低轨星座计划：卫星导航系统之外又一“新战场”？

来源：中国军网   2020-08-12 17:56   

随着北斗三号全球卫星导航系统的正式开通，北斗导航系统与GPS系统在全球卫星导航系统市场层面上的争夺开始进入“白热化”。与此同时，以“星链”计划为代表的低轨星座发展迅速，成为全球争夺空间战略资源的又一“新战场”。

 


低轨星座究竟具有哪些优势，为何可成为卫星导航系统之外，各国在空间在空间战略资源层面上的又一“新战场”？

 

什么是低轨星座？

根据所在轨道高度不同，卫星通常分为地球同步轨道卫星、中地球轨道卫星和低地球轨道卫星（简称低轨卫星）。不同轨道卫星的在轨运动速度、绕地球周期和对地视场不同，用途也有所不同。

 

低轨卫星由于距离地面近、信号质量优，且具备更小时延，常用作通信卫星。低轨星座即多颗低轨卫星以一定排列方式共同协作，可实现对全球（或一定区域）的连续无缝覆盖。

 

其中，以“星链”计划比较有代表性。

 


“星链”是由美国太空探索技术公司于2014年提出的低轨星座计划，其目标是建设一个全球覆盖、高速度、大容量和低时延的天基全球通信系统，提供面向全球的高速宽带接入服务。“星链”计划共规划3期星座系统，总计4.2万颗卫星，将提供可比拟地面光纤的互联网接入服务，时延低至50毫秒。

 

低轨星座优势明显 可军用

与地面互联网通过光纤入户、移动互联网通过布设基站为用户服务不同，低轨星座通过卫星及星间/星地无线链路为用户服务。

 

受限于地形地貌、成本等问题，地面光纤以及地面基站在某些地方无法实现部署。此时低轨星座就有着地面光纤、地面基站无可比拟的优势。低轨星座可面向全球全域提供信息通信服务，因此具备全球全域互联网接入能力。同时对部分终端而言，其传输速率和网络时延可与地面光纤比拟。

 


除了通信上的优势，低轨星座与北斗等全球卫星导航系统一样，在军事上也有可发挥的优势。有人可能会质疑，“星链”计划的定位是商用卫星互联网，而且卫星互联网也有着很大的信息隐患，如何在军事领域发挥优势？

卫星互联网存在严重的安全与隐私泄露隐患

 

实际上，低轨星座在搭载其他载荷的情况下，还可提供遥感、增强导航等服务。也就是说，一旦低轨星座部署完成，组成一张全球天基互联网并成熟运行，便是一个拥有巨大能量的作战“星群”。其提供的网络支持可实现远程导弹实时控制，同时其轨道推进系统可对其他空间目标实现动能攻击。一旦“星群”作战开展，很难有其他卫星与之抗衡。

 


低轨星座面临的挑战

尽管低轨星座在全球网络覆盖、通信低时延等方面具有明显优势，但其发展和部署也面临诸多挑战，主要表现在频轨牌照、硬件设施和软件协议3个方面。

 

一是频率与轨道的申请与协调，即牌照问题

频率是提供星间/星地链路的无线资源，轨位是卫星在空间运行时所处的位置。由于频率和轨位资源稀缺，国际电信联盟和区域组织（如美国联邦通信委员会）负责对全球/区域卫星频率和轨位进行分配，采取先到先得原则。当前，“星链”计划的3期星座系统均已提交上述两家组织审查，并获得批准。潜在的一个重要问题是，一旦“星链”计划的4.2万颗卫星部署完毕，留给其他低轨星座的可部署空间将极有限，申请与协调难度也将更大。

 


二是庞大数量卫星的制造、发射和配套地面设施建设问题

2019年世界无线电通信大会批准并通过一项分阶段规则，要求低轨星座在投入使用后2年内至少发射10%，5年内至少50%，7年内完成星座部署。对“星链”计划而言，这意味着在未来不到7年时间内，需要制造和发射近4万颗卫星。按照当前一箭60星的速度算，每月至少需发射9次。然而，自2019年5月第一次发射至2020年7月，“星链”计划平均每月发射0.64次。后续卫星的制造和发射速度能否跟上？所需资金能否维持？尚需时间检验。根据以往经验，在发展中申请破产的低轨星座计划不在少数。

 


三是网络运行和服务风险，即软件协议栈问题

协议栈是支撑网络运行和提供按需服务的软件载体，主要解决终端入网、信息的高效、安全传输和网络管控问题。目前，地面互联网主要采用成熟的IP体制，地面移动通信网络和卫星网络也较成熟。这些现有协议标准可为低轨星座网络提供一定借鉴，但由于协议体系的出发点和落脚点不同，难以直接套用。据马斯克宣称，“星链”星座不再基于传统的IP体制，而是采用一种更加轻量化且原生支持P2P的全新协议。然而，这种全新协议体系能否有效应对动态路由、自主管控等难题，面临巨大风险。这也是低轨星座网络面临的普遍问题。

 

从长期来看，解决好协议、基建配套等风险的低轨星座，将会成为未来太空空间争夺的主战场！