空間頻率軌道爭奪戰

　　巨型低軌通信星座技術，正在掀起半個世紀以來一場最大規模的太空「圈地運動」。

彭天放

　　4月27日晚，北京的夜空迎來了一批特殊的「訪客」——列隊整齊的一串「流星」排成肉眼可見的「一字形」緩慢地划過天空。這並不常見的奇特景象引來許多市民錄像轉發，不少人一度聯想到了UFO。4天後，同樣的景象又出現在廈門的夜空……

　　儘管很多國人對這幕場景感到陌生和驚奇，但國內熟悉航天產業的人早已在嚴陣以待這批特殊「訪客」。它們不是UFO，而是來自美國一家著名的科技企業太空探索技術公司（SpaceX）的衛星陣列。6月3日，該公司用一枚「獵鷹9」火箭將「星鏈」計劃第8批60顆衛星送入太空。至此，「星鏈」計劃成功發射的衛星已近500顆，剛過其計劃發射量的百分之一。

　　巨型低軌通信星座技術，正在掀起半個世紀以來一場最大規模的太空「圈地運動」。

新「太空競賽」

　　什麼是巨型低軌通信星座？——簡單來說，就是通過數量巨大的、運行在低地球軌道（高度大約300~2000公裡）的衛星組成的衛星通信系統，給地面用戶提供類似「Wi-Fi」效果的網絡服務。這項技術有望解決目前地球上超過80%的面積以及接近50%的人口無法上網的問題。

　　這種通過衛星給地面用戶提供網絡信號的技術，伴隨著上世紀末「銥星計劃」的失敗，原本幾乎已被業界放棄。但隨著衛星發射成本的迅速下降，以及衛星本身通信性能的提升，以低軌通信星座為代表的衛星網際網路，近幾年內迅速成為了航天產業中最具商業潛力和戰略意義的發展方向。

　　衛星物聯網、天地一體化的「6G」網絡、跨越國界的信息服務能力、金融等行業的廣闊應用前景，伴隨著巨型低軌通信星座技術，引起了許多國家和企業的關注。

　　這其中最著名的項目，可能就是「星鏈」計劃了。太空探索技術公司創始人埃隆·馬斯克宣稱，要用一個包含42000顆衛星組成的巨大星座，組成一個覆蓋全球的網絡，為全球人口提供服務。

　　截至今年1月，全世界累計公布的類似通信星座項目數量達到37個，涉及至少12個國家的30家企業，擁有具體發射和部署計劃的衛星總數超過34235顆，而且這些數字還在不斷增加。要知道，自從1957年第一顆人造衛星誕生以來，人類在63年的時間內總共發射的衛星數量，根據不同的統計數字也就9000顆左右，而目前在天上運行的衛星數量大約只有2000顆。

　　也就是說，這一輪圍繞低軌通信星座展開的新「太空競賽」，很可能會讓太空中的衛星數量在短時間內暴漲20倍以上。這就帶來了一個巨大的問題——空間頻率和軌道資源的激烈爭奪。

頻率軌道資源「圈地運動」

　　頻率和軌道是衛星運行中必不可少且極其稀缺的資源。一顆衛星所佔據的通信頻率和運行軌道，是很難跟其他衛星共享的。新發射的衛星必須規避已有衛星的通信頻率和飛行軌道，否則就會產生通信上的相互幹擾，甚至衛星相撞的嚴重事故。2009年2月，俄羅斯西伯利亞上空就發生了美國的一顆商用通信衛星和俄羅斯一顆報廢的通信衛星劇烈相撞的事故。

　　近年來，爆炸式增長的星座數量和建設規模，使太空頻率軌道資源的競爭達到了前所未有的激烈程度，一場圍繞頻率軌道資源展開的太空「圈地運動」已悄然展開。

　　這場「圈地運動」的裁判，也就是太空頻率軌道資源的分配者，是聯合國專門機構國際電信聯盟（ITU），其分配的總原則是「先申報先使用」。

　　根據ITU《無線電規則》等相關條款要求，所有衛星系統在投入使用前，必須向ITU申報並登記其頻率軌道資源的使用信息，即衛星網絡資料。也就是說，頻率軌道使用權的確認不是看發射日期，而是以申報通過的日期順序為準。我國歷史上就曾經發生過這樣的情況——衛星率先入軌，但因為申報晚，只能被迫讓出軌道變成沒法提供服務的「流浪衛星」。

　　在通信星座最關注的非靜止軌道（NGSO）衛星領域，根據ITU在2019年11月公布的數據，目前共有224份通信類衛星網絡資料，衛星總數達156298顆，分別集中在Ku（22555顆）、Ka（60688顆）、V（60470顆）、E（12585顆）四個頻段上。可以看出，中低軌道Ka和V頻段衛星的頻率軌道資源競爭已趨於白熱化。

　　從衛星申報的所屬國家來分析，目前法國、美國、中國和英國4個國家申報資源最多。特別是法國，雖然沒有公布明確和具體的衛星計劃，但其頻率軌道儲備最積極，巨型星座最多。此外，加拿大、挪威、列支敦斯登、賽普勒斯等國家也不甘示弱，在多個頻段和軌道高度儲備資源，待價而沽。

　　5月29日，賽迪顧問物聯網產業研究中心與新浪5G，聯合發布了《「新基建」之中國衛星網際網路產業發展研究白皮書》。白皮書指出，地球近地軌道可容納共約6萬顆衛星，其中，太空探索技術公司等美國公司已提出明確部署計劃，到2029年，將合計完成46100顆衛星的發射任務。

　　在這輪圍繞太空頻率軌道資源「擠兌式」申報的背後，隱藏的是世界各國都陸續感覺到的一個技術趨勢——在人類目前的技術條件下，類似「星鏈」這種巨型低軌通信星座，很可能是一項具有排他性和極大先發優勢的技術。

　　什麼叫排他性呢？拿軌道來說，原本低地球軌道這片空間一度被認為是不那麼稀缺的。但在「星鏈」出現之後，情況發生了變化。「星鏈」每次申報就多達上千條軌道。當軌道與頻率「捆綁」在一起後，只要頻率軌道申報成功，即便衛星還沒發射升空，後申報的項目也不能跟前面的產生衝突，需要主動避讓，這就是排他性。

　　這麼一來，後發者想要規避「星鏈」這種先發者的頻率和軌道，就會變得越來越困難。於是短時間內湧入諸多玩家，爭相競爭太空頻率軌道資源，加速布局。

　　比如，曾被業界視為太空探索技術公司最大對手的英國衛星網際網路公司一網（OneWeb），雖然已於今年3月申請破產保護，卻依然在5月26日向美國聯邦通信委員會（FCC）提出請求，希望把星座組網衛星數量增加至4.8萬顆。而對於具體頻軌資源較為保密的「星鏈」計劃，也在過去幾年中多次對外宣稱將提高計劃中的衛星總量（最新的數字是4.2萬顆）。

戰略意義

　　目前，關於大規模發射通信衛星星座的盈利能力，在商業領域依然存在一定的爭議。但是拋開短期商業收益的計算，爭奪關鍵的頻率軌道資源對於發展通信星座有著重要的戰略意義。

　　在軍事應用方面，2019年年末美國空軍的一架C-12偵察機率先發來了「星鏈」的使用體驗報告——610兆/秒，這是美國空軍對於星鏈網絡速度的測試結果。這個速度比現在美國軍用通信標準的5兆/秒快了102倍。對比現在5兆/秒網速下美軍的戰鬥力，可以想像得到這背後蘊藏的巨大軍用潛力。

　　而截至2019年，美國空軍已向馬斯克贊助了約3000萬美元，用於支持「星鏈」計劃的軍事用途研發，並且投入了2.15億美元的專項經費，用於資助各種類似的高速衛星網絡項目。

　　在數據應用方面，一個全球範圍的通信星座將能掌握航空、航海甚至物聯網等多種應用的數據和信息流，可以影響全球範圍內數據交換的規則制定權。因此，各個國家在相關問題上非常敏感。

　　2019年，俄羅斯拒絕了一網在其本土建立衛星通信站的請求。拒絕的理由是2019年5月由普京總統籤署的一項法案。這項法案要求，所有俄羅斯網絡流量信號在傳輸過程中必須通過由政府監管的通信設施進行。就在同一年，印度政府也拒絕了一網在當地部署衛星通信站的申請。可以看出，衛星頻率軌道資源爭奪的下一步，將是各國圍繞未來信息主導權的攻防戰爭。

　　中國近年來在航天領域表現不俗。2019年，我國蟬聯世界航天發射次數的冠軍，航天發射達到35次，第二和第三名分別是俄羅斯的25次和美國的21次。

　　在以實際的衛星發射確認太空資源的導向之下，近些年來有很多低軌通信星座項目正在加速部署。2018年年底，航天科工集團的「虹雲計劃」，發射了我國第一顆低軌寬帶通信衛星。來自航天科技集團的「鴻雁計劃」也預計到2023年完成300顆衛星的部署。同時，在這一輪新的太空資源競賽之中，民營商業航天靈活、高效的優勢，也將對布局國際空間頻率軌道資源發揮不可忽視的作用。

　　（作者系清華大學精密儀器系博士）

來源：2020年6月24日出版的《環球》雜誌 第13期

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