北京時(shí)間2024年8月6日14時(shí)42分，長(zhǎng)征六號(hào)甲運(yùn)載火箭承載著“千帆星座”首批18顆組網(wǎng)衛(wèi)星，從太原衛(wèi)星發(fā)射中心直沖云霄。兩個(gè)小時(shí)后，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定的極地軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功，這標(biāo)志著我國(guó)向全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域邁出了重要一步。

　　被稱(chēng)為中國(guó)版“星鏈”的千帆星座是項(xiàng)什么工程？它與現(xiàn)有衛(wèi)星系統(tǒng)有何異同？未來(lái)，千帆星座將打造怎樣的低軌互聯(lián)網(wǎng)布局，又將面臨哪些挑戰(zhàn)？

　　▲2024年8月6日，有中國(guó)版“星鏈”之稱(chēng)的“千帆星座”（G60星鏈）首批18顆組網(wǎng)衛(wèi)星搭乘長(zhǎng)征六號(hào)甲運(yùn)載火箭發(fā)射升空。（圖片來(lái)自北京日?qǐng)?bào)）

　　千帆星座是由上海市政府支持的商業(yè)航天項(xiàng)目，旨在提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。它的另一個(gè)名字叫“G60星鏈”，由此可知，它對(duì)標(biāo)的國(guó)外產(chǎn)品是SpaceX的星鏈（Starlink）。

　　打個(gè)比方，千帆星座如同一個(gè)運(yùn)行在天上的巨型Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，等將來(lái)建成，大家在戶外也可以上網(wǎng)了?？赡苡腥藭?huì)感到奇怪，“移動(dòng)基站無(wú)處不在，現(xiàn)在在戶外就能上網(wǎng)?。　逼鋵?shí)，移動(dòng)基站的“無(wú)處不在”，基站多、信號(hào)好，只針對(duì)人們平時(shí)生活和工作的地方而言。城市村莊和陸地交通沿線%，在荒山、草原、沙漠、海洋、冰原這些地方，移動(dòng)基站就鞭長(zhǎng)莫及了。此外，假如遇到地震、洪水等特大自然災(zāi)害，通信基站和電力系統(tǒng)被大規(guī)模破壞時(shí)，天上這座不受地面基礎(chǔ)設(shè)施限制的寬帶互聯(lián)網(wǎng)便能派上用場(chǎng)。

　　千帆星座所規(guī)劃的最終架構(gòu)是到2030年底，在地球周?chē)渴鸫蠹s14000顆衛(wèi)星，覆蓋人類(lèi)活動(dòng)的大部分區(qū)域。而在大洋彼岸，截至2024年3月，SpaceX星鏈已經(jīng)發(fā)射了6000多顆衛(wèi)星，計(jì)劃部署12000顆，甚至有可能增至34400顆。

　　構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座，不但有實(shí)用性，而且有緊迫性。無(wú)論是千帆星座還是SpaceX星鏈，它們都運(yùn)行在2000公里以下的太空中，屬于近地衛(wèi)星（低軌衛(wèi)星）。全球?qū)剀壍蕾Y源的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，目前除了中國(guó)和美國(guó)以外，還有英國(guó)、加拿大、俄羅斯、德國(guó)、韓國(guó)等多個(gè)國(guó)家相繼規(guī)劃了宏大的近地互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星組網(wǎng)計(jì)劃。本著“先到先得”的分配法則，抓緊機(jī)遇，才能更有效地合理利用軌道資源。

　　6G通信的實(shí)現(xiàn)也與基于低軌衛(wèi)星的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)密切相關(guān)。未來(lái)的手機(jī)直連等衛(wèi)星應(yīng)用，可以使手機(jī)繞過(guò)傳統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，直接與衛(wèi)星進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送和接收，從而提供更廣闊的覆蓋范圍和更高的通信可靠性。基于這些優(yōu)勢(shì)，低軌衛(wèi)星通信成了全球熱點(diǎn)新興產(chǎn)業(yè)。截至2024年7月，全球在軌衛(wèi)星超過(guò)1萬(wàn)顆，其中中低軌衛(wèi)星占比超過(guò)85%。

　　除了軌道占位，還有通信頻率占位值得關(guān)注。根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟的規(guī)定，所有衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商必須先向國(guó)際電信聯(lián)盟提出申請(qǐng)，才能享有特定頻率的優(yōu)先使用權(quán)。從申請(qǐng)到發(fā)射是有過(guò)期時(shí)效的，不能只訂座不到場(chǎng)，這也對(duì)組網(wǎng)星座的項(xiàng)目執(zhí)行效率提出了嚴(yán)格要求。

　　從更深層次的角度來(lái)考慮，建設(shè)自己的互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座，可以擺脫對(duì)國(guó)外系統(tǒng)的技術(shù)依賴，對(duì)國(guó)家安全和技術(shù)主導(dǎo)地位具有重要的戰(zhàn)略意義。

　　也許大家還有疑惑：我國(guó)不是已經(jīng)有衛(wèi)星電話了嗎？為什么互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星不在現(xiàn)有系統(tǒng)上升級(jí)？聽(tīng)說(shuō)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也有短報(bào)文功能（北斗導(dǎo)航系統(tǒng)提供的一種獨(dú)特通信功能，利用衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)短文字通信），和“千帆”的區(qū)別又在哪里？

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，千帆星座主要致力于提供高速、海量數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)通信服務(wù)，和已有的衛(wèi)星電話或短報(bào)文業(yè)務(wù)沒(méi)有重疊關(guān)系。要說(shuō)這三者的區(qū)別，最關(guān)鍵的因素就是數(shù)據(jù)量和通信延遲。

　　語(yǔ)音和短信的數(shù)據(jù)量非常小，即使通話略有延遲，使用起來(lái)也沒(méi)什么影響。所以，衛(wèi)星電話的通信衛(wèi)星和北斗導(dǎo)航衛(wèi)星“站得高、看得遠(yuǎn)”，更側(cè)重每顆衛(wèi)星的信號(hào)覆蓋范圍，同時(shí)為了節(jié)省成本，把較少的衛(wèi)星盡可能遠(yuǎn)地放到中高軌道或遠(yuǎn)地軌道上。例如，天通一號(hào)通信衛(wèi)星就運(yùn)行在距地35786公里的靜止軌道上，信號(hào)一來(lái)一回，至少需要0.24秒。

　　但這個(gè)短暫的通信延遲對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星而言就不可忍受了。通常用戶在網(wǎng)上刷一個(gè)頁(yè)面，看到的每幅圖片、每段視頻都要從瀏覽器發(fā)起請(qǐng)求，通過(guò)衛(wèi)星送到服務(wù)器（一次地-天-地的往返），然后由服務(wù)器把圖片或視頻編碼打包，再通過(guò)衛(wèi)星傳回用戶（又一次地-天-地的往返）。整個(gè)過(guò)程包含兩次往返（0.48秒），更何況由于數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的一些細(xì)節(jié)，光是建立連接就需要信號(hào)往返3次。

　　因此，互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星距離地面不能太高，否則信號(hào)微弱、延遲嚴(yán)重。但如果衛(wèi)星飛得太低，又容易被大氣層（盡管極其稀薄）拖拽減速。

　　綜上，衛(wèi)星的軌道選擇必須經(jīng)過(guò)審慎考慮，在多與少、高與低之間找到最優(yōu)方案。目前，千帆星座第一期計(jì)劃為到2025年底用648顆衛(wèi)星提供局部網(wǎng)絡(luò)覆蓋，到2027年底，再添648顆衛(wèi)星，提供全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋。此次在太原首發(fā)的18顆衛(wèi)星，運(yùn)行高度均在800公里左右。已有幾千顆衛(wèi)星組網(wǎng)的SpaceX星鏈，衛(wèi)星飛得更低，大部分運(yùn)行在340公里到600公里之間。等千帆星座后續(xù)衛(wèi)星數(shù)量上去之后，也會(huì)把軌道調(diào)整到這個(gè)高度。

　　盡管互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星的軌道不高，但畢竟遠(yuǎn)在幾百公里以外，如果和沒(méi)改裝過(guò)的手機(jī)直連，還是很吃力的。例如，SpaceX星鏈的地面用戶就需要借助直徑50厘米左右的天線與衛(wèi)星通信。那為什么衛(wèi)星電話的通信衛(wèi)星可以和外觀正常的手機(jī)直連呢？這是由于發(fā)射數(shù)量不多，衛(wèi)星就可以做得很大，它的發(fā)射功率和接收靈敏度提高了，地面設(shè)備自然可以保持普通手機(jī)的模樣，比如天通一號(hào)衛(wèi)星就背著一口“大鍋”——15米口徑的網(wǎng)狀天線。同理，由于互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星的發(fā)射數(shù)目成千上萬(wàn)，所以必須做得相當(dāng)小巧，以便一箭多星。例如，千帆星座此次發(fā)射的18顆衛(wèi)星，都是平板式外觀，以便堆疊在火箭整流罩的寶貴空間中。

　　此次千帆星座首批衛(wèi)星成功發(fā)射，不僅標(biāo)志著中國(guó)版“星鏈”正式開(kāi)建，也意味著上游衛(wèi)星、商業(yè)火箭制造以及相關(guān)設(shè)備、零部件企業(yè)真正擁有了“大客戶”，商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)鏈有望全程打通。

　　千帆星座的衛(wèi)星數(shù)目不是十個(gè)八個(gè)，而是成千上萬(wàn)。量變引起質(zhì)變，衛(wèi)星數(shù)量龐大，意味著將面臨許多前所未有的挑戰(zhàn)。

　　首先是生產(chǎn)。據(jù)專(zhuān)家介紹，申請(qǐng)到電信頻率和軌道之后，7年內(nèi)必須發(fā)射第一顆星，9年內(nèi)的發(fā)射總數(shù)須達(dá)到10%，12年內(nèi)達(dá)到50%，14年內(nèi)整個(gè)星座完成發(fā)射。公開(kāi)消息顯示，已知的千帆一期648顆衛(wèi)星中，一半由上海微小衛(wèi)星工程中心生產(chǎn)，另一半由上海格思生產(chǎn)。前者自主研發(fā)了衛(wèi)星智能制造平臺(tái)，建立起模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)線顆以上。后者今年能夠交付50顆至70顆衛(wèi)星，后續(xù)目標(biāo)年產(chǎn)270顆。按這些數(shù)字來(lái)估算的線顆的短期目標(biāo)，但要想實(shí)現(xiàn)14000顆星的完整組網(wǎng)目標(biāo)，還需努力擴(kuò)充生產(chǎn)線、進(jìn)行技術(shù)革新。

　　其次是發(fā)射。如果按一箭18星發(fā)射的線次發(fā)射，基本上每半個(gè)月就要發(fā)射一次。如果能夠做到一箭36星，發(fā)射計(jì)劃就可以更寬裕，只是要防范風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)橐淮伟l(fā)射太多的話，萬(wàn)一出意外，損失是相當(dāng)驚人的。到2027年底，發(fā)射壓力還不算很大，但是再往后看，若要達(dá)到2030年底千帆星座構(gòu)建完畢的目標(biāo)，至少每年要發(fā)射4200顆衛(wèi)星，相當(dāng)于117次“一箭36星”，這對(duì)衛(wèi)星的產(chǎn)能、火箭的產(chǎn)能、發(fā)射場(chǎng)的運(yùn)維管理都是巨大的考驗(yàn)。

　　接下來(lái)是太空碎片的隱患。自1957年蘇聯(lián)首次將人造衛(wèi)星送入太空，到2019年SpaceX星鏈上天前夕，人類(lèi)往地球周?chē)偣舶l(fā)射了約5000枚航天器。從2019年開(kāi)始，SpaceX星鏈僅憑一己之力，就把這個(gè)數(shù)字翻了一倍有余。如果千帆星座和其他各方的類(lèi)似計(jì)劃進(jìn)展順利的話，這個(gè)數(shù)字還會(huì)繼續(xù)上升。一個(gè)目前無(wú)法改變的客觀事實(shí)是，衛(wèi)星壽命有限，航天發(fā)射也會(huì)產(chǎn)生不少“副產(chǎn)品”，這些不受控的太空碎片會(huì)給在軌衛(wèi)星帶來(lái)極大威脅。2021年7月和10月期間，SpaceX星鏈衛(wèi)星曾先后兩次接近中國(guó)空間站，迫使空間站采取緊急機(jī)動(dòng)措施以避免碰撞。跟蹤、清理或規(guī)避太空碎片，保證空間軌道的安全，始終是擺在各國(guó)航天機(jī)構(gòu)面前的一大難題。

　　最后是衛(wèi)星數(shù)量激增對(duì)科研工作的影響。衛(wèi)星在可見(jiàn)光和射電波段都非常明亮，會(huì)嚴(yán)重干擾科學(xué)觀測(cè)。2020年11月，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡正在對(duì)一片天區(qū)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間曝光時(shí)，SpaceX星鏈1619號(hào)從望遠(yuǎn)鏡上方僅幾千米的地方掠過(guò)，在照片上留下一道又粗又亮的軌跡，讓觀測(cè)功虧一簣。成批衛(wèi)星在剛剛發(fā)射上天時(shí)，更是會(huì)排成一隊(duì)，浩浩蕩蕩地穿過(guò)望遠(yuǎn)鏡的視野。針對(duì)這些問(wèn)題，SpaceX也做了一些彌補(bǔ)方案，包括使用低反射涂層、遮光罩以及利用鏡面把陽(yáng)光反射回太空等。不過(guò)，在空間望遠(yuǎn)鏡的超高靈敏度面前，這些減光措施收效甚微。

　　其實(shí)，千帆星座不是我國(guó)唯一規(guī)劃的巨型星座。2020年9月，我國(guó)以“GW”為代號(hào)申報(bào)了低軌衛(wèi)星星座，共計(jì)12992顆衛(wèi)星，由2021年成立的中國(guó)星網(wǎng)集團(tuán)負(fù)責(zé)，其首批衛(wèi)星有望很快發(fā)射。

　　“九游娛樂(lè)最近有什么新活動(dòng)？”

　　這些巨型星座計(jì)劃需要大幅提高發(fā)射能力，來(lái)降低發(fā)射成本。為此，我國(guó)正在大力推動(dòng)可回收火箭的研發(fā)。除了成本考量之外，可回收火箭還能夠有效減少太空碎片。在這一領(lǐng)域，北京星際榮耀和藍(lán)箭航天都是民營(yíng)航天企業(yè)中的翹楚。作為國(guó)家隊(duì)，中國(guó)航天科技集團(tuán)八院也已成功進(jìn)行了國(guó)內(nèi)首次10公里級(jí)垂直起降飛行試驗(yàn)。樂(lè)觀估計(jì)，到2025年，將有多款可回收的中型運(yùn)載火箭各自完成首飛。

　　為了提高發(fā)射流量，新的發(fā)射場(chǎng)也在緊鑼密鼓地建設(shè)中。2023年12月，海南國(guó)際商業(yè)航天發(fā)射中心一號(hào)發(fā)射工位竣工。這個(gè)工位專(zhuān)為國(guó)內(nèi)新一代中型火箭長(zhǎng)征八號(hào)設(shè)計(jì)，是發(fā)射中心的核心，也是保障國(guó)家重大任務(wù)的重要設(shè)施。2024年6月竣工的二號(hào)發(fā)射工位，則具有更強(qiáng)的兼容性，能滿足包括長(zhǎng)征、快舟、捷龍等多個(gè)火箭系列十余種型號(hào)的發(fā)射要求。

　　在生產(chǎn)源頭，我國(guó)微小衛(wèi)星制造能力成長(zhǎng)迅速。中國(guó)航天科技集團(tuán)和中國(guó)航天科工集團(tuán)旗下的國(guó)有企業(yè)以及銀河航天等民營(yíng)航天企業(yè)均新建了制造中心，中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院也在這一領(lǐng)域積極開(kāi)展工作。此外，香港也于2023年7月建成并啟用了ASPACE衛(wèi)星制造中心。

　　總體來(lái)看，作為技術(shù)迭代快、經(jīng)濟(jì)效益高、產(chǎn)業(yè)協(xié)同性強(qiáng)的航天新業(yè)態(tài)，商業(yè)航天已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要增長(zhǎng)點(diǎn)，作為新質(zhì)生產(chǎn)力產(chǎn)業(yè)發(fā)揮著積極作用。而作為商業(yè)航天的重要作品，建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)星座不僅可以消除傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)連接的地理限制，還能夠多角度、全方位地促進(jìn)前沿科技的發(fā)展。無(wú)論在過(guò)程中將遇到什么樣的挑戰(zhàn)、需要解決什么樣的問(wèn)題，隨著互聯(lián)網(wǎng)星座計(jì)劃的實(shí)施，我們都可以期待一個(gè)更加高效智能的世界。（完）