“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(wèi)星送入軌道，計劃從2020年，開始為北美地區(qū)提供服務，隨后再拓展到全球其他地區(qū)。到2024年，1.2萬顆衛(wèi)星組成的網(wǎng)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(wèi)星。日前，SpaceX已向美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）追加申報了20份“星鏈”衛(wèi)星部署增新計劃，每份包含1500顆衛(wèi)星，共計30000顆。新增的衛(wèi)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(wèi)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(lián)盟（ITU）遞交了SpaceX的申請。憂思科學家聯(lián)盟（UnionofConcernedScientists）的數(shù)據(jù)顯示，自1957年前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星升空后至2019年4月1日，人類已發(fā)射的人造衛(wèi)星總數(shù)約8100顆，目前在軌運行的人造衛(wèi)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(wǎng)絡理論上可以覆蓋到任何陸基通信網(wǎng)絡不易和不能覆蓋的地區(qū)，例如山區(qū)、海洋、極地。SpaceX認為，未來20年，全世界將有近半數(shù)的網(wǎng)絡系統(tǒng)上天，無信息死角的“數(shù)字地球”將成為現(xiàn)實?！靶擎湣庇媱澗褪且蛟煲粡埜采w全球的天基自組通信網(wǎng)絡，徹底擺脫傳統(tǒng)陸基通信的區(qū)域限制。

此外，北美、非洲等地區(qū)地廣人稀，基站間平均距離過遠，鋪設光纖投入產(chǎn)出比太低。相較于中、日、韓等國，傳統(tǒng)的組網(wǎng)方案在美國并不劃算。SpaceX的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有很高的性價比，可以個性化定制數(shù)據(jù)通信服務，滿足各種需求，其成功部署將會在一些地區(qū)補充或替代高成本、低可靠性的通信網(wǎng)絡，彌補互聯(lián)網(wǎng)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(wèi)星頻率和軌道資源使用方面的國際規(guī)則是“先占先用”。ITU也針對占據(jù)優(yōu)勢資源而不使用的行為做出了限制，規(guī)定衛(wèi)星系統(tǒng)的部署需在7年之內(nèi)完成，如果無法完成部署，應當至少發(fā)射一顆具有申請頻率的衛(wèi)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?zhí)幱?年的最后期限，但發(fā)射一顆“星鏈”衛(wèi)星對于具備全產(chǎn)業(yè)鏈和豐富成功經(jīng)驗的SpaceX來說十分容易。此次事件也從一個側(cè)面表明，美國利用國際規(guī)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(xiàn)有規(guī)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(wèi)星體積小，太空空間監(jiān)管網(wǎng)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(wèi)星飛行極度靠近歐洲空間局的一顆衛(wèi)星。為避免“剮蹭”事故的發(fā)生，歐空局被迫操作衛(wèi)星進行變軌規(guī)避，在一定程度上消耗了衛(wèi)星的壽命。在地面安全方面，SpaceX承諾“星鏈”衛(wèi)星運行周期結(jié)束后會墜入無人區(qū)，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(wèi)星，即使只有小部分失效衛(wèi)星“撞車”，產(chǎn)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(guī)模的太空災難。微小衛(wèi)星的規(guī)模化部署將使發(fā)生太空“撞車”、“剮蹭”、垃圾碰撞等太空“交通事故”的風險指數(shù)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(wèi)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(wèi)星過境干擾，長時間曝光的照片上出現(xiàn)了很多高亮線條，天文觀測數(shù)據(jù)遭到污染。在美國天文學會年會上，天文學家們針對SpaceX衛(wèi)星干擾天文觀測的行為發(fā)表了公開聲明。聲明指出，預計未來幾年，數(shù)萬顆衛(wèi)星將部署在近地軌道，這對天文學研究可能產(chǎn)生重大的不利影響：一是衛(wèi)星反射或自身發(fā)射的光干擾光學和近紅外天文觀測;二是衛(wèi)星通信的電磁輻射對射電天文觀測的影響;三是衛(wèi)星與天基天文臺的碰撞風險。低軌衛(wèi)星的大規(guī)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(wèi)星頻率軌道資源審批規(guī)則。ITU是聯(lián)合國的專門機構，負責分配全球頻譜和衛(wèi)星軌道資源。各國通信監(jiān)管機構代表當?shù)氐男l(wèi)星公司和電信運營商提交相關申請。ITU現(xiàn)有規(guī)則設立的初衷主要是針對普通發(fā)射數(shù)量以及傳統(tǒng)的大中型衛(wèi)星系統(tǒng)，并未預見到目前小衛(wèi)星和巨型星座的爆發(fā)式發(fā)展。如今的形勢表明，ITU和其他監(jiān)管機構應當對超大數(shù)量的巨型衛(wèi)星星座設置更加嚴格的規(guī)則，只有提高其在截止日期前部署申請衛(wèi)星總數(shù)的百分比，才能保留其頻譜和軌道資源的優(yōu)先使用權利，為世界各國探索太空營造更加公平的發(fā)展環(huán)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(diào)規(guī)避的頻率，加大對失效衛(wèi)星的精確監(jiān)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(chǎn)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(lián)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(jīng)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(guī)避光學和電磁學干擾。要確保星鏈對天文學觀測無實質(zhì)性影響：一是通過變軌操作移動衛(wèi)星繞過地面天文觀測臺等設施;二是將衛(wèi)星底部噴涂黑色漆和吸光材料，降低衛(wèi)星的反射率;三是探索新型的衛(wèi)星識別及排除干擾技術，例如通過共享衛(wèi)星的運動坐標，天文臺的數(shù)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(wèi)星通信還應當避免使用專門用于射電天文的低Ku頻段。