2023年闪耀太空的“星链”.docx

闪耀太空的“星链〞 杨震 枫月 人类的未来是星辰大海。因此，航天方案总是让人充满憧憬。当代人类最庞大的航天方案莫过于载人探月工程，然而要论发射航天器数量，美国的星链（Starlink）方案绝对是当之无愧的第一，该方案要把11927颗卫星送上茫茫太空。目前地球轨道上共有约2000颗工作卫星，星链方案如果完成部署，其新入轨的卫星总数就会是目前所有国家在轨运营的卫星总数的将近6倍，成为迄今为止人类提出的规模最大的星座工程。 马斯克的雄心 作为一个具有超前思维的企业家，马斯克在星链方案中的投入可谓疯狂。2022年，马斯克在西雅图宣布推出一项太空高速互联网方案——星链方案，旨在为世界上的每一个人提供高速互联网效劳。该方案利用卫星取代传统的地面通信设施，来帮助偏远地区接入高速的宽频互联网，并为城市地区提供价格优惠的效劳。星链方案的宗旨是结束当今世界存在的网络封锁，开发出“全球互联网通信系统〞。最初的设想是在地球上空的预定轨道部署由1.2万颗卫星组成的巨型卫星星座。2022年2月22日，太空探索公司（SpaceX）在美國加州范登堡空军基地成功发射了一枚“猎鹰9号〞火箭，并将2颗小型实验通信卫星送入轨道，星链方案由此开启。 2022年10月22日，马斯克成功通过星链发送推特，并表示星链已能提供天基互联网效劳。星链的目标是到2022年在美国北部和加拿大提供效劳，到2023年将其效劳范围扩大到接近全球。SpaceX方案在20年代中期之前在3个轨道上先后部署全部的1.2万颗卫星：首先在550千米轨道部署约1600颗卫星，然后是在1150千米轨道部署约2800颗Ku波段和Ka波段卫星，最后是在340千米轨道部署约7500颗V波段卫星。整个方案预计需要约100亿美元的支出。单颗星链卫星的重量约227千克，采用紧凑的平板设计，可最大限度地减小体积，充分利用“猎鹰9号〞火箭的发射能力。卫星上有4个强大的相控阵天线，可以瞬间定位和重定向实现大吞吐量通信，本钱呈数量级降低，并由单个太阳能阵列供电，采用标准化太阳能电池面板，易于批量生产。配备了高效的氪离子推进器，使卫星能够进行升轨和机动，并在寿命结束时离轨。此外，星链接入美国国防部碎片跟踪系统自动执行躲避机动，防止与空间碎片和其他航天器发生碰撞，减少人为错误，以更可靠的方法防止碰撞。 相比于旗下的新能源汽车、星舰方案以及商业航天工程等，星链方案是马斯克手中最有盈利能力的工程，甚至可以看成是 SpaceX未来商业矩阵中的“金牛业务〞。按照马斯克的说法，只要拿下全球通信市场份额的 5%，每年的收入就能超过500亿美元，一年的进账就是SpaceX目前年营收额的17倍。 “星链〞能够做什么？ 国际关系理论现实主义流派认为，国家的权力来自两个方面——经济力量和军事力量，而星链方案在这两个方面恰好都有绝活儿。 先说说经济方面。经济学家张锐认为，据世界银行发布的数据，截至2022年底，全球还有约36亿人无法接入互联网，他们要么居住在纬度不低的险峻高山，要么生活在海底电缆无法触及的大洋小岛，或者是根本无法铺（架）设光纤与基站的偏远地区，再算上海洋作业、科考探险等人类行为可触达但通信信号未能严密覆盖的旷野地带，至少还有70%的地表为低轨卫星留下了信号辐射的空间。此外，公共应急响应、远程教育和远程医疗，以及农林水等细分场景，也都是卫星互联网可以大展拳脚的天地。低轨卫星具有高速率、低延迟的互联网接入效劳特征，每颗卫星覆盖的用户数量越多，人均费用就摊得更低。拿 SpaceX的卫星来说，3层网络中离地球最远的卫星只有1150千米，最近的仅340千米，信号从各自近地轨道传输到地面分别只需3.3毫秒与1.02毫秒，各为同步轨道卫星的1/36和1/117;而在网速方面，星链可提供至少1Gbps/秒的宽带效劳，是目前家庭宽带的 5～10 倍，同时还供给最高可达 23Gbps/秒的超高速宽带网络，至于所需费用，用户只需几十美元便可享受到流畅无阻的效劳。其实，马斯克所关注的星链方案的盈利点并不仅仅存在于地球之上，还有可造的更广袤太空。与星链方案齐头并进，马斯克手上还有奔赴火星的星舰方案与商业载人航天方案，其中星链方案可以看成是后2个方案的根底设施，或者说有了星链方案的落地，马斯克将地球居民送到太空旅游以及太空采矿的梦想便可得到更快实现。 再说说军事方面。在军事领域，太空网络已经由支援陆海空作战的辅助战场，转化为比肩并重、相互支援的主战场，掌握卫星互联网就能掌握未来战争的主导权。目前，在全球范围内，商业卫星星座被用于军事通信领域屡见不鲜。星链方案可提供低本钱、全球覆盖的高速互联网效劳，假设开展军事化应用，那么将进一步增强美军的卫星通信能力。目前，全球多个巨型低轨通信星座方案于今年进入密集空间部署阶段，美国军方作为全球最大的商业卫星通信效劳用户，率先认可了商业低轨巨型星座的军事价值。2022 年初，美国国防部新组建的航天开展局明确表示将在一网、SpaceX 等公司实施低地轨道巨型星座方案的企业采购效劳。美国国防部航天开展局于今年7月首次透露了未来军用卫星体系的规划。根据该规划，下一代军用卫星将更多地利用廉价的小卫星星座，以代替现有的大型高价值卫星，增加天基系统的弹性。美国国防部高级研究方案局（DARPA）也在探索如何利用商业方法建造卫星星座，使建造星座的本钱更低、周期更短、设计和建造用时更少。DARPA 最近开展的“黑杰克〞工程就是旨在寻求研发具有较低“尺寸、重量、功耗及本钱〞（SWa P-C）特征的低轨军事通信与监视卫星，包括低本钱卫星有效载荷和商业化卫星平台。此外，美国陆军将实验使用“星链〞宽带星座在各军事网络间传输数据。根据5月20日同SpaceX签署的一项协议，陆军将用3年时间来试验这项效劳。陆军一位消息人士告诉航天新闻，双方签的是一项“互助研发协议〞，工程由位于马里兰州阿伯丁试验场的作战能力生长司令部C5ISR中心监视实施。这从一个侧面反映出星链方案存在的巨大军事用途潜力。 “星链〞的冲击 正如任何事物都有正反两面一样，星链方案也有其负面影响。专家孔超和王阳阳撰文认为，该方案将会带来3个方面的影响与冲击。 一是卫星互联网自身面临较大的网络和信息平安威胁。与传统互联网相比，卫星互联网有它的技术特点，其时空跨度大、信息维度高、系统结构复杂、网络多源异构、节点动态变化。正是由于自身所具有的这些特点，卫星互联网比传统互联网更容易遭遇攻击，比方传输数据遭窃听、破坏和假冒，相关设备被攻击等。另外，卫星互联网方案涉及的卫星数量巨大，如果相应卫星上安装了有观测功能的载荷，存在为违法犯罪活动提供便利等严重问题。 二是网络空间进一步放大，将带来新的监管空白区域。卫星互联网作为一种新的互联网接入途径，其特点主要是便捷性、方便性、广域性，可以真正实现随时随地上网。这种跨越国界的全球互联网接入业务将带来新的监管空白区域。根据国际电联无线电规那么，除卫星播送业务外，我国不能向其他国家提出该国卫星网络不可覆盖我国领土的要求。因此，任何覆盖我国的境外卫星均具有在我国境内开展卫星互联网业务的技术能力和手段，并且其卫星通信链路不受我国监管。 三是易形成太空垃圾，威胁航天平安。从现有的卫星互联网方案来看，卫星的数量多是一大特点，大量卫星的存在，意味着将来会产生大量的太空垃圾。星链方案中的卫星寿命较短、难以回收，容易形成太空垃圾，威胁航空航天平安，甚至威胁地面居住地和设施平安，造成巨大的经济和人员生命损失。实际上，首批“星链〞卫星至少5%的报废率凸显了人们对巨型星座工程会在低地轨道“遗撒〞数以百计的废弃卫星的日益担忧。 马斯克的SpaceX公司曾在2022年9月与第一名私人乘客签订了“大猎鹰火箭〞的合同，SpaceX承诺将会让该乘客乘坐BFR飞行器进行绕月飞行。 SpaceX的载人飞船Crew Dragon曾在2022年4月发生严重的太空舱爆炸事故，但这些事故都为该公司积累了珍贵的航空航天经验。 由此可见，星链方案不仅有可能会危害太空平安，也有可能会对美国的战略竞争对手带来在网络平安方面的压力，这种压力为美国的大国博弈提供了战略优势和手段，有可能会对以天缘政治为主的国际关系产生深远影响。 尽管星链方案到目前为止尚未显示出全部威力，但是其进程以及前景给我们带来的启示不少。首先，航天方案的实施应该紧贴市场。马斯克这位天才的商人成功地将利润与星链方案紧密结合在一起，使其有了源源不断的动力。而这样的利润反过来又推进了星链方案的进一步推进，如此循环往复，越来越多的卫星被送进茫茫太空。 其次，航天系统是大工程，需着眼长远。如前所述，马斯克手头的商业载人航天方案和星舰方案是建立在星链方案根底之上的。商业载人航天方案不仅有着广阔的商业前景，而且对于国家战略能力的培育、特别是太空战略能力的培育具有很重要的意义。而星舰方案那么更是尖端太空工程，马斯克的星链方案已经开始将这2个方案逐步变成现实，这就是系统工程思维的威力。 最后，私营企业与国家部门形成的良性互补关系将展示出很大优势，这种优势在星链方案中得到展示。一方面，美国国家航空航天局（NASA ）不仅在关键时候为SpaceX 雪中送炭且让它化险为夷，而且尽其所能地向 SpaceX 配给技术和人才，甚至传授一些独家经验。而另一方面，SpaceX 为 NASA 提供更低本钱、更高效率的发射、载人和科学实验效劳，让 NASA 从繁琐的具体事务中解脱出来，将更大的精力投入到国家航天战略布局中去。 需要特别指出的是，星链方案与5G目前还不存在竞争关系，很多场景可以成为互补的关系。5G的应用前景是大势所趋，未来智慧城市、人工智能、虚拟空间等都需要5G做支撑，而星链方案在网络速度上和5G没法比，星链方案每颗卫星的设计峰值带宽为20G（bps），即使最后全部发射1.2万颗卫星，总带宽就是24万G（bps），仅供24万用户以5G入门标准上网。星链方案需要在地面建设专用的中转设备才能进行信息交互，所以一比照，5G的優势远大于星链方案。其实早在2022年，中国就提出虹云工程和鸿雁全球卫星星座通信系统，虹云工程方案发射156颗卫星，它们在距离地面1000千米的轨道上组网运行，致力于构建一个星载宽带全球移动互联网络。鸿雁全球卫星星座通信系统方案发射300颗低轨道小卫星，为用户提供全球实时数据通信和综合信息效劳。所以，中国早已战略谋划部署全局，只有把核心技术掌握在自己手中，才能真正掌握竞争和开展的主动权，才能从根本上保障国家平安。而星链方案的进展带给中国航天的启示，将会在不久的未来产生影响。                   （责编：南名俊岳）