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近期，在太原卫星发射中心，长征六号甲运载火箭成功将千帆极轨01组的18颗卫星送入预定轨道，发射任务获得圆满成功。此次发射的是我国低轨互联网“千帆星座”（也叫“G60星座”）的首批组网卫星，标志着我国规模在1万颗以上的大型低轨星座，正式拉开建设大幕，也标志着我国向全球卫星互联网领域迈出了重要一步。
2024年8月6日14时42分，我国在太原卫星发射中心使用长征六号改运载火箭，成功将千帆极轨01组卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。新华社发（郑斌 摄）
这18颗卫星是上海垣信卫星科技有限公司“千帆星座”第一代卫星（GEN1卫星）中的第一批次。按照规划，“千帆星座”今年预计将发射108颗低轨卫星；到2025年底发射648颗低轨卫星，提供区域网络覆盖；到2027年底完成发射1296颗卫星的一期建设，实现全球网络覆盖；预计到2030年底形成约1.5万颗低轨卫星部署，以实现全球范围内的互联网接入服务。
在国家政策和各方资本的关注下，卫星互联网作为新蓝海赛道正吸引着更多玩家入局。随着组网工作的持续深入，未来中国在全球卫星通信领域的竞争力将得到显著提升，进而能够提供更广泛、更高质量的服务。
文｜田硕
来源：瞭望智库（zhczyj）
理想的解决方案
提起卫星互联网这个概念，很多人会想到太空探索技术公司（SpaceX）的星链（Starlink）。卫星互联网作为一种基于卫星通信技术接入互联网的新型网络架构，通过一定数量的卫星形成规模组网，可以通俗地理解为将地面基站的功能搬入空中的卫星平台，每颗卫星都成为天空中的移动基站，从而辐射全球，为全球范围内的用户提供灵活便捷的互联网接入等通信服务，被誉为是继有线互联、无线互联之后的第三代互联网基础设施革命。
2022年2月22日，在美国加利福尼亚州范登堡空军基地，“猎鹰9”火箭发射升空。新华社发（美国太空探索技术公司供图）
互联网已经成为生活工作中的重要基础设施。但互联网是否真的是“无处不在”？根据统计，全球尚有27亿人口、70%的地理空间，未能实现互联网基础设施的覆盖。一旦到偏远或欠发达地区，传统的陆地移动通信服务就鞭长莫及。让运营商去全球各地建基站，显然是不现实的，于是科学家们提出，将基站“搬”到太空中，这就是卫星互联网。
相较于传统互联网，卫星互联网提供了一种理想的解决方案，可以在无法建设地面基站的边远区域（如荒原、草原、沙漠、冰原等）和海洋、空中等地区，构建全球范围内的全天候、全天时移动网络，从而解决了传统地面网络覆盖受限的问题，减少在人口稀少和偏远地区建立地面基站的成本。此外，遇到地震、洪水等特大自然灾害，地面通信基站和电力系统被大规模破坏时，天上的卫星互联网便能派上用场。
即将于2030年到来的6G通信要实现从传统地面接入向空天地海全方位多维度接入的转变，网络架构需要支持天基、空基、地基多种接入方式。这也需要低轨卫星互联网的支持，以提供更广阔的覆盖范围和更高的通信可靠性。
需要指出的是，大型低轨星座并不是地面移动通信网络的替代者或者竞争者，而是有益的补充和增强。前者主要服务分布面积广大，但需求量较低的分散客户，同时部分补充后者的服务，而后者依旧是通信系统的绝对骨干。
当前的商业卫星互联网大多采用低轨道巨型星座系统。高轨卫星距离地面约3.6万千米，只需要几颗就能实现全球覆盖，但也导致通信时延长。低轨卫星通常在距地球表面300千米至2000千米的高度运行，与高轨卫星相比，低轨卫星通信以其传输时延小、信号损耗低和系统容量高的优势，成为卫星通信领域的重要发展方向。但其覆盖范围较小，需要大量部署才能实现全球覆盖。
一星多用
得益于人工智能、软件、电子等技术发展，卫星互联网也向一星多用方向进化。例如SpaceX的星链团队近年面向美国政府和国防客户推出的“星盾”子产品，卫星上就搭载了预警、遥感等功能模块。目前，几十公斤重的遥感模块即可实现优于1米的对地观测分辨率，足够发现汽车大小物体、分辨舰艇型号；并可通过多星接力，对特定区域进行24小时不间断观测。除此以外，低轨星座在导航增强、科学实验方面的实用价值也已经被验证。“通（信）、导（航）、遥（感）”一体化服务是未来低轨星座的必然面貌。
若应用于军事，得益于长期驻留能力，低轨卫星在战场侦察、电子对抗、反导拦截、通信保障等方面具备极大的潜力。其所具有的全球化高带宽波束覆盖，可大幅增强军队的信息化能力。若搭载相关载荷，还可以实现全天候、全天时的天基侦察监视能力，精确地了解战场情况。自2019年起，美国军方就与SpaceX不断加强在星链项目上的合作。在俄乌冲突中，星链的网络支持使乌军在通信、侦察等方面获得较大助力。
大型低轨星座还具备极强的生存能力。以星链为例，其规划卫星总数超过4万颗，这意味着只摧毁少数卫星并不会影响系统整体性能，而摧毁大量卫星，又极有可能引发导致人类失去全部航天能力的凯斯勒效应。
【注：凯斯勒效应由美国学者唐纳德·J·凯斯勒（Donald J. Kessler）于1978年提出。这一理论认为，当地球周围空间中航天器达到一定数量，一旦其中两者碰撞，产生的碎片又会引发更多连锁碰撞，最终导致地球周边布满碎片，人类在短则几十年长则数百年时间内无法进行包括发射洲际导弹在内的任何航天活动。】
目前学界公认，对于星链级别的星座，偶发碰撞即有可能将1000千米以下的近地轨道置于危险境地，因此物理上摧毁这类卫星得不偿失，防御方应优先考虑电子对抗、伪装欺骗等软性手段，特别是不受地球曲率和地面障碍物影响的、基于己方星座发起的软性手段。
抢占低轨资源
粗略测算，在同层与跨层卫星间最小安全距离均为50千米的情况下，最多只有35个轨道壳层，总计可容纳约17.5万颗低轨卫星。按照其他一些考虑到频率分配的算法，则最多只能容纳约6万颗卫星。
在星链计划之前，这样一个数字意味着资源无限可用。然而星链计划执行至今，短短5年内就发射了6000多颗，其最终发射目标约为4.2万颗，这不禁让各国感到了近地轨道空间资源被独占的危险。由于空间轨道和频段资源的有限性和排他性，低轨卫星互联网已成为各国科技竞争新赛道，也是“兵家必争之地”。
早在地球同步轨道卫星独占通信市场的年代，世界已经经历了一次空间资源紧缺的危机。当时按照避免相撞和相互干扰的原则，每颗同步轨道卫星的漂移范围限制在±0.1°，地球同步轨道上最多只能部署1800颗卫星。这使得全球卫星通信几乎被发达国家所垄断。
全球对近地轨道资源和无线电频率资源的竞争非常激烈，国际电信联盟（International Telecommunication Union, ITU）规定，卫星频率及轨道资源的优先使用权遵循申报顺序原则，谁先提出申请，谁就享有空间轨道和频率的优先使用权，即“先登先占、先占永得”。所有卫星运营商必须先向ITU提出申请，从申请到发射是有时效的，不能只订座不到场。7年内必须发射第一颗卫星，9年内发射总数必须达到10%，12年内发射总数需要达到50%，14年内整个星座必须完成发射。这也对组网星座的项目执行效率提出了严格要求。近地轨道甚至无法像地球同步轨道一样为后发国家保留基本的权利，而先行者将始终保持垄断性的优势和收益。
地球低轨卫星的容量限制约为6万颗，但各国已提交的申报数量已超过7万颗，其中尤其以SpaceX的迅猛发展最为引人注目。从2019年5月23日，首批60颗星链卫星发射进入太空，截至2024年8月6日，星链已发射184批次，共发射卫星6851颗。其中故障或脱轨538颗，在轨6313颗，正在运行的卫星6239颗，处于运行轨道的卫星5823颗。
星链已经做到了全球业务覆盖，获准在99个国家运营，用户突破300万户，成为全球规模最大的商业宽带卫星群。2023年11月，SpaceX宣布星链业务已经实现正现金流，开始盈利。英国一网公司（One Web）紧随其后，从2019年2月27日发射首颗试验卫星以来，目前在轨卫星数量已超过600颗，其星座计划已经接近部署完成。
时不我待，蓄势待发
美国、英国、加拿大、俄罗斯、德国等国都陆续发布了低轨卫星互联网组网计划。构建互联网卫星星座，不但有实用性，而且有紧迫性。
2020年4月，我国首次将卫星互联网纳入“新基建”范畴，卫星互联网建设上升至国家战略性工程。2021年4月，中国卫星网络集团有限公司成立，负责统筹规划我国卫星互联网领域发展。其成立是中国卫星通信、卫星应用产业的一个里程碑。第二年国家卫星互联网建设计划“星网工程”正式立项。
目前除了“千帆星座”之外，我国还规划了另外两个星座计划，其中一个是由中国卫星网络集团有限公司牵头的“GW星座”，计划打造一个由1.3万颗卫星组成的中国星链主体。2020年，“GW星座”向ITU提交了星座频轨申请，其中GW-A59子星座6080颗，分布在500-600千米的轨道；GW-A2子星座6912颗，分布在1145千米的轨道。另一个是蓝箭航天旗下鸿擎科技主导的“鸿鹄星座”，2024年5月，鸿擎科技向ITU提交了频轨申请，将在160个轨道平面上总共发射1万颗卫星。
目前，星链的主要客户来自常驻偏远地区的机构和居民、航空、车船以及防务相关业务，全球总用户超过300万。事实上，这只是最终潜在客户的一小部分。综合中、美、欧等方面研究，未来自动驾驶汽车和航空器、物联网、因各种原因被迫离开地面网络覆盖的人员、无人操作设备等，都是大型低轨星座非常确定的用户，其数量超出现有几个数量级。因此，我们国家同样有望构建起经济上可持续的大型低轨星座，做大国民经济蛋糕。
对于“星链”计划可能带来的挑战，有分析人士认为，它必然不是一个单纯的商业计划，事实上空天资源的争夺一直是大国角力的“战场”。从技术研究角度，我们能做的是加快推进研究进度，突破核心技术，尽快申请抢占。在此基础上积极参与国际标准化组织开展的卫星标准制定工作，争取占据卫星标准制定的主导权。同时应当考虑在卫星互联网和其他太空领域开展国际合作，积极参与到各类国际项目的合作与标准制定之中，提升我国在卫星领域的国际影响力。
商业航天，必然选择
传统意义上，航天由国家主导。而如今，单纯依靠“国家队”显然已难以满足行业发展的需求。鼓励和支持民营商业航天企业加入，成为推动行业发展的必然趋势，也成为推动科技进步和产业升级的新引擎。作为新质生产力的代表性新兴产业之一，商业航天正从导入期转向成长期，其所取得的成就，离不开政策的支持。
2024年6月3日，航天科工火箭技术有限公司快舟火箭结构设计师检查产品内部状态。新华社记者 胡竞文 摄
中国商业航天起步于2014年。2014年11月，国务院首次发布《鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设的指导意见》。自此，商业航天在中国正式破冰起航。2024年，商业航天首次被写入政府工作报告。《中共中央关于进一步全面深化改革、推进中国式现代化的决定》更是再次提及发展航空航天、人工智能等新质生产力，加速推进中国式现代化的目标。
各级地方政府也对商业航天表现出越来越多的热情。比如，2023年10月，上海市发布《上海市促进商业航天发展打造空间信息产业高地行动计划（2023—2025年）》，旨在推动上海市商业航天产业的发展，打造一个具有全球竞争力的空间信息产业集群。
2024年1月，北京市发布《北京市加快商业航天创新发展行动方案（2024—2028年）》并提出到2028年建成一个具有全球影响力的商业航天创新中心，实现多项关键技术的突破和应用，培育出一批国际领先的商业航天企业，使北京成为全球商业航天产业的重要枢纽。
在国家政策鼓励以及资本的助力下，一大批民营商业航天企业迅速涌现。包括星河动力、星际荣耀、东方空间、长光卫星、凌空天行与蓝箭航天等多家企业迅速成长壮大，在商业航天市场的竞争中占据了先发优势。
相关数据显示，2023年度，我国商业运载火箭的发射频次与成功率均实现显著提升，全年共完成13次发射任务，相较2022年的5次发射，同比增长率高达160%。业内人士预测，未来5年，我国低轨卫星制造及发射需求有望进入增长爆发期。按照相关规划，我国在后续十年内要完成2万多颗卫星的发射。卫星制造和卫星发射市场空间可达8313亿元，带动超过6万亿元的地面设备市场和近5万亿元的卫星服务市场。
此外，2024年4月发布的《2023中国商业航天产业投资报告》显示，2023年我国商业航天领域的投融资活动极为活跃，全年累计超过80起，所筹资金突破200亿元大关。从市场规模来看，2019至2023年，中国商业航天产业保持23%的年均复合增长率，显著高于全球增速。2022年中国商业航天的市场规模突破1.5万亿元，预计2024年将突破2.3万亿元。
发展大型低轨星座是我国航天的必选项，这既是挑战更是机遇。未来当我们仰望天空，除了看到灿烂繁星，还将感受到中国“星座”的光芒。
北京日报，《“千帆”启！中国版“星链”升空意味什么？》
