閃耀太空的“星鏈”

楊震 楓月

人類的未來是星辰大海。因此，航天計劃總是讓人充滿憧憬。當代人類最龐大的航天計劃莫過于載人探月工程，然而要論發射航天器數量，美國的星鏈（Starlink）計劃絕對是當之無愧的第一，該計劃要把11927顆衛星送上茫茫太空。目前地球軌道上共有約2000顆工作衛星，星鏈計劃如果完成部署，其新入軌的衛星總數就會是目前所有國家在軌運營的衛星總數的將近6倍，成為迄今為止人類提出的規模最大的星座項目。

馬斯克的雄心

作為一個具有超前思維的企業家，馬斯克在星鏈計劃中的投入可謂瘋狂。2015年，馬斯克在西雅圖宣布推出一項太空高速互聯網計劃——星鏈計劃，旨在為世界上的每一個人提供高速互聯網服務。該計劃利用衛星取代傳統的地面通信設施，來幫助偏遠地區接入高速的寬頻互聯網，并為城市地區提供價格優惠的服務。星鏈計劃的宗旨是結束當今世界存在的網絡封鎖，開發出“全球互聯網通信系統”。最初的設想是在地球上空的預定軌道部署由1.2萬顆衛星組成的巨型衛星星座。2018年2月22日，太空探索公司（SpaceX）在美國加州范登堡空軍基地成功發射了一枚“獵鷹9號”火箭，并將2顆小型實驗通信衛星送入軌道，星鏈計劃由此開啟。

2019年10月22日，馬斯克成功通過星鏈發送推特，并表示星鏈已能提供天基互聯網服務。星鏈的目標是到2020年在美國北部和加拿大提供服務，到2021年將其服務范圍擴大到接近全球。SpaceX計劃在20年代中期之前在3個軌道上先后部署全部的1.2萬顆衛星：首先在550千米軌道部署約1600顆衛星，然后是在1150千米軌道部署約2800顆Ku波段和Ka波段衛星，最后是在340千米軌道部署約7500顆V波段衛星。整個計劃預計需要約100億美元的支出。單顆星鏈衛星的重量約227千克，采用緊湊的平板設計，可最大限度地減小體積，充分利用“獵鷹9號”火箭的發射能力。衛星上有4個強大的相控陣天線，可以瞬間定位和重定向實現大吞吐量通信，成本呈數量級降低，并由單個太陽能陣列供電，采用標準化太陽能電池面板，易于批量生產。配備了高效的氪離子推進器，使衛星能夠進行升軌和機動，并在壽命結束時離軌。此外，星鏈接入美國國防部碎片跟蹤系統自動執行規避機動，避免與空間碎片和其他航天器發生碰撞，減少人為錯誤，以更可靠的方法避免碰撞。

相比于旗下的新能源汽車、星艦計劃以及商業航天項目等，星鏈計劃是馬斯克手中最有盈利能力的項目，甚至可以看成是 SpaceX未來商業矩陣中的“金牛業務”。按照馬斯克的說法，只要拿下全球通信市場份額的 5%，每年的收入就能超過500億美元，一年的進賬就是SpaceX目前年營收額的17倍。

“星鏈”能夠做什么？

國際關系理論現實主義流派認為，國家的權力來自兩個方面——經濟力量和軍事力量，而星鏈計劃在這兩個方面恰好都有絕活兒。

先說說經濟方面。經濟學家張銳認為，據世界銀行發布的數據，截至2019年底，全球還有約36億人無法接入互聯網，他們要么居住在緯度不低的險峻高山，要么生活在海底電纜無法觸及的大洋小島，或者是根本無法鋪（架）設光纖與基站的偏遠地區，再算上海洋作業、科考探險等人類行為可觸達但通信信號未能嚴密覆蓋的曠野地帶，至少還有70%的地表為低軌衛星留下了信號輻射的空間。此外，公共應急響應、遠程教育和遠程醫療，以及農林水等細分場景，也都是衛星互聯網可以大展拳腳的天地。低軌衛星具有高速率、低延遲的互聯網接入服務特征，每顆衛星覆蓋的用戶數量越多，人均費用就攤得更低。拿 SpaceX的衛星來說，3層網絡中離地球最遠的衛星只有1150千米，最近的僅340千米，信號從各自近地軌道傳輸到地面分別只需3.3毫秒與1.02毫秒，各為同步軌道衛星的1/36和1/117;而在網速方面，星鏈可提供至少1Gbps/秒的寬帶服務，是目前家庭寬帶的 5～10 倍，同時還供給最高可達 23Gbps/秒的超高速寬帶網絡，至于所需費用，用戶只需幾十美元便可享受到流暢無阻的服務。其實，馬斯克所關注的星鏈計劃的盈利點并不僅僅存在于地球之上，還有可造的更廣袤太空。與星鏈計劃齊頭并進，馬斯克手上還有奔赴火星的星艦計劃與商業載人航天計劃，其中星鏈計劃可以看成是后2個計劃的基礎設施，或者說有了星鏈計劃的落地，馬斯克將地球居民送到太空旅游以及太空采礦的夢想便可得到更快實現。

再說說軍事方面。在軍事領域，太空網絡已經由支援陸海空作戰的輔助戰場，轉化為比肩并重、相互支援的主戰場，掌握衛星互聯網就能掌握未來戰爭的主導權。目前，在全球范圍內，商業衛星星座被用于軍事通信領域屢見不鮮。星鏈計劃可提供低成本、全球覆蓋的高速互聯網服務，若開展軍事化應用，則將進一步增強美軍的衛星通信能力。目前，全球多個巨型低軌通信星座計劃于今年進入密集空間部署階段，美國軍方作為全球最大的商業衛星通信服務用戶，率先認可了商業低軌巨型星座的軍事價值。2019 年初，美國國防部新組建的航天發展局明確表示將在一網、SpaceX 等公司實施低地軌道巨型星座計劃的企業采購服務。美國國防部航天發展局于今年7月首次透露了未來軍用衛星體系的規劃。根據該規劃，下一代軍用衛星將更多地利用廉價的小衛星星座，以代替現有的大型高價值衛星，增加天基系統的彈性。美國國防部高級研究計劃局（DARPA）也在探索如何利用商業方法建造衛星星座，使建造星座的成本更低、周期更短、設計和建造用時更少。DARPA 最近開展的“黑杰克”項目就是旨在尋求研發具有較低“尺寸、重量、功耗及成本”（SWa P-C）特征的低軌軍事通信與監視衛星，包括低成本衛星有效載荷和商業化衛星平臺。此外，美國陸軍將實驗使用“星鏈”寬帶星座在各軍事網絡間傳輸數據。根據5月20日同SpaceX簽署的一項協議，陸軍將用3年時間來試驗這項服務。陸軍一位消息人士告訴《航天新聞》，雙方簽的是一項“互助研發協議”，項目由位于馬里蘭州阿伯丁試驗場的作戰能力生長司令部C5ISR中心監視實施。這從一個側面反映出星鏈計劃存在的巨大軍事用途潛力。

“星鏈”的沖擊

正如任何事物都有正反兩面一樣，星鏈計劃也有其負面影響。專家孔超和王陽陽撰文認為，該計劃將會帶來3個方面的影響與沖擊。

一是衛星互聯網自身面臨較大的網絡和信息安全威脅。與傳統互聯網相比，衛星互聯網有它的技術特點，其時空跨度大、信息維度高、系統結構復雜、網絡多源異構、節點動態變化。正是由于自身所具有的這些特點，衛星互聯網比傳統互聯網更容易遭遇攻擊，比如傳輸數據遭竊聽、破壞和假冒，相關設備被攻擊等。另外，衛星互聯網計劃涉及的衛星數量巨大，如果相應衛星上安裝了有觀測功能的載荷，存在為違法犯罪活動提供便利等嚴重問題。

二是網絡空間進一步放大，將帶來新的監管空白區域。衛星互聯網作為一種新的互聯網接入途徑，其特點主要是便捷性、方便性、廣域性，可以真正實現隨時隨地上網。這種跨越國界的全球互聯網接入業務將帶來新的監管空白區域。根據國際電聯《無線電規則》，除衛星廣播業務外，我國不能向其他國家提出該國衛星網絡不可覆蓋我國領土的要求。因此，任何覆蓋我國的境外衛星均具有在我國境內開展衛星互聯網業務的技術能力和手段，并且其衛星通信鏈路不受我國監管。

三是易形成太空垃圾，威脅航天安全。從現有的衛星互聯網計劃來看，衛星的數量多是一大特點，大量衛星的存在，意味著將來會產生大量的太空垃圾。星鏈計劃中的衛星壽命較短、難以回收，容易形成太空垃圾，威脅航空航天安全，甚至威脅地面居住地和設施安全，造成巨大的經濟和人員生命損失。實際上，首批“星鏈”衛星至少5%的報廢率凸顯了人們對巨型星座項目會在低地軌道“遺撒”數以百計的廢棄衛星的日益擔憂。

馬斯克的SpaceX公司曾在2018年9月與第一名私人乘客簽訂了“大獵鷹火箭”的合同，SpaceX承諾將會讓該乘客乘坐BFR飛行器進行繞月飛行。

SpaceX的載人飛船Crew Dragon曾在2019年4月發生嚴重的太空艙爆炸事故，但這些事故都為該公司積累了寶貴的航空航天經驗。

由此可見，星鏈計劃不僅有可能會危害太空安全，也有可能會對美國的戰略競爭對手帶來在網絡安全方面的壓力，這種壓力為美國的大國博弈提供了戰略優勢和手段，有可能會對以天緣政治為主的國際關系產生深遠影響。

盡管星鏈計劃到目前為止尚未顯示出全部威力，但是其進程以及前景給我們帶來的啟示不少。首先，航天計劃的實施應該緊貼市場。馬斯克這位天才的商人成功地將利潤與星鏈計劃緊密結合在一起，使其有了源源不斷的動力。而這樣的利潤反過來又推進了星鏈計劃的進一步推進，如此循環往復，越來越多的衛星被送進茫茫太空。

其次，航天系統是大工程，需著眼長遠。如前所述，馬斯克手頭的商業載人航天計劃和星艦計劃是建立在星鏈計劃基礎之上的。商業載人航天計劃不僅有著廣闊的商業前景，而且對于國家戰略能力的培育、特別是太空戰略能力的培育具有很重要的意義。而星艦計劃則更是尖端太空工程，馬斯克的星鏈計劃已經開始將這2個計劃逐步變成現實，這就是系統工程思維的威力。

最后，私營企業與國家部門形成的良性互補關系將展示出很大優勢，這種優勢在星鏈計劃中得到展示。一方面，美國國家航空航天局（NASA ）不僅在關鍵時候為SpaceX 雪中送炭且讓它化險為夷，而且盡其所能地向 SpaceX 配給技術和人才，甚至傳授一些獨家經驗。而另一方面，SpaceX 為 NASA 提供更低成本、更高效率的發射、載人和科學實驗服務，讓 NASA 從繁瑣的具體事務中解脫出來，將更大的精力投入到國家航天戰略布局中去。

需要特別指出的是，星鏈計劃與5G目前還不存在競爭關系，很多場景可以成為互補的關系。5G的應用前景是大勢所趨，未來智慧城市、人工智能、虛擬空間等都需要5G做支撐，而星鏈計劃在網絡速度上和5G沒法比，星鏈計劃每顆衛星的設計峰值帶寬為20G（bps），即使最后全部發射1.2萬顆衛星，總帶寬就是24萬G（bps），僅供24萬用戶以5G入門標準上網。星鏈計劃需要在地面建設專用的中轉設備才能進行信息交互，所以一對比，5G的優勢遠大于星鏈計劃。其實早在2018年，中國就提出虹云工程和鴻雁全球衛星星座通信系統，虹云工程計劃發射156顆衛星，它們在距離地面1000千米的軌道上組網運行，致力于構建一個星載寬帶全球移動互聯網絡。鴻雁全球衛星星座通信系統計劃發射300顆低軌道小衛星，為用戶提供全球實時數據通信和綜合信息服務。所以，中國早已戰略謀劃部署全局，只有把核心技術掌握在自己手中，才能真正掌握競爭和發展的主動權，才能從根本上保障國家安全。而星鏈計劃的進展帶給中國航天的啟示，將會在不久的未來產生影響。? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（責編：南名俊岳）