俄羅斯球體星座：一波三折仍努力推進

文/趙榮

▲ 球體星座示意圖

今年6 月，俄羅斯總理米舒斯京在火箭航天工業發展會議上表示，俄需要加速擴充在軌衛星數量，其中“球體”項目是重要的組成基礎。之前，在第16 屆國際導航論壇期間，俄羅斯方面就“球體”（Sphere）大型多功能星座召開了專題會議，使得這項堪稱俄羅斯目前最重要、優先級最高的航天工程不斷引發關注，其規劃、進展過程也值得探究。

規模宏大的最初規劃

2018 年，俄羅斯總統普京首次宣布建設“球體”項目。當時俄方宣稱，該星座由數百顆具備不同功能的多軌道衛星組成，旨在提供寬帶互聯網連接、信息中繼、視頻廣播和遙感等服務，將與“一網”“星鏈”“O3b”等國外星座競爭。

俄方透露，目前僅有1/3 的俄羅斯國土能夠被蜂窩式通信信號覆蓋，想要確保服務遍及全國，還需要大量通信衛星“補位”，這就是“球體”項目的初衷。

“球體”項目最初提出時，整個系統包含542 顆衛星，由5 個通信衛星子群和5 個遙感衛星子群組成，運行軌道包括地球靜止軌道、大橢圓軌道、中軌道、低軌道等。

其中，5 個通信衛星子群共有291 顆衛星，分別為7 顆“快車”地球靜止軌道通信衛星、4顆“快車”-RV大橢圓軌道通信衛星、4 顆“亞馬爾”地球靜止軌道通信衛星、12 顆“斯基泰人”中軌道寬帶互聯網衛星、264 顆“馬拉松”低軌道物聯網衛星。

5 個遙感衛星子群共有251 顆低軌道衛星，分別為3 顆“觀察”光學成像衛星、174 顆“金雕”-O 光學成像衛星、37“金雕”-VD 光學成像衛星、37 顆“金雕”-X 和“金雕”-XLP 雷達成像衛星。

▲ “球體”項目多款通信衛星示意圖

迫于現實縮減規模

盡管初期規劃雄心勃勃，但“球體”項目所需資金不菲，俄羅斯官方支持的投資額度一直存在不確定性。俄羅斯國家航天集團多次將方案提交政府審批后，終于在2021 年底與政府達到項目共識，獲批約1800 億盧布（約合31 億美元）資金支持。作為第一步，2022～2024 年間，俄政府計劃每年撥款約70 億盧布（約合1.2 億美元）。

由于項目獲批資金與最初預期的投資額相差較大，整個系統的衛星計劃部署數量一度被減少至380 余顆。接下來，2022 年4 月6 日，俄政府修改決策，只愿為“球體”項目撥款約950 億盧布（約合16 億美元），計劃發射衛星總數也減少至162 顆，遠遠少于最初規劃的542 顆。至于調整后的各子群衛星具體數量，俄方當時沒有公布。

▲ “球體”項目多款遙感衛星示意圖

▲ 俄方科研人員加緊研制“球體”項目衛星

▲ 俄羅斯成功發射“斯基泰人”-D

隨著國內外形勢變化，俄羅斯對于各種功能衛星的需求顯著增大，“球體”項目又迎來了轉機。在今年4 月的專題會議上，俄政府和俄國家航天集團就“球體”項目發展做出了3 項決策。

其一，到2030 年，“球體”工程至少將擁有360 顆衛星，而這是滿足俄羅斯所需的最少數量。按計劃，俄國家航天集團可以生產至少1200顆衛星；如果再動員私營企業，俄羅斯還能再多生產800 顆衛星。

其二，俄國家航天集團將與所有愿意進入空間服務市場、參加星座生產的公司開展公開的建設性合作。

其三，俄國家航天集團重申，“球體”工程將包括通信星座和遙感星座，衛星具體型號、性能指標將隨著技術進步和需求變化而更新。

逐步推進的部署計劃

“球體”項目總體建設由俄國家航天集團負責。按計劃，工作星將于2024 年開始部署。在此之前，俄方要發射試驗星，主要是“斯基泰人”和“馬拉松”兩大衛星子群的演示星。

當先鋒的“斯基泰人”

2022 年10 月23 日，俄羅斯在東方航天發射場發射了聯盟-2.1b 火箭，將“球體”項目的首顆試驗星“斯基泰人”-D 成功送入太空。俄政府宣稱，這是“球體”項目部署計劃啟動的里程碑。外界分析認為，俄方此舉的意圖也包括“搶點”，即保護星座所需的軌道、頻率資源，避免被國際電信聯盟收回并分配給其他國家。

“斯基泰人”-D 由俄羅斯列舍特涅夫信息衛星系統公司研制，設計壽命約3 年，質量約160 千克，耗電量約250 瓦。星體兩側帶有一對可展開的太陽能帆板，以便供應電力。衛星發射時，在整流罩內折疊裝載尺寸約為82 厘米X 73 厘米X 88 厘米，入軌后展開尺寸約為82 厘米X 320厘米X 88 厘米。

俄羅斯航天科研人員將依據該衛星承受的太空輻射暴露水平和在軌運行穩定性，研究所選衛星軌道的可行性與合理性，進而在軌測試衛星寬帶互聯網連接的通信協議和通信頻率，包括Ka 波段發射機和接收機等設備。總之，“斯基泰人”-D 運行成功與否，對于后續“球體”的工作星部署具有重要意義。

“斯基泰人”-D 發射入軌后，運行在高度約8070 千米、傾角約90度的圓軌道上。后續部署的“斯基泰人”衛星子群很可能也會選擇該軌道。俄方解釋稱，該軌道具備至少3 個優勢：一是可以為北極等高緯度地區提供通信服務，這是地球靜止軌道衛星所不具備的能力；二是軌道高度適中，與地球靜止軌道相比，衛星傳輸數據的時延相對不嚴重，而與低地球軌道相比，衛星有望提供更大的信號覆蓋范圍；三是在軌道高度、用戶對衛星的“可見”時間以及服務所需的衛星數量之間，有希望取得最佳平衡。

▲ “快車”-AMU7 在軌運行示意圖

預計2027 年前，俄方有望完成“斯基泰人”衛星子群的部署工作，12 顆衛星將分布在3 個軌道平面上。工作星的設計質量是演示星的數倍，重約600～1000 千克，攜帶多波束天線，可發射和接收Ka 波段數據，每秒可傳送高達100～150Gb 的互聯網數據。

頗具特色的“馬拉松”

“馬拉松”物聯網衛星是“球體”項目的一大特色。俄方表示，物聯網衛星主要提供物聯網服務，可通過衛星使地球上的物聯網傳感器和終端設備實現通信連接，尤其是能夠服務地面蜂窩式網絡通信所不能覆蓋的區域，在農業監測、環境監測、貨運監測、智能電網、智能交通等多樣化領域發揮作用。

“馬拉松”演示星計劃于2024年發射，工作星正式部署有望于2026 年啟動。按最初規劃，整個衛星子群由264 顆衛星組成，分布在12 個軌道平面上，運行在高度800千米、傾角81.4 度的近圓軌道上，可提供全球信號覆蓋，為各類用戶提供數據傳輸服務，特別是為俄羅斯用戶提供各類物聯網服務。

例如，俄國家航天集團前景計劃和科學執行主任布洛申科表示，“馬拉松”有望協助尋找失蹤人員。通過在人員的衣服或行李包裹中放置信號發射器，其位置數據能夠借助“馬拉松”迅速傳輸給救援隊。

大容量的“快車”和“亞馬爾”

“快車”和“亞馬爾”是俄羅斯政府負責運行的兩大系列通信衛星，也是俄官方大力發展的高端通信衛星。其中，“快車”和“亞馬爾”將運行在高度約36000 千米的地球靜止軌道上，可為俄羅斯提供覆蓋國土較低緯度地區的通信服務；“快車”-RV 將運行在近地點高度約1000 千米、遠地點高度約39900 千米、傾角約62.8 度的大橢圓軌道上，主要為俄羅斯高緯度國土及北極地區提供通信服務。按計劃，俄羅斯將于2025 年底前發射首顆“快車”-RV大橢圓軌道通信衛星，2026 年完成3 顆衛星部署。

由于俄羅斯未公布“球體”項目中的“快車”和“亞馬爾”通信衛星的具體型號及性能參數，外界只能根據同系列最新型衛星進行推測。

目前，最新的“快車”系列通信衛星是2021 年發射的“快車”-AMU 3和“快車”-AMU 7，最新的“亞馬爾”系列通信衛星是2014 年發射的“亞馬爾”-401 及2019 年發射的“亞馬爾”-601。

▲ “亞馬爾”-401 通信衛星示意圖

▲ “亞馬爾”-601 通信衛星示意圖

之所以“亞馬爾”系列有兩款“最新”衛星，主要原因是“亞馬爾”-401完全由歐洲泰雷茲·阿萊尼亞宇航公司研制，另外3 顆衛星由俄羅斯列舍特涅夫信息衛星系統公司基于“快車”衛星平臺研制，通信有效載荷則由歐洲泰雷茲·阿萊尼亞宇航公司提供。后來，俄方公布，正處于生產階段的“快車”-AMU 4 通信衛星將于2026 年發射。因西方對俄禁售重要電子元器件，“快車”-AMU 4 包括通信有效載荷等所有部件將完全由俄羅斯生產，從而成為首顆俄羅斯全國產化高端通信衛星。

從衛星研制周期和技術延續性角度分析，“球體”項目中的“快車”和“亞馬爾”通信衛星大概率將基于現有最新型同類衛星進行研制，同時衛星部件會完成國產化替代。

神秘的遙感衛星子群

“球體”項目將在低軌道上部署5 個遙感衛星子群，目前俄方僅公布了衛星名稱，具體性能參數未知。考慮到俄羅斯具有成熟的遙感衛星制造經驗，發射過“老人星”“資源”“角色”等光學成像衛星和“禿鷹”雷達成像衛星，還曾出口“埃及衛星-2/A”光學成像衛星，因此外界推測，“球體”項目的遙感衛星將以早先型號為依托，采用成熟平臺和先進電子技術，注重小型化，便于量產。

值得注意的是，俄羅斯天然氣工業股份公司下屬太空系統公司發布過“觀察”-B 衛星的相關資料，設計壽命約10 年，擬運行在高度約500千米的太陽同步軌道上，可提供多光譜和全色圖像，成像最高分辨率約0.5米，單幅成像圖11 千米X 11 千米，將于2024 年完成研制并發射。這款衛星不排除成為“球體”項目中光學成像遙感衛星的技術原型星。

▲ “觀察”-B 遙感衛星示意圖

項目前景值得關注

俄國家航天集團表示，未來“球體”項目正式部署階段，每年俄羅斯火箭發射量將“激增”，顯著超過當前，部分衛星還將采用一箭多星方式發射。

不難看出，“球體”星座構成復雜、功能用途多樣，而且具備軍事應用潛力，能夠滿足俄羅斯近期需求。面對俄官方資金支持不足、項目進度緩慢、星座規模可能“縮水”等不利因素，俄國家航天集團正在積極研究借助私企、風投等融資手段，確保工程持續推進。

此外，為了加速衛星國產化和量產工作，俄羅斯正在積極建設兩個衛星量產中心：在列舍特尼夫信息衛星系統公司的基礎上，設立通信衛星量產制造中心；在拉沃奇金科研生產聯合體的基礎上，設立地球遙感和科學研究衛星量產制造中心。屆時，“球體”項目整體發展是否順利，值得持續密切觀察。