“星鏈”計劃影響分析

趙燕 溫曉君

2019年5月24日，美國SpaceX公司以一箭多星方式發射了60顆“星鏈”衛星，引起了全球高科技產業界的廣泛關注。“星鏈”計劃擬向近地軌道共發射11927顆衛星，最終目標是向全球終端用戶提供低延遲、大帶寬的網絡寬帶服務。在深入分析了“星鏈”計劃的實施可能給通信、互聯網等行業帶來的沖擊后，賽迪智庫電子信息研究所提出三點建議：我國應積極開展太空方面的國際合作，加速頻譜規劃與研究管理，開展衛星通信在重點領域的應用示范。

2019年5月24日，美國SpaceX公司以一箭多星的方式發射了60顆“星鏈”衛星，引起全球高科技業界的廣泛關注。馬斯克的 SpaceX 公司于2015 年提出“星鏈”計劃，預計到2025年完成衛星組網部署，將向全球終端用戶提供網速最低1Gbps、最高可達 23Gbps的低延遲、大帶寬的網絡寬帶服務。“星鏈”計劃的實施可能對包括通信、互聯網等在內的多個行業帶來沖擊，將使頻譜資源競爭加劇、信息安全隱患加大，必須予以高度警惕，并積極開展趨勢研判和必要應對。

“星鏈”低軌衛星互聯網的四大特點

“星鏈”計劃規模龐大。馬斯克的“星鏈”計劃擬向地球近軌道發射11927顆衛星，大約是目前全部在軌工作衛星數量的6倍，其中包括550公里高度軌道面衛星4409顆，340公里高度軌道面衛星7518顆。每顆“星鏈”衛星重約227kg，由氪工質霍爾推進器提供動力，配備星敏感器高精度導航系統。“星鏈”計劃將從2020年起在美國建造100萬個地面站供用戶使用，其最終目標是部署一個覆蓋全球的空、天、地衛星互聯網絡，從而為全球用戶提供低時延、大帶寬、廣覆蓋或全覆蓋的寬帶網絡服務。

火箭回收及一箭多星技術難度高。回收技術是運載火箭技術發展的重要趨勢，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的只有中美兩國，完全可回收技術尚未實現。一箭多星需要控制好火箭的姿態、每顆衛星的運行軌道、多個衛星間的無線電干擾等問題。每顆衛星需“量身定做”最佳的分離路線和分離時刻，按照預定程序順利“出艙”且不能相互擦碰。在實施“星鏈”計劃的過程中，馬斯克一直致力于利用可回收火箭技術降低衛星發射成本。此次發射使用的“獵鷹9號”運載火箭的第一級即為第三次發射的可回收部分。

適用于特殊地形的低軌衛星通信延時小。按照軌道飛行高度 ，衛星可分為低軌衛星 （200～2000km ）、中軌衛星（2000～20000km）以及高軌衛星（20000km以上）。傳統通信衛星一般部署在地球上空約3.6萬千米處的軌道上，信號往返時間較長，延遲比較明顯。農村、山地、沙漠、海島等地區光纖寬帶普及程度不高，在向偏遠地區提供互聯網接入時經常會發生延時情況，無法滿足實時通信、網絡游戲等需要低延遲的應用場景。與現有的中軌、高軌通信衛星相比，低軌衛星通信的傳播距離短、延時小。“星鏈”計劃的衛星均部署在近地軌道，可將延時降至 20毫秒，達到家用光纖接入網絡水平。

衛星互聯網潛在商業價值大。由于大部分網絡連接都來自陸地和海底的光纖電纜，目前在全球范圍內大約還有一半人口尚未享受到互聯網的便捷，市場發展潛力巨大。在這一背景下，國內外互聯網巨頭紛紛布局衛星互聯網。美國亞馬遜公司提出“柯伊伯項目”，計劃將3236顆衛星送入近地軌道。我國航天科技集團公司計劃組建“鴻雁”全球衛星通信星座系統，360公司投資了舊金山的立方體衛星公司 Spire，連尚網絡公布了“連尚蜂群”衛星發射計劃，阿里巴巴、斗魚、華米等公司則發射了冠名衛星進軍商業衛星領域。馬斯克預測，“星鏈”計劃潛在的寬帶網絡收入將達到每年300億美元。

“星鏈”計劃自身還存在諸多問題。從技術層面看，軌道上的星座鋪設、星地之間通信載荷、衛星間的通信干擾，以及地面信號干擾阻塞、天地間信息網絡的統一組網協議等大量難題，目前仍然亟需得到克服和解決。從全球組網的可行性看，大規模衛星發射以及連續地面站建設，需要得到所在國的準許與協同，提供覆蓋全球的衛星互聯網服務也因此道阻且長。

“星鏈”計劃帶來的沖擊和影響

低軌衛星通信使通信產業形成競爭新格局。首先，“星鏈”的太空組網模式打破了地面通信系統的局域網、城域網和主干網等慣有模式。其次，低軌衛星通信是海上、南北極、荒漠等不適宜架設地面基站地區的優質通信選擇。衛星移動通信與地面移動通信的融合將真正打造出一個覆蓋全球的通信網絡。再次，隨著衛星通信服務的推廣和應用成本的不斷下降，衛星通信業務在全球通信業務中的占比將得到提升，使用衛星通信的行業用戶和個人用戶也將更多。不過，衛星互聯網是否具有成本競爭優勢目前還不得而知，部署完成后其是否具有商業競爭力也是一個未知數。太空探索技術公司預計，整個“星鏈”項目耗資至少在 100億美元，后續的網絡維護、衛星維修回收等費用巨大。無論數據傳輸速度還是網絡延時方面，5G 網絡都比現有的衛星通信更勝一籌。隨著衛星互聯網成熟與普及，衛星互聯網和現有地面互聯網的關系，很可能會由互補關系轉變為競爭替代關系。

低軌衛星通信為互聯網產業帶來了新的增長極。目前全球仍然有超過 30億人無法使用互聯網服務，地面通信在偏遠農村、山區、沙漠、戈壁地區和飛機、船舶上仍存在盲區。而低軌衛星通信網能夠解決這一問題，使人們在偏遠地區也能隨時隨地上網，從而帶來大量的新增用戶群。低軌衛星通信延展了地面網絡的空間維度，能夠用于海洋運輸、極地探測、遠洋漁業、航空高鐵客運和應急通信等領域，帶來新的互聯網應用場景和服務模式。衛星通信網絡可以天然累積海洋/航空運輸、航洋漁業、旅游等行業綜合數據，為實時信息采集與產業數據分析提供大數據服務。衛星運營商可通過構建集群衛星網絡，提供創新的互聯網服務，與傳統互聯網企業開展競爭。換言之，互聯網產業的競爭格局或將重新洗牌。

低軌衛星通信將加劇頻譜資源的競爭問題。在通信領域，由于相近頻率間會產生信號干擾，原則上不同的衛星通信系統不能使用相同頻率。實際上，衛星通信頻譜資源存量本身已非常緊張：一方面，低軌衛星覆蓋全球，頻率協調難度較大，可用頻段較少;另一方面，5G網絡向毫米波段發展，新開放的頻段與互聯網衛星使用頻率接近，可能導致信號干擾和阻塞。按照頻譜資源先用先得的國際慣例，一旦一個公司的大規模衛星網絡組網完成，留給其他衛星網絡計劃的頻譜和空間就會大幅減少。為了占得先機，各公司都會搶發衛星以搶占頻譜使用主動權，衛星通信的競爭也將日益加劇。

“星鏈”計劃帶來的其他影響。火箭回收技術的成熟和衛星的大規模應用，勢必引發小型衛星研發制造的新一波熱潮，衛星通信行業、商用航天產業也將進入快速發展期。但與此同時，它也可能帶來一系列的負面影響，比如，對近紅外天文觀測、地球氣象監測、地質勘探遙感帶來干擾，產生過量的“太空擁堵”和“太空垃圾”，密集低空衛星群被用作軍事用途進而引發信息安全和國家安全問題等。