擁擠的圓舞曲：衛星正在堵塞星空

劉紓驊

擁堵的人造衛星（創意圖）

2022年10月12日，《Science》雜志刊載的一篇文章中提到，2017年至2022年，國際電信聯盟（ITU）已經收到超過25個通信衛星星座計劃，包括百萬顆低軌衛星的軌道與頻譜申請。

根據UCS衛星數據庫截至2023年初的數據：全球在軌活躍衛星總數為6718顆，其中低軌衛星為5937顆，很難想象到2030年，該數量會暴增近200倍。公開信息顯示，隨著近地衛星軌道變得更加擁擠，馬斯克旗下SpaceX所擁有的星鏈衛星，每月正進行數千次的防碰撞機動，這也加劇了人們對近地軌道安全性的擔憂。

擁擠的太空之上，衛星的軌道和頻段被視為一種戰略資源。國際社會規定，對于衛星頻率和軌道資源，主要采用“先占先得”的方式—發達國家率先發射衛星，占據優先位置，導致優質軌道和頻率的擁擠現象。

對于普通人來說，一個最大的疑問是，我們還能看到真正的星空嗎？當然，問題的嚴峻性，也遠不止于此。

“太空圈地”，跨越百年

作為世界最大、歷史最悠久的國際電信組織，ITU的歷史可追溯到19世紀。在首條大西洋電報電纜鋪設完畢后，國際、洲際電報通信需求激增。由于各國電報系統互不兼容，造成信號進入他國國境后，需轉換為該國的電碼繼續傳輸，大大增加了信息傳遞成本。

為使信息傳遞更加順暢，破除信息壁壘，20多個國家派代表參加了首屆國際電報會議，成立國際電報聯盟，并簽訂了《國際電報公約》。

隨著遠距離信號傳輸技術突飛猛進的發展，從電話到無線電，國際電聯肩負了愈發豐富的職能。在1927年的華盛頓會議上，國際電聯正式獲得為各國各類無線電服務分配頻段的職權。1932年，國際電報聯盟易名為國際電信聯盟。

二戰后，《聯合國憲章》生效，聯合國成立。1947年11月15日，國際電信聯盟并入聯合國，次年將總部移至日內瓦。

1957年，世界首顆人造衛星“斯普特尼克一號”由蘇聯發射升空后，美國于1958年發射了世界首顆通信衛星，即可以作為地球以外通信中繼站的“斯科爾號”，衛星通信時代自此開啟。

各國衛星通信的頻率與軌道資源，順理成章由聯合國常設機構之一、制定了多項國際標準及規則的ITU負責分配與協調，如為全球衛星通信服務商分配C、Ku及Ka頻段。

星空中的戰爭與和平

1982年6月，在全世界密切關注下，華約集團舉行了“反核突襲”軍事演習。演習中，蘇軍在一天內發射了靶標衛星及名為“衛星殲擊機”的軍事衛星。在地面信號指令的遙控下，兩顆衛星多次快速變軌，做出華麗的戰術動作，最后于西德上空相撞爆炸，令北約集團為之側目。

此前，雙方已開發了通過高能激光照射方式，影響或毀壞敵方衛星光電系統的天基反衛星武器。

冷戰時代，衛星技術背離了本應致力于分享信息、造福人類的初衷。地球軌道上運行的衛星猶如蓄勢待發的鋼鐵猛獸，相當一部分具備軍事用途，為未來戰爭服務。

冷戰結束后，大戰陰霾暫時散去，各國衛星發射數量出現短暫的下降。隨著包括衛星技術在內的大量軍用技術，向民用領域轉移，發射民用、商用衛星成為了新的潮流—如為監視蘇聯潛艇而設計的“子午儀衛星定位系統”，其后繼型號擁有一個如今家喻戶曉的名字：GPS。

世界首顆人造衛星“ 斯普特尼克一號”的等比例模型

2023年7月15日，美國佛羅里達州，SpaceX獵鷹9號火箭發射54顆星鏈衛星

衛星猶如蓄勢待發的鋼鐵猛獸，相當一部分具備軍事用途。

“太空攪局者”馬斯克

2015年，全球在軌衛星近1500顆。本世紀前15年，發射衛星還是一項成本極高的工程，直到一位顛覆了行業慣例的攪局者埃隆·馬斯克出現。2015年12月21日，馬斯克任CEO的SpaceX公司發射了“獵鷹9號”運載火箭，并首次實現了一級火箭垂直回收。這個里程碑式的成功改寫了航天史，讓衛星發射成本“白菜價”逐漸成為現實。

“獵鷹9號”成功回收前，據資料稱，美國航天飛機的發射成本約為4.5億美元，運載成本約每公斤2萬美元；俄羅斯“聯盟號”火箭發射成本約5000萬美元，運載成本約每公斤7000美元；歐洲“阿里安”火箭發射成本約1.65億美元，運載成本約每公斤1萬美元；中國“長三乙”火箭發射成本約7000萬美元，運載成本約每公斤6000美元；印度的極軌可拋棄火箭發射成本約1500萬美元，運載成本約每公斤2700美元。

雖然印度“極簡版”運載火箭在單次發射中將成本降至極低，但與可回收循環、最多發射5次的“獵鷹9號”相比，仍不足以相提并論：“獵鷹9號”單次發射成本1240萬美元，運載成本達到驚人的每公斤563美元?！矮C鷹9號”的極低發射成本，適時匹配了SpaceX野心勃勃的“星鏈”計劃。

低軌衛星大時代

2015年，SpaceX公司披露了發射1.2萬顆近地軌道通信衛星，組成大型星座通信網絡的“星鏈”計劃。雖曾遭到業內人士的廣泛質疑，但SpaceX在短期內攻克了衛星模式化制作、可回收火箭和一箭多星技術，成為目前最知名與最成功的低軌星座系統。

2022年3月9日，在卡納維拉爾角40號發射場中，“獵鷹9號”火箭帶著48枚衛星進入預定軌道，至此“星鏈”已部署了2282顆衛星。2023年，SpaceX的總發射載荷，約占全球火箭發射載荷的80%。

“星鏈”預計發射4.2萬顆衛星，目前采用的軌道高度為540-570千米，項目后期將發射高度為335-346千米極低軌道衛星，形成混合星座?！靶擎湣笨赏ㄟ^大量傾斜軌道衛星，對中低緯度地區進行信號覆蓋，并可利用極地軌道衛星對高緯度地區進行信號補充，完善星間鏈路?！靶擎湣庇媱澩瓿珊螅阋猿休d6G、物聯網等未來科技新目標。

“星鏈”獲得初步成功后，引發了通信網絡星座的大擴張，具備航天實力的國家和公司紛紛行動起來，推出了自己的星座計劃，低軌通信衛星“大時代”即將來臨。

由于部分開發者并不掌握全套核心技術，各計劃的命運不免南橘北枳，相去甚遠。如世界最大的電子商務公司亞馬遜，采用租借“獵鷹9號”使用權的方式，布置自己的星座“柯伊伯”，計劃進行得中規中矩。

并非所有計劃均進展順利。預計發射648顆衛星便可完成星座組網的英國OneWeb公司，就未獲幸運女神青睞。該公司選擇俄羅斯的“聯盟號”火箭承擔衛星發射任務，至2022年初，該計劃仍在順利進行，但俄烏沖突的發生改變了事態。

由于西方集體對俄制裁，OneWeb公司成為了夾縫中的犧牲品，計劃被迫暫停。在OneWeb終于得到“獵鷹9號”的租用權時，發射計劃已推遲8個月之久。到2023年3月，本階段最后一批Oneweb衛星由印度火箭成功發射入軌，OneWeb星座信號基本覆蓋全球，成為目前世界第二大星座網絡。

德、法、加、俄等國均大力發展星座網絡布局，中國也將衛星互聯網列為新型基礎設施，開展了“GW-2”“GW-A59”，及“虹云工程”“鴻雁星座”“星網工程”等低軌通信衛星計劃，向ITU提交了1.3萬顆衛星的軌道與頻譜申請。

2023年，SpaceX的總發射載荷，約占全球火箭發射載荷的80%。

近地軌道“紙衛星”大塞車

如上所述，ITU對于衛星軌道與頻段申請采取“先占先得”的規定，如果已在軌衛星由于種種原因失靈，發射方可以重新申報進行替換。若申報方未按時完成衛星發射及信號驗證，發射額度將會被取消。在近地軌道衛星申請井噴式爆發的當今，作為稀缺資源的軌道與頻段，必將引發激烈的競爭。

2021年，聯合國公布的世界最不發達國家之一，非洲國家盧旺達向ITU提出申請，將建設總數超過30萬顆衛星的兩個星座計劃，一時造成全球業內嘩然。消息人士稱：明顯不具備如此級別發射能力的盧旺達，背后的實際申請人為一家法國公司，并且，這些衛星中絕大部分將“停留在紙面上”。

根據ITU在2019年的新規定，星座申報方需于7年內發射首星，首星發射后2年內需發射10%，5年內需發射50%，7年內全部完成。此規定意味著，申報后7年內，這些衛星占據的軌道與頻段資源將被占據。

此規定給投機性申請提供了操作空間，部分申請者用近似搶注互聯網域名的方式申請衛星資源。根據業內專家數據，雖然近地軌道足以容納百萬顆衛星，但衛星間的干擾、碰撞等風險將大大增高。

由于低軌衛星使用壽命低于高軌衛星，未來，報廢衛星及太空垃圾的數量也將隨著入軌衛星的數量激增，它們將對正常運行的衛星造成重大安全威脅。為此，美國聯邦通信委員會規定，本國衛星失去功能后5年內，必須由運營方清理出原軌道，否則將處以罰款，但此規則暫未推廣至全球。

以目前衛星數量的增加趨勢，可以預見，未來在近地軌道上，會上演一場稠密擁擠的圓舞曲。

2023年12月4日，德國航空航天中心，科學家研發制動帆，致力于更快處理廢棄衛星

部分申請者用近似搶注互聯網域名的方式申請衛星資源。

未來，新時代的巴別塔

《圣經·舊約·創世紀》故事中記載：遠古時代人類使用統一的語言，他們試圖共同修建一座直抵天堂的高塔“巴別塔”。上帝為了阻止此計劃，在工程即將成功時，使人類產生了語言之別，當無法溝通后，“巴別塔”的建造就此失敗。

低軌通信衛星星座提供的互聯網服務，無須依賴密集的地面基站，可以幫助生活在極端環境下或極度貧困地區的人們接入高速網絡，獲取足以改變命運的科學知識，它們就像這個時代的“巴別塔”。

今日世界仍面臨戰爭威脅，價值觀的沖突碰撞，使部分地區和平遙遙無期，信息獲取的不對稱是造成此種情況的重要原因。據ITU在2023年的報告，非洲只有37%的人使用互聯網，亞洲及中東地區也有1/3的居民從未使用過互聯網服務。

希望近地軌道通信衛星的發展，可以更好地幫助價值觀迥異的陣營擱置爭議，共同發展，將目光投向神秘、浩瀚的地球之外，跨出“地球搖籃”，譜寫人類開發宇宙的新篇章。

責任編輯吳陽煜 wyy@nfcmag.com