淺談“星鏈”計(jì)劃及其影響

◆任園園 張小艷 王青

淺談“星鏈”計(jì)劃及其影響

◆任園園 張小艷 王青

（信息工程大學(xué) 河南 450000）

“星鏈”計(jì)劃自問(wèn)世以來(lái)就廣受各方關(guān)注，其不僅是目前規(guī)模最大的天基互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，而且在軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。本文梳理了“星鏈”計(jì)劃的內(nèi)涵、特點(diǎn)及其主要影響，進(jìn)而提出應(yīng)對(duì)方法和建議。

“星鏈”計(jì)劃；低軌衛(wèi)星；天基互聯(lián)網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)安全

1 引言

為滿足全球不斷增長(zhǎng)的衛(wèi)星寬帶接入需求，特別是解決偏遠(yuǎn)地區(qū)及農(nóng)村等欠發(fā)達(dá)地區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)接入問(wèn)題，近年來(lái)全球多個(gè)國(guó)家和企業(yè)紛紛開(kāi)始打造非靜止軌道衛(wèi)星星座，比如新銥星（Iridium NEXT）、全球通（Globalstar）、軌道通（Orbcomm）、星鏈（Starlink）、一網(wǎng)（OneWeb）、O3B、鴻雁、虹云等互聯(lián)網(wǎng)星座，用于提供全球衛(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)[1]。相對(duì)于移動(dòng)通信和地面光通信，衛(wèi)星通訊是一種能夠完成向地面和空中終端提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入等通信服務(wù)的新型網(wǎng)絡(luò)，具有低延時(shí)、低成本、廣覆蓋、寬帶化等優(yōu)點(diǎn)。

其中，“星鏈”（Starlink）計(jì)劃是迄今為止規(guī)模最大的星座項(xiàng)目。該計(jì)劃于2015年由美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）提出，旨在建設(shè)一個(gè)覆蓋全球、速度高、容量大和時(shí)延低的天基全球通信系統(tǒng)，向全世界網(wǎng)民提供高速寬帶接入服務(wù)。

2 “星鏈”計(jì)劃

2015年1月，SpaceX公司首席執(zhí)行官馬斯克宣布該公司擬于2019年至2024年間向近地軌道發(fā)射約12000顆衛(wèi)星，構(gòu)建一個(gè)巨型3層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)建成后，任何人可以在地球上的任何一個(gè)點(diǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)。對(duì)于一些基礎(chǔ)設(shè)施比較落后、政府和運(yùn)營(yíng)商不能保證基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備的國(guó)家，“星鏈”可以替代地面通信基站，完成落后、邊遠(yuǎn)地區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)覆蓋。

2018年4月，SpaceX取得了使用衛(wèi)星組建全球?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)的許可證，這標(biāo)志著馬斯克正式啟動(dòng)“星鏈”計(jì)劃的布星按鈕。

2019年5月23日，“星鏈”計(jì)劃第1批60顆衛(wèi)星發(fā)射成功，標(biāo)志著“星鏈”計(jì)劃正式啟動(dòng)，首批衛(wèi)星被稱為“0.9”版本。2019年10月，馬斯克宣布該計(jì)劃再添加30000顆“星鏈”衛(wèi)星，使星座達(dá)到42000顆以上的水平。2019年11月11日，“星鏈”計(jì)劃的第2批60顆衛(wèi)星搭載“獵鷹9號(hào)”火箭成功發(fā)射，與第一批衛(wèi)星同部署在550公里高度的軌道上。這批衛(wèi)星被稱為“1.0”版本。截止到2021年9月，“星鏈”計(jì)劃共發(fā)射了31批衛(wèi)星，在軌衛(wèi)星已達(dá)到1700多顆，數(shù)量位居全球第一，其中在軌活躍的衛(wèi)星超過(guò)1600顆，均在550千米高度、53傾角軌道上運(yùn)行。

2021年8月，SpaceX向美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）提交了一份有關(guān)其“第二代星鏈星座”（“星鏈”2.0項(xiàng)目）的修訂申請(qǐng)，并提出了使用星際飛船火箭發(fā)射約3萬(wàn)顆新衛(wèi)星的計(jì)劃。

3 “星鏈”計(jì)劃的技術(shù)特點(diǎn)

與地面互聯(lián)網(wǎng)通信相比，“星鏈”計(jì)劃通過(guò)數(shù)量龐大的低軌衛(wèi)星組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星及星間/星地?zé)o線鏈路為用戶服務(wù)[2]，具有以下特點(diǎn)：

第一，“星鏈”計(jì)劃組網(wǎng)規(guī)模龐大。根據(jù)SpaceX之前公布的“星鏈”建設(shè)計(jì)劃，總計(jì)將向地球近地軌道發(fā)射4.2萬(wàn)顆衛(wèi)星，較之當(dāng)前的柯伊伯（美國(guó)亞馬遜）、太空互聯(lián)網(wǎng)（韓國(guó)三星）、一網(wǎng)（英國(guó)）等項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，其規(guī)模最為龐大，也使近地軌道太空資源爭(zhēng)奪愈演愈烈。

第二，“星鏈”計(jì)劃服務(wù)范圍廣。受限于地形地貌、成本等問(wèn)題，全球僅有5%的海洋面積和20%的陸地面積覆蓋了地面通信基站。而“星鏈”計(jì)劃旨在向全球全域提供信息通信服務(wù)，使其到達(dá)人跡罕至的山川冰河和茫茫大海。2021年8月，馬斯克表示“星鏈”項(xiàng)目已經(jīng)向客戶發(fā)運(yùn)了10萬(wàn)個(gè)終端，用戶遍布多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，包括美國(guó)、加拿大、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、澳大利亞、新西蘭、愛(ài)爾蘭、奧地利、荷蘭以及智利等國(guó)家和地區(qū)。而且SpaceX已經(jīng)得到許可，計(jì)劃部署超過(guò)100萬(wàn)個(gè)用戶終端（即衛(wèi)星天線）。在未來(lái)還將進(jìn)一步尋求美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)的許可，將終端部署數(shù)量提高到500萬(wàn)用戶。

第三，“星鏈”衛(wèi)星發(fā)射火箭技術(shù)先進(jìn)且難度高。“星鏈”衛(wèi)星發(fā)射采用的是一箭多星的方式。一箭多星發(fā)射首先需要控制好火箭的姿態(tài)，確保每顆衛(wèi)星的運(yùn)行軌道，排除同批次多個(gè)衛(wèi)星間的無(wú)線電干擾等問(wèn)題。每顆衛(wèi)星需“量身定做”最佳的分離路線和分離時(shí)刻，按照預(yù)定程序順利“出艙”且不能相互擦碰[3]。

第四，“星鏈”衛(wèi)星通信延時(shí)小。與傳統(tǒng)通信衛(wèi)星的部署高度相比，“星鏈”衛(wèi)星均部署在近地軌道，信號(hào)往返時(shí)間大大縮短，可將通信延時(shí)降至20毫秒，較好地滿足野外、沙漠、海上等人口稀疏地區(qū)網(wǎng)民的即時(shí)通信需求。

第五，“星鏈”衛(wèi)星發(fā)射成本降低。20世紀(jì)90年代，火箭發(fā)射成本大約是3000萬(wàn)美元。在“星鏈”計(jì)劃實(shí)施的過(guò)程中，馬斯克一直致力于降低衛(wèi)星發(fā)射成本。SpaceX已成功多次完成“獵鷹9號(hào)”一級(jí)火箭的回收和重復(fù)利用，而且在2021年10月首次實(shí)現(xiàn)了海上回收火箭，此舉意義重大，也是未來(lái)火箭發(fā)射技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。“星鏈”衛(wèi)星采用一箭多星批量發(fā)送，也大大降低了其發(fā)射成本。

第六，“星鏈”衛(wèi)星潛在商業(yè)價(jià)值大。據(jù)報(bào)道，目前在全球范圍內(nèi)大約還有一半人口尚未享受到互聯(lián)網(wǎng)的便捷服務(wù)，因此SpaceX的“星鏈”計(jì)劃可以很好地彌補(bǔ)這片空白，其市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮蟆ｑR斯克曾預(yù)測(cè)“星鏈”計(jì)劃潛在的寬帶網(wǎng)絡(luò)收入將達(dá)到每年300億美元。SpaceX從2020年10月開(kāi)始“星鏈”的公測(cè)項(xiàng)目，且已開(kāi)放“星鏈”網(wǎng)絡(luò)的預(yù)訂服務(wù)。每個(gè)向用戶收取99美元的費(fèi)用，外加包括用戶終端、安裝三腳架和路由器在內(nèi)的一次性499美元的費(fèi)用。目前其“星鏈”衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)在全球擁有超過(guò)9萬(wàn)名用戶。2021年6月29日，馬斯克在西班牙巴塞羅那舉行的2021世界移動(dòng)通信大會(huì)（MWC 2021）上表示，SpaceX的“星鏈”衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)可能在未來(lái)12個(gè)月內(nèi)擁有超過(guò)50萬(wàn)用戶。

第七，“星鏈”計(jì)劃潛在軍事應(yīng)用價(jià)值大。近年來(lái)，隨著新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命的加速推動(dòng)，太空、網(wǎng)絡(luò)、電磁頻譜與認(rèn)知等新興作戰(zhàn)域已經(jīng)由支援傳統(tǒng)作戰(zhàn)域（陸域、海域、空域）作戰(zhàn)的輔助戰(zhàn)場(chǎng)，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闆Q勝全局的主戰(zhàn)場(chǎng)。“星鏈”計(jì)劃雖然是商業(yè)衛(wèi)星星座計(jì)劃，但其部分發(fā)射場(chǎng)建在美國(guó)范登堡空軍基地內(nèi)，美國(guó)軍方也提供了大量資金支持將應(yīng)用場(chǎng)景拓展到軍用領(lǐng)域，其通信、導(dǎo)航、低時(shí)延、覆蓋廣等方面的優(yōu)勢(shì)都將給美軍開(kāi)展軍事行動(dòng)帶來(lái)很大便利，其在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用價(jià)值將逐漸凸顯。

4 “星鏈”計(jì)劃的影響

“星鏈”計(jì)劃在帶給全球網(wǎng)民便捷的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的同時(shí)，我們不可忽視其產(chǎn)生的其他影響。

首先，由于低軌衛(wèi)星的覆蓋范圍廣、通信距離遠(yuǎn)，不受地面基站的限制，用戶只要有接收終端就可以不受國(guó)別限制，越過(guò)“防火墻”輕松繞開(kāi)國(guó)家互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管而直接接入國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)。這將對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全構(gòu)成一定的威脅，也為一些破壞網(wǎng)絡(luò)安全、信息泄露等違法行為撐起一把“保護(hù)傘”。

其次，“星鏈”計(jì)劃在未來(lái)軍事領(lǐng)域的應(yīng)用前景將會(huì)對(duì)其他國(guó)家的戰(zhàn)略安全產(chǎn)生一定的威脅，尤其是其覆蓋范圍廣、時(shí)延低、導(dǎo)航精準(zhǔn)、多載荷搭載等優(yōu)勢(shì)將會(huì)進(jìn)一步提升美國(guó)在太空的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)，“星鏈”計(jì)劃部署衛(wèi)星數(shù)量多、部署范圍廣，將會(huì)持續(xù)加劇各國(guó)對(duì)于地球低軌小衛(wèi)星星座頻軌資源的爭(zhēng)奪，進(jìn)而影響到對(duì)這些資源的合理利用。

最后，“星鏈”衛(wèi)星體積小，設(shè)計(jì)壽命較短、可靠性低。據(jù)報(bào)道，SpaceX首批“星鏈”衛(wèi)星的報(bào)廢率至少達(dá)到5%。在2021年3月24日第23批衛(wèi)星發(fā)射后，SpaceX的“星鏈”衛(wèi)星總數(shù)已達(dá)1385顆，但已經(jīng)有大約125顆報(bào)廢，報(bào)廢率達(dá)到了1/10。這些報(bào)廢的小衛(wèi)星將會(huì)停留在太空軌道上，導(dǎo)致軌道中太空碎片的增長(zhǎng)，影響了太空安全及國(guó)際天文觀測(cè)。

5 應(yīng)對(duì)措施

基于上述“星鏈”計(jì)劃的影響，我們應(yīng)該從以下幾個(gè)方面思考：

2020年4月20日，國(guó)家發(fā)改委在線新聞發(fā)布會(huì)中明確將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)首次納入新基建的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施范疇，開(kāi)啟了航天商業(yè)發(fā)展的新局面。在未來(lái)，我們要持續(xù)推進(jìn)與國(guó)際社會(huì)的合作，深化在科研、技術(shù)等各個(gè)層面的交流與協(xié)作，加快我國(guó)低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和空天地一體化的建設(shè)，增強(qiáng)其應(yīng)對(duì)能力。

“星鏈”計(jì)劃與目前的5G通信相比，其覆蓋范圍和分布更為廣泛，和5G等傳統(tǒng)通信更多的是互補(bǔ)關(guān)系。未來(lái)我們要繼續(xù)開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的移動(dòng)通訊技術(shù)，筑牢我網(wǎng)絡(luò)安全防線，提升通訊安全保障能力。

同時(shí)，“星鏈”計(jì)劃的技術(shù)優(yōu)勢(shì)勢(shì)必會(huì)幫助美軍在未來(lái)作戰(zhàn)中“如虎添翼”。對(duì)我軍而言，要想掌握未來(lái)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全，必須要注重新型作戰(zhàn)理論的研究，健全完善作戰(zhàn)理論創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化機(jī)制。同時(shí)，我們要加速布局我國(guó)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)——“天基互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”（也叫“虹云工程”）。

毋庸置疑，人才是競(jìng)爭(zhēng)力的核心，我們要著眼國(guó)家未來(lái)戰(zhàn)略發(fā)展，加速網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)，持續(xù)推動(dòng)院校教育改革，優(yōu)化人才培養(yǎng)體系。同時(shí)，要加快構(gòu)建關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施安全保障體系，全天候全方位感知網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防御能力和威懾能力。另外，還應(yīng)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全教育普及的力度，提升全民安全意識(shí)，樹(shù)立正確的網(wǎng)絡(luò)安全觀。

[1]孔超，王陽(yáng)陽(yáng).SpaceX公司“星鏈”計(jì)劃發(fā)展情況及影響分析[N].中國(guó)科學(xué)報(bào)，2019-08-27（008）.

[2]劉帥軍，徐帆江，劉立祥.從“星鏈”計(jì)劃看低軌星座的優(yōu)勢(shì)與風(fēng)險(xiǎn)[N].中國(guó)國(guó)防報(bào)，2020-08-11.

[3]趙燕，溫曉君.“星鏈”計(jì)劃對(duì)通信及互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的影響[N].中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào)，2019-08-05（014）.