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“卫星互联网”来了!

来源:解放军报2019-12-27 09:31

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  10月22日,SpaceX公司CEO马斯克用手机发出了通过“星链”卫星传输的第一条推文。这意味着,在不借助光纤、地面基站或其他手持终端的情况下,利用低轨卫星通信系统,便捷的互联网连接正在实现。

  近些年来,为满足全球不断增长的卫星宽带接入需求,特别是解决边远地区的互联网接入问题,这种“卫星+互联网”模式成为新热门。众多创新型企业纷纷着手打造低轨卫星星座,引发卫星互联网的发展热潮。国外的“星链”计划、“柯伊伯项目”等技术方案,就是其中的典型代表。

上为“星链”计划全球部署轨道示意图。

  行动起来的世界

  卫星星座通信系统并不是新鲜事物,在它的发展历程中,最为典型的就是20世纪80年代末摩托罗拉公司推行的“铱星系统”。该系统最初计划用66颗卫星分6个轨道面构成一个全球低轨卫星通信星座,突破基于地面的蜂窝无线通信系统局限,成为第一代真正依靠卫星星座支撑的全球移动通信系统,即卫星互联网系统。但由于技术难度、运营成本、经营管理等多方面原因,摩托罗拉公司投资组建的铱星公司于1999年3月宣布破产。

  20余年匆匆过去,科技的进步彻底改变了全球无线通信的面貌,“铱星系统”也获得低调的“重生”。目前,新的铱星通信公司已实现稳定盈利,其“铱星次时代系统”也在初代“铱星系统”基础上取得长足发展,不仅大大降低了建设成本,在数据传输速率上也有了较大进步。其公司负责人表示,现在铱星数字终端能满足世界任何角落的传输需求。比如可安装在管道、电网、出租车甚至北极熊等需要数字监测的对象上。

  然而,卫星互联网可不是简单的卫星通信。绝大多数生活在城市的人们可能感觉不到,目前全球还有数十亿人,因为现有地面网络设备覆盖率并不高,未能享受到互联网带来的便捷生活。随着科技的发展,众多高技术公司的卫星互联网星座计划如雨后春笋,其主打功能就是天基高速互联网接入服务,用于触及地面接入方式无法到达的地球上众多“空白”区域,进而极大提高全球范围内的高速数据传输服务覆盖率。

  近年来,在谷歌、脸书、欧洲卫星通信公司等互联网巨头和卫星运营商的支持推动下,SpaceX、OneWeb、O3b等创新型企业纷纷计划打造由低轨小卫星组成的星座系统,用于解决上述问题,引发全球性发展热潮。

  O3b公司在创立之初,就旨在为全球尚未接入互联网的30亿人口提供服务,目前已有20颗卫星在轨运行,开始商业化服务。

  成立于2012年的美国OneWeb公司提出的星座互联网计划,预计一期组网卫星数量为650多颗,后期逐步增加到900多颗,目标是到2025年为全球超过10亿用户提供宽带服务。

  韩国三星公司在2015年提出了自己的“太空互联网”计划,预备发射4600颗低轨道微型卫星,为用户提供低成本的互联网接入服务。据称,如此大规模的星座系统,具备每月约10万亿GB的数据传输能力。

  波音公司2016年向美国联邦通信委员会提出申请并得到许可,启动和运行一个总计由2956颗卫星组成的卫星网络。亚马逊公司2019年提出“柯伊伯项目”,计划将3236颗卫星送入近地轨道,提供从北纬56°到南纬56°的互联网服务,今年7月获得美国联邦通信委员会批准。

  总体来说,卫星互联网覆盖广、容量大,不受地域影响,具备信息广播等独特优势,作为地面通信的补充手段,可有效解决边远散、海上、空中等用户的互联网服务问题。

  可圈可点的“星链”

  在众多的卫星互联网计划中,美国SpaceX公司的“星链”计划进展迅速,目前已进入实质部署阶段。2015年1月,“星链”计划正式提出,旨在建立覆盖全球的卫星互联网星座。对于“星链”计划,该公司有关人士这样向外界介绍:“重点是建立一个全球通信系统。从长远来看,我们真正要做的是在太空中重建互联网。我们的目标是让大部分远程互联网流量和大约10%的本地消费者及商业流量,都通过这个网络传输,而90%用户的本地访问仍然可以通过光纤进行。”

  “星链”计划最突出的特点就是规模庞大。SpaceX公司计划分别在340公里、550公里、1150公里3个轨道高度上部署约1.2万颗卫星,这个数目是全球目前在轨卫星总数的5倍。随后又提出新的申请,计划增加3万颗卫星,使“星链”计划卫星总数达到4.2万颗。虽然近年全球在轨卫星数量已进入快速增长阶段,但如此庞大的规模还是令人咋舌。

  “星链”计划的可行性,首先来源于可回收式火箭发射技术的迅猛发展,使得入轨成本大幅降低。今年5月24日上午10点30分,随着“猎鹰9”运载火箭的升空,首批60颗“星链”卫星被一次性发射入轨,创下了人类历史上单次卫星发射升空数量之最。11月11日,第二批60颗“星链”卫星再次发射并成功入轨,实现了“猎鹰9”运载火箭的第4次重复使用和整流罩的首次重复使用,使“星链”计划的工程化实施向前迈进了一大步。此次发射后,SpaceX公司拥有的在轨卫星数量达到117颗(第一批有3颗失联),一举超过众多机构,成为全球第二大卫星运营商。

  另一方面,“星链”卫星的批量生产,也显示出SpaceX公司强大的整星制造能力,标志着微小卫星已进入工业化量产时代,同样带来了整体成本的下降。同时,为了配合“星链”计划的有效实施,SpaceX公司还向美国联邦通信委员会申请建设100万个卫星地球站。可以想见,“星链”计划的推进,将带动人类卫星制造、发射、管控等领域的全流程能力提升。“星链”卫星作为一个可以量产的低轨卫星平台,在搭载其他载荷后,也将具有十分广阔而多元的应用前景。

  不得不说的隐忧

  随着科技的不断进步,人类开发利用太空的步伐在加快。统计表明,仅2017、2018两年,全球在轨卫星就增加了约500颗,要知道此前人类用了54年才让卫星数量突破1000颗。但是卫星互联网动辄成百上千,甚至数万颗的部署计划,还是让人们不得不担忧是否脚步太快了以及由此带来的各类风险挑战。

  首当其冲的就是空间轨道资源和频谱资源的大量占用。成千上万颗高速运行的低轨卫星,将使低轨轨道变得“拥堵”,增加了碰撞风险,并且容易造成连锁反应,产生大量空间碎片,对现有航天器带来毁灭性打击。低轨互联网卫星受大气影响,使用寿命普遍比高轨卫星短。如何回收或处理报废卫星也是一大难题。

  大量低轨卫星的出现,同样对天文观测提出了巨大挑战。据外媒报道,在“星链”计划第二批卫星发射成功后,一些天文学家展示了“星链”卫星在他们观测范围内留下的高亮轨迹,并表达了担忧:低轨运行的卫星亮度远超大部分天文观测目标,拥挤的近地轨道,将使天文观测和科研受到越来越多的光线干扰。

  同时,这类全球卫星星座计划“天生”就可用于军事,也将构成对空间安全的潜在威胁。

  目前,各国的军用卫星系统主要基于少量的、大型高价值卫星。一旦这些大型卫星遭遇攻击或出现故障,将会对部队行动所依赖的天基系统造成致命打击,而使用大量的小型、廉价卫星,则能在很大程度上避免类似情况发生。从目前各类卫星互联网发展计划来看,都可提供低成本、低延时、全球覆盖的高速互联网服务,为作战单元提供全球通信能力。美国国防部航天发展局于今年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”。

  此外,卫星星座在搭载军用载荷后,也可以实现多方面的军事应用。大量廉价的工业化标准卫星平台的出现,可有效降低军用载荷的入轨成本,满足各类军事应用需求。

  由此看来,着眼未来太空资源的和平开发利用,如何应对其中的一系列潜在安全风险,是一道亟待全人类共同探讨解决的课题。既任重道远,又迫在眉睫。

[ 责编:丁玉冰 ]
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