是否具有成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)目前還不得而知，部署完成后其是否具有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力也是一個(gè)未知數(shù)。太空探索技術(shù)公司預(yù)計(jì)，整個(gè)“星鏈”項(xiàng)目耗資至少在 100億美元，后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、衛(wèi)星維修回收等費(fèi)用巨大。無(wú)論數(shù)據(jù)傳輸速度還是網(wǎng)絡(luò)延時(shí)方面，5G 網(wǎng)絡(luò)都比現(xiàn)有的衛(wèi)星通信更勝一籌。隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)成熟與普及，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)有地面互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系，很可能會(huì)由互補(bǔ)關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)楦?jìng)爭(zhēng)替代關(guān)系。

低軌衛(wèi)星通信為互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的增長(zhǎng)極。目前全球仍然有超過(guò) 30億人無(wú)法使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，地面通信在偏遠(yuǎn)農(nóng)村、山區(qū)、沙漠、戈壁地區(qū)和飛機(jī)、船舶上仍存在盲區(qū)。而低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)能夠解決這一問(wèn)題，使人們?cè)谄h(yuǎn)地區(qū)也能隨時(shí)隨地上網(wǎng)，從而帶來(lái)大量的新增用戶群。低軌衛(wèi)星通信延展了地面網(wǎng)絡(luò)的空間維度，能夠用于海洋運(yùn)輸、極地探測(cè)、遠(yuǎn)洋漁業(yè)、航空高鐵客運(yùn)和應(yīng)急通信等領(lǐng)域，帶來(lái)新的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景和服務(wù)模式。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)可以天然累積海洋/航空運(yùn)輸、航洋漁業(yè)、旅游等行業(yè)綜合數(shù)據(jù)，為實(shí)時(shí)信息采集與產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)分析提供大數(shù)據(jù)服務(wù)。衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商可通過(guò)構(gòu)建集群衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，提供創(chuàng)新的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)開(kāi)展競(jìng)爭(zhēng)。換言之，互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局或?qū)⒅匦孪磁啤?/p>

低軌衛(wèi)星通信將加劇頻譜資源的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。在通信領(lǐng)域，由于相近頻率間會(huì)產(chǎn)生信號(hào)干擾，原則上不同的衛(wèi)星通信系統(tǒng)不能使用相同頻率。實(shí)際上，衛(wèi)星通信頻譜資源存量本身已非常緊張：一方面，低軌衛(wèi)星覆蓋全球，頻率協(xié)調(diào)難度較大，可用頻段較少;另一方面，5G網(wǎng)絡(luò)向毫米波段發(fā)展，新開(kāi)放的頻段與互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星使用頻率接近，可能導(dǎo)致信號(hào)干擾和阻塞。按照頻譜資源先用先得的國(guó)際慣例，一旦一個(gè)公司的大規(guī)模衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)完成，留給其他衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的頻譜和空間就會(huì)大幅減少。為了占得先機(jī)，各公司都會(huì)搶發(fā)衛(wèi)星以搶占頻譜使用主動(dòng)權(quán)，衛(wèi)星通信的競(jìng)爭(zhēng)也將日益加劇。

“星鏈”計(jì)劃帶來(lái)的其他影響。火箭回收技術(shù)的成熟和衛(wèi)星的大規(guī)模應(yīng)用，勢(shì)必引發(fā)小型衛(wèi)星研發(fā)制造的新一波熱潮，衛(wèi)星通信行業(yè)、商用航天產(chǎn)業(yè)也將進(jìn)入快速發(fā)展期。但與此同時(shí)，它也可能帶來(lái)一系列的負(fù)面影響，比如，對(duì)近紅外天文觀測(cè)、地球氣象監(jiān)測(cè)、地質(zhì)勘探遙感帶來(lái)干擾，產(chǎn)生過(guò)量的“太空擁堵”和“太空垃圾”，密集低空衛(wèi)星群被用作軍事用途進(jìn)而引發(fā)信息安全和國(guó)家安全問(wèn)題等。