“星链”系统发展及发射部署情况分析

低轨星座起源于冷战时期的星球大战，作为天基动能反卫武器出现，最终因国际舆论反对而未能实现部署。但随着技术发展和全球通信需求的增加，商业公司于20世纪末开始探索利用近地轨道星座提供通信服务，但由于当时技术、市场等因素限制，低轨星座未能发展壮大。进入21世纪后，由于火箭运载能力和卫星制造技术都获得突破，加之低轨星座也在对地通信、地球观测和科学研究等多领域展现出巨大的潜力，各国政府、军方和商业公司争相向近地轨道部署星座，低轨星座得到快速发展。

20世纪80年代，“星球大战”计划下的“智能卵石”项目首次提出星座概念。作为“战略防御计划”（即“星球大战”计划）的一部分，美国曾拟在450km的轨道高度上，建造约1000个小型可机动“智能卵石”平台，以实现对目标卫星的有效拦截，该计划随着冷战结束而终止。

20世纪90年代，低轨互联网星座迎来第一次发展浪潮。当时，近地轨道卫星的低延迟通信得到了认可，催生了一批由数十颗卫星组成的商业星座，如“全球星”（Globalstar）、“铱星”（Iridium）等。但卫星通信较地面通信费用高、没有足够的市场需求、星座的维护成本过高等因素使这些计划以失败告终。

21世纪初，低轨星座的发展陷入低谷。但美国颁发了一系列政策鼓励商业航天发展，强调美太空活动的“经济竞争力”。在政策支持下孵化了一批商业太空公司，为近地轨道领域发展创造了空间。

2010年后，第二波低轨互联网星座浪潮兴起。美国政府通过“凤凰”（Phoenix）、“黑杰克”（Blackjack）等项目持续推动分布式小卫星的技术，提高太空系统的弹性。商业立方体遥感卫星星座取得快速发展，如：行星公司（Planet）的“鸽群”（Dove）、谷歌公司（Google）的“天空卫星”（SkySat）等。2012年，格雷格·惠勒首次申请了国际电信联盟（ITU）许可证，获得了Ku频段的通信许可，谷歌、SpaceX等公司均提出与之合作，正式揭开低轨互联网星座浪潮。随后，“一网”（OneWeb）、“星链”“光速”（Lightspeed）、“柯伊伯”（Kuiper）等大型近地轨道通信星座相继公布，“星链”星座凭借自主发射、快速迭代的优势发展迅猛。

“星链”卫星部署最初分三步走。首先是用1584颗卫星完成初步覆盖，轨道高度为550km，其中前800颗卫星用于满足美国、加拿大和波多黎各等国的天基高速互联网需求。第二步是用2824颗卫星完成全球组网，轨道高度包括550km、1130km、1275km和1325km，工作频段采用Ka频段和Ku频段，实现全球组网。第三步由7518颗V频段卫星组成，轨道高度为340km，实现全球覆盖。

（1）“一代星链”星座——全部获批且部署完毕

2016年11月，SpaceX公司正式向美国联邦通信委员会（FCC）提交“星链”星座建设的申请材料。2017年9月，美国FCC公布裁定文件，要求SpaceX公司更新监管框架，SpaceX公司向FCC提交补充材料，添加了太空碎片缓解方案。同年3月，FCC以附带条件的形式批准4425颗轨道高度为1150km的“一代星链”（Gen1），同时要求卫星任务结束后90%的卫星能够可靠地完成离轨。SpaceX公司在2018—2020年3次申请对“一代星链”星座的方案进行调整，主要涉及将卫星数量从4425颗减少至4408颗，卫星轨道高度全部从1150km降至550km。

“一代星链”星座的初始方案计划部署4425颗，分布在5个不同分组，经过修改后最终方案将4408颗卫星部署在4分组，补充分组与组3轨道高度和倾角相同（见表1）。分组1由1584颗卫星组成，目前该组即将部署完成，该组卫星可以覆盖52°（S）到52°（N）纬度范围（约为地球表面的80%），之前没有配备星间激光链路的卫星正在进行更换。分组2由720颗卫星组成，该组卫星将大大增加覆盖区域，这将使“星链”覆盖全球约94%的区域。分组3由348颗卫星组成，这组卫星部署优先级最低，所有部署到这一轨道的卫星都将配备星间激光通信链路。分组4将略微增加覆盖面积，大幅增加星座的带宽。补充分组将在另一个97.6°、560km的轨道上部署172颗卫星，均带有激光通信链路的卫星。

2024年8月，美国联邦通信委员会修改了SpaceX“一代星链”4408颗卫星的运营许可，批准SpaceX使用“二代星链”技术对其进行升级，允许“一代星链”卫星使用先进波束成形技术和配备数字处理技术进行窄波通信。窄波可以充分使用许可频率，并增加网络容量，新的卫星质量约为300kg。

（2）“V频段星链”星座——全部获批但已放弃部署

SpaceX公司还在2017年3月向FCC申请了“V频段星链”星座，共计7518颗，作为“一代星链”星座的补充，目标是为用户提供更高的互联网容量和带宽。2018年11月，“V频段星链”星座计划获得FCC批准，FCC要求SpaceX公司在2024年完成半数卫星部署，2029年完成全部卫星部署。由于“V频段星链”星座的通信频段和“一代星链”星座及“二代星链”星座的Ka/Ku通信频段不一致，用户终端设备很难共用。2022年12月，FCC发布了“二代星链”星座计划的批准公告称，SpaceX公司将修改“V频段星链”的许可，在“二代星链”获取批准后，将把“V频段星链”有效载荷集成到“二代星链”卫星上，不再单独部署V频段星座，减少在轨卫星的数量。

（3）“二代星链”星座——部分获批部署中

2020年5月，SpaceX公司正式向FCC提交3万颗“二代星链”（Gen2）星座申请，使用Ku、Ka和E频段频率提供固定卫星服务（FSS）。由于“二代星链”星座的规模非常大，遭遇了众多卫星运营商和研究机构的反对，涉及太空碎片、通信干扰、发射窗口限制等多方面的问题。2021年8月，SpaceX公司提出使用“超重-星舰”（SuperHeavy-Starship）部署29988颗卫星和使用猎鹰-9部署29996颗卫星两套方案，并针对申请进行了修正补充，以提升网络的均匀一致性，并提升网络对极地地区的覆盖，满足偏远地区和军方用户需求。2022年1月，SpaceX确定采用“超重-星舰”部署方案（见表2）。

2022年12月1日，FCC发布了“二代星链”星座计划的批准公告，允许SpaceX公司部署至多7500颗“二代星链”互联网卫星，轨道高度集中在525km、530km和535km，轨道倾角分别为53°、43°和33°（即表3中标注出的3个轨道高度），轨道高于“国际空间站”（ISS），但低于“一代星链”星座。另外，FCC于2024年3月通过SpaceX公司使用E频段频率的审议，E波段可以提高卫星的带宽容量，使“二代星链”卫星的容限比早期版本增加4倍。由于“超重-星舰”研制进度低于预期，无法按计划部署V2.0版卫星，SpaceX公司推出了V2mini版卫星，2023年2月通过猎鹰-9火箭发射首批卫星。2024年4月23日，SpaceX公司正式向FCC申请7500颗搭载V频段通信载荷的“二代星链”卫星。

“二代星链”由5～8分组组成，计划和部署情况如表3所示。“一代星链”和“二代星链”各分组卫星数量如图1所示。

（4）未来扩张计划

目前，SpaceX公司已经获得批准的卫星接近12000颗，距离目标的4.2万颗还差3万颗。为弥补未被批准的缺口，SpaceX公司于2023年10月以太平洋岛国汤加之名向国际电信联盟申请29988颗卫星，这些卫星将分布在288个轨道面上，运行轨道高度为350～614km。

（1）已发射任务的统计分析

2018年2月，SpaceX公司发射2颗测试卫星，2019年5月，SpaceX公司发射首批60颗“星链”V0.9卫星，之后开始大规模部署卫星。截至2024年4月15日，SpaceX公司共发射157批次共计6212颗卫星。其中，2023年共发射63批次共1984颗卫星，2023年共发射63批次共1984颗卫星，2024年已经发射25批次共562颗卫星。SpaceX公司有6个版本卫星，分别是试验星、V0.9、V1.0、V1.5、V2mini和V2.0。其中，V1.0和V1.5用于“一代星链”星座，V1.5、V2mini和V2.0用于“二代星链”星座，V2.0版卫星还未部署仍在研制过程中。历年“星链”卫星发射批次和数量如图2所示。

从2019年开始，SpaceX公司在不断地加快“星链”的部署，通过卫星低成本快速批产制造卫星、猎鹰-9火箭一子级的回收复用和3个发射工位的有效周转不断提升发射频率，从2020年的平均每26天发射一批优化到2024年的平均每4.32天发射一批，发射频率提高约6倍（见图3）。

目前，猎鹰-9火箭近地轨道运载能力可达17.5t，一次可以发射60颗V1.0卫星、53颗V1.5卫星以及23颗V2mini卫星，其中V2mini质量约为V1.0版卫星的3倍，所以一次发射数量约为之前的三分之一。从图4可以明显看出，V2mini版卫星从第91次发射开始部署，由于该版卫星质量的增加，在猎鹰-9火箭的运载能力受限的情况下，“星链”增长速度变缓。未来，如果“超重-星舰”投入使用，单次可以将100多颗1250kg且配备激光通信链路的V2.0卫星发射入轨，卫星通信能力可以实现质的跨越，“星链”规模将快速扩大。

（2）部署预测

1）“二代星链”星座。“二代星链”星座已发射部署接近2200颗卫星，剩余5300颗卫星待发射。为了配合高密度发射，SpaceX公司已实现了3天的发射台周转周期，计划在2024年进行144次猎鹰-9火箭发射。2021—2024年，猎鹰-9火箭共发射185次，其中120次发射“星链”卫星，“星链”发射次数约占发射总数的三分之二。据此估计，2024年用于“星链”部署的猎鹰-9发射次数为96次。理想状态下，按每年96次，每次发射23颗V2 mini版卫星计算，预计“二代星链”卫星将在2026年底部署完成，实际可能会在2027年完成部署。如果采用“超重-星舰”发射，每次可以向近地轨道运送约120t有效载荷，那么一次可将160颗V2mini卫星送入轨道，只需33次发射便可完成“二代星链”剩余卫星的部署。

2）“星链”星座最终版。未来，SpaceX还会获得更多的发射许可，要完成4.2万颗的部署目标，还需发射约3.5万颗“星链”卫星。如果是部署3.5万颗V2mini版卫星，通过猎鹰-9火箭发射则需要16年，但通过“超重-星舰”发射，按其投入使用后每年发射40次计算，那么6年内即可部署完成。如果将来部署3.5万颗V2.0版卫星，按猎鹰-9火箭每次将14颗卫星送入轨道计算，需要26年才能完成部署，但若通过“超重-星舰”发射可以在9年内完成部署。

“星链”系统由分布式小卫星组成，采用模块化、集成化、小型化设计。SpaceX公司不断优化生产工艺和流程，目前已实现批量制造。

“星链”卫星采用了平板设计，以最大限度地减小卫星体积。每颗卫星配备了至少4个相控阵天线以及单翼式可折叠太阳翼，还安装了定制的追踪器，可以确定每颗卫星的位置、高度和运行方向，确保卫星通信的精度。“星链”卫星还配备了霍尔离子推进器，可以自主进行在轨机动、轨道保持、位置调整与脱轨离轨，卫星具备在轨碎片跟踪和自主避让能力。部分卫星配备了激光通信链路，速度高达200Gbit/s。

“星链”卫星有个多个版本，2018年，SpaceX公司开始测试其卫星技术，通过猎鹰-9火箭将2颗测试卫星送入514km轨道上。2019年5月发射首批60颗V0.9版卫星，每颗卫星为227kg，具有多个高通量天线和太阳翼。2019年11月，“星链”开始部署V1.0版卫星，V1.0相比V0.9增加了Ka波段，卫星质量增加至260kg。V0.9和V1.0是“星链”早期的两个版本，后续“星链”还推出了V1.5、V2mini和V2.0版。“星链”卫星基本参数对比如表4所示。

V1.5卫星目前在“二代星链”中占据较大比例，卫星质量提升至295kg，增加了星间激光链路，使得卫星间能够直接相互通信，每颗V1.5卫星配备4个激光通信模块，分别连接到同一轨道面上的前后两颗卫星以及不同轨道面上的左右两颗卫星。

V2mini版卫星，质量约为800kg，配备了最新的氩气推进器，推力是V1.5卫星的2.4倍，比冲量是1.5倍。V2mini版卫星拥有两个可折叠太阳翼，展开后宽度约30m，表面积约104.96m2，拥有更强大的相控阵天线，并使用E波段回程技术使得带宽达到之前版本的4倍。另外，V2mini卫星的峰值功率可达5kW，极大提高了近地轨道的通信能力。

V2.0版卫星主要用于“二代星链”，仍在研制测试中。每颗卫星质量高达1250kg，长度约7m，拥有约25m2的天线。V2.0版卫星性能更强且配备激光星间链路，支持直接连接蜂窝网络的服务，支持手机直连。目前已经通过猎鹰-9发射多颗试验卫星，可以与手机直连通信。SpaceX公司未来计划使用“超重-星舰”发射V2.0版卫星，因为其体积较大，无法通过猎鹰-9火箭批量发射。

作为发射卫星最多、用户数量规模最大、全球影响力最高的卫星星座，“星链”系统在设计、开发和制造方面采取了创新的研制理念和模式。

（1）由简到繁的设计方法，去除冗余、精简“星链”系统

“星链”卫星最初设计时，从底层原理出发优先设出一款最简单的通信卫星，然后再添加新的功能。设计团队还优先考虑模块化设计，如将天线与飞行计算系统集成，最后通过不断地思考、精简和创新设计出一款简单的平板卫星，不仅体积小，成本也是常规卫星的1/10。另外，“星链”的设计生产采用“为生产而设计”的理念，在卫星研发过程中，充分考虑所设计的系统、部件的制造难易程度，并将卫星的规模化制造放在卫星研发的重中之重的地位。

（2）坚持核心自主研发，掌握“星链”创新优势

对于“星链”的核心系统、核心部件，SpaceX公司坚持自主研发，掌握关键核心技术，非核心部件、非关键系统领域则与外部企业展开合作，提高生产效率和降低生产成本。目前，“星链”卫星的星载高通量通信天线、卫星间激光通信设备、霍尔推进器以及部分太阳翼等，均由“星链”部门独立研发、自主生产。地面通信终端、地面卫星站通信系统、卫星金属部件精加工等由外部企业完成。

“星链”系统虽然离最终建设目标还有很大差距，但已表现出极高的系统能力和广泛的应用潜力，其研发思路值得研究，而其军事潜力则需要加以密切关注。

“星链”的大规模部署对发射成本、周期和运载能力提出了极高要求。具备大推力、低成本、可重复使用和快速周转能力的运载火箭是大规模部署星座的基础。运载火箭的可重复使用可以大幅降低航天发射费用，同时通过采用新的设计理念和先进的发射方式可以缩短发射周期并提高发射的机动性和灵活性。大推力火箭则可以通过提升每次部署的数量来加速星座建设，目前以猎鹰-9的运载效率，到2027年无法按期部署1.2万颗卫星，若“超重-星舰”投入使用则可以按期完成。

低轨星座的大规模部署需要在短时间内完成大量卫星的设计、生产、测试及发射，不仅对火箭的运载能力有要求，同时对传统卫星小批量的生产模式带来了巨大挑战。SpaceX公司使用“规模化批量生产”的先进理念，在卫星的设计阶段就考虑制造问题，同时采用设计与制造协同的策略，让设计人员直接参与卫星的制造，可以直接与生产人员沟通，建立了有效的反馈机制。此外，该公司还不断优化生产流程和创新生产技术，通过垂直整合生产，实现关键技术的自主可控，降低成本。通过持续迭代优化，不断对生产线进行调整升级,以适应新版本卫星的生产需求，展现出极大的灵活性。

“星链”已经不只是一个单纯的商业计划，其潜在的军事能力能够有效满足政府和国防部的需求。2022年，SpaceX公司宣布启动“星盾”（Starshield）计划，面向国防部等重点政府用户提供集遥感、通信和载荷搭载等服务于一体的融合服务，充分利用“星链”技术以及SpaceX的发射能力，支撑国防需求。未来，“星链”卫星可以通过携带各类载荷，在通信中继、情报侦察、目标指示与引导打击、预警探测、防御拦截等广泛军事领域实现应用。