俄羅斯球體星座：一波三折仍努力推進(jìn)

文/趙榮

▲ 球體星座示意圖

今年6 月，俄羅斯總理米舒斯京在火箭航天工業(yè)發(fā)展會(huì)議上表示，俄需要加速擴(kuò)充在軌衛(wèi)星數(shù)量，其中“球體”項(xiàng)目是重要的組成基礎(chǔ)。之前，在第16 屆國(guó)際導(dǎo)航論壇期間，俄羅斯方面就“球體”（Sphere）大型多功能星座召開了專題會(huì)議，使得這項(xiàng)堪稱俄羅斯目前最重要、優(yōu)先級(jí)最高的航天工程不斷引發(fā)關(guān)注，其規(guī)劃、進(jìn)展過(guò)程也值得探究。

規(guī)模宏大的最初規(guī)劃

2018 年，俄羅斯總統(tǒng)普京首次宣布建設(shè)“球體”項(xiàng)目。當(dāng)時(shí)俄方宣稱，該星座由數(shù)百顆具備不同功能的多軌道衛(wèi)星組成，旨在提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)連接、信息中繼、視頻廣播和遙感等服務(wù)，將與“一網(wǎng)”“星鏈”“O3b”等國(guó)外星座競(jìng)爭(zhēng)。

俄方透露，目前僅有1/3 的俄羅斯國(guó)土能夠被蜂窩式通信信號(hào)覆蓋，想要確保服務(wù)遍及全國(guó)，還需要大量通信衛(wèi)星“補(bǔ)位”，這就是“球體”項(xiàng)目的初衷。

“球體”項(xiàng)目最初提出時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)包含542 顆衛(wèi)星，由5 個(gè)通信衛(wèi)星子群和5 個(gè)遙感衛(wèi)星子群組成，運(yùn)行軌道包括地球靜止軌道、大橢圓軌道、中軌道、低軌道等。

其中，5 個(gè)通信衛(wèi)星子群共有291 顆衛(wèi)星，分別為7 顆“快車”地球靜止軌道通信衛(wèi)星、4顆“快車”-RV大橢圓軌道通信衛(wèi)星、4 顆“亞馬爾”地球靜止軌道通信衛(wèi)星、12 顆“斯基泰人”中軌道寬帶互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星、264 顆“馬拉松”低軌道物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星。

5 個(gè)遙感衛(wèi)星子群共有251 顆低軌道衛(wèi)星，分別為3 顆“觀察”光學(xué)成像衛(wèi)星、174 顆“金雕”-O 光學(xué)成像衛(wèi)星、37“金雕”-VD 光學(xué)成像衛(wèi)星、37 顆“金雕”-X 和“金雕”-XLP 雷達(dá)成像衛(wèi)星。

▲ “球體”項(xiàng)目多款通信衛(wèi)星示意圖

迫于現(xiàn)實(shí)縮減規(guī)模

盡管初期規(guī)劃雄心勃勃，但“球體”項(xiàng)目所需資金不菲，俄羅斯官方支持的投資額度一直存在不確定性。俄羅斯國(guó)家航天集團(tuán)多次將方案提交政府審批后，終于在2021 年底與政府達(dá)到項(xiàng)目共識(shí)，獲批約1800 億盧布（約合31 億美元）資金支持。作為第一步，2022～2024 年間，俄政府計(jì)劃每年撥款約70 億盧布（約合1.2 億美元）。

由于項(xiàng)目獲批資金與最初預(yù)期的投資額相差較大，整個(gè)系統(tǒng)的衛(wèi)星計(jì)劃部署數(shù)量一度被減少至380 余顆。接下來(lái)，2022 年4 月6 日，俄政府修改決策，只愿為“球體”項(xiàng)目撥款約950 億盧布（約合16 億美元），計(jì)劃發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)也減少至162 顆，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于最初規(guī)劃的542 顆。至于調(diào)整后的各子群衛(wèi)星具體數(shù)量，俄方當(dāng)時(shí)沒(méi)有公布。

▲ “球體”項(xiàng)目多款遙感衛(wèi)星示意圖

▲ 俄方科研人員加緊研制“球體”項(xiàng)目衛(wèi)星

▲ 俄羅斯成功發(fā)射“斯基泰人”-D

隨著國(guó)內(nèi)外形勢(shì)變化，俄羅斯對(duì)于各種功能衛(wèi)星的需求顯著增大，“球體”項(xiàng)目又迎來(lái)了轉(zhuǎn)機(jī)。在今年4 月的專題會(huì)議上，俄政府和俄國(guó)家航天集團(tuán)就“球體”項(xiàng)目發(fā)展做出了3 項(xiàng)決策。

其一，到2030 年，“球體”工程至少將擁有360 顆衛(wèi)星，而這是滿足俄羅斯所需的最少數(shù)量。按計(jì)劃，俄國(guó)家航天集團(tuán)可以生產(chǎn)至少1200顆衛(wèi)星；如果再動(dòng)員私營(yíng)企業(yè)，俄羅斯還能再多生產(chǎn)800 顆衛(wèi)星。

其二，俄國(guó)家航天集團(tuán)將與所有愿意進(jìn)入空間服務(wù)市場(chǎng)、參加星座生產(chǎn)的公司開展公開的建設(shè)性合作。

其三，俄國(guó)家航天集團(tuán)重申，“球體”工程將包括通信星座和遙感星座，衛(wèi)星具體型號(hào)、性能指標(biāo)將隨著技術(shù)進(jìn)步和需求變化而更新。

逐步推進(jìn)的部署計(jì)劃

“球體”項(xiàng)目總體建設(shè)由俄國(guó)家航天集團(tuán)負(fù)責(zé)。按計(jì)劃，工作星將于2024 年開始部署。在此之前，俄方要發(fā)射試驗(yàn)星，主要是“斯基泰人”和“馬拉松”兩大衛(wèi)星子群的演示星。

當(dāng)先鋒的“斯基泰人”

2022 年10 月23 日，俄羅斯在東方航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射了聯(lián)盟-2.1b 火箭，將“球體”項(xiàng)目的首顆試驗(yàn)星“斯基泰人”-D 成功送入太空。俄政府宣稱，這是“球體”項(xiàng)目部署計(jì)劃啟動(dòng)的里程碑。外界分析認(rèn)為，俄方此舉的意圖也包括“搶點(diǎn)”，即保護(hù)星座所需的軌道、頻率資源，避免被國(guó)際電信聯(lián)盟收回并分配給其他國(guó)家。

“斯基泰人”-D 由俄羅斯列舍特涅夫信息衛(wèi)星系統(tǒng)公司研制，設(shè)計(jì)壽命約3 年，質(zhì)量約160 千克，耗電量約250 瓦。星體兩側(cè)帶有一對(duì)可展開的太陽(yáng)能帆板，以便供應(yīng)電力。衛(wèi)星發(fā)射時(shí)，在整流罩內(nèi)折疊裝載尺寸約為82 厘米X 73 厘米X 88 厘米，入軌后展開尺寸約為82 厘米X 320厘米X 88 厘米。

俄羅斯航天科研人員將依據(jù)該衛(wèi)星承受的太空輻射暴露水平和在軌運(yùn)行穩(wěn)定性，研究所選衛(wèi)星軌道的可行性與合理性，進(jìn)而在軌測(cè)試衛(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)連接的通信協(xié)議和通信頻率，包括Ka 波段發(fā)射機(jī)和接收機(jī)等設(shè)備。總之，“斯基泰人”-D 運(yùn)行成功與否，對(duì)于后續(xù)“球體”的工作星部署具有重要意義。

“斯基泰人”-D 發(fā)射入軌后，運(yùn)行在高度約8070 千米、傾角約90度的圓軌道上。后續(xù)部署的“斯基泰人”衛(wèi)星子群很可能也會(huì)選擇該軌道。俄方解釋稱，該軌道具備至少3 個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是可以為北極等高緯度地區(qū)提供通信服務(wù)，這是地球靜止軌道衛(wèi)星所不具備的能力；二是軌道高度適中，與地球靜止軌道相比，衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)延相對(duì)不嚴(yán)重，而與低地球軌道相比，衛(wèi)星有望提供更大的信號(hào)覆蓋范圍；三是在軌道高度、用戶對(duì)衛(wèi)星的“可見(jiàn)”時(shí)間以及服務(wù)所需的衛(wèi)星數(shù)量之間，有希望取得最佳平衡。

▲ “快車”-AMU7 在軌運(yùn)行示意圖

預(yù)計(jì)2027 年前，俄方有望完成“斯基泰人”衛(wèi)星子群的部署工作，12 顆衛(wèi)星將分布在3 個(gè)軌道平面上。工作星的設(shè)計(jì)質(zhì)量是演示星的數(shù)倍，重約600～1000 千克，攜帶多波束天線，可發(fā)射和接收Ka 波段數(shù)據(jù)，每秒可傳送高達(dá)100～150Gb 的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。

頗具特色的“馬拉松”

“馬拉松”物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星是“球體”項(xiàng)目的一大特色。俄方表示，物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星主要提供物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，可通過(guò)衛(wèi)星使地球上的物聯(lián)網(wǎng)傳感器和終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信連接，尤其是能夠服務(wù)地面蜂窩式網(wǎng)絡(luò)通信所不能覆蓋的區(qū)域，在農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、貨運(yùn)監(jiān)測(cè)、智能電網(wǎng)、智能交通等多樣化領(lǐng)域發(fā)揮作用。

“馬拉松”演示星計(jì)劃于2024年發(fā)射，工作星正式部署有望于2026 年啟動(dòng)。按最初規(guī)劃，整個(gè)衛(wèi)星子群由264 顆衛(wèi)星組成，分布在12 個(gè)軌道平面上，運(yùn)行在高度800千米、傾角81.4 度的近圓軌道上，可提供全球信號(hào)覆蓋，為各類用戶提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，特別是為俄羅斯用戶提供各類物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

例如，俄國(guó)家航天集團(tuán)前景計(jì)劃和科學(xué)執(zhí)行主任布洛申科表示，“馬拉松”有望協(xié)助尋找失蹤人員。通過(guò)在人員的衣服或行李包裹中放置信號(hào)發(fā)射器，其位置數(shù)據(jù)能夠借助“馬拉松”迅速傳輸給救援隊(duì)。

大容量的“快車”和“亞馬爾”

“快車”和“亞馬爾”是俄羅斯政府負(fù)責(zé)運(yùn)行的兩大系列通信衛(wèi)星，也是俄官方大力發(fā)展的高端通信衛(wèi)星。其中，“快車”和“亞馬爾”將運(yùn)行在高度約36000 千米的地球靜止軌道上，可為俄羅斯提供覆蓋國(guó)土較低緯度地區(qū)的通信服務(wù)；“快車”-RV 將運(yùn)行在近地點(diǎn)高度約1000 千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)高度約39900 千米、傾角約62.8 度的大橢圓軌道上，主要為俄羅斯高緯度國(guó)土及北極地區(qū)提供通信服務(wù)。按計(jì)劃，俄羅斯將于2025 年底前發(fā)射首顆“快車”-RV大橢圓軌道通信衛(wèi)星，2026 年完成3 顆衛(wèi)星部署。

由于俄羅斯未公布“球體”項(xiàng)目中的“快車”和“亞馬爾”通信衛(wèi)星的具體型號(hào)及性能參數(shù)，外界只能根據(jù)同系列最新型衛(wèi)星進(jìn)行推測(cè)。

目前，最新的“快車”系列通信衛(wèi)星是2021 年發(fā)射的“快車”-AMU 3和“快車”-AMU 7，最新的“亞馬爾”系列通信衛(wèi)星是2014 年發(fā)射的“亞馬爾”-401 及2019 年發(fā)射的“亞馬爾”-601。

▲ “亞馬爾”-401 通信衛(wèi)星示意圖

▲ “亞馬爾”-601 通信衛(wèi)星示意圖

之所以“亞馬爾”系列有兩款“最新”衛(wèi)星，主要原因是“亞馬爾”-401完全由歐洲泰雷茲·阿萊尼亞宇航公司研制，另外3 顆衛(wèi)星由俄羅斯列舍特涅夫信息衛(wèi)星系統(tǒng)公司基于“快車”衛(wèi)星平臺(tái)研制，通信有效載荷則由歐洲泰雷茲·阿萊尼亞宇航公司提供。后來(lái)，俄方公布，正處于生產(chǎn)階段的“快車”-AMU 4 通信衛(wèi)星將于2026 年發(fā)射。因西方對(duì)俄禁售重要電子元器件，“快車”-AMU 4 包括通信有效載荷等所有部件將完全由俄羅斯生產(chǎn)，從而成為首顆俄羅斯全國(guó)產(chǎn)化高端通信衛(wèi)星。

從衛(wèi)星研制周期和技術(shù)延續(xù)性角度分析，“球體”項(xiàng)目中的“快車”和“亞馬爾”通信衛(wèi)星大概率將基于現(xiàn)有最新型同類衛(wèi)星進(jìn)行研制，同時(shí)衛(wèi)星部件會(huì)完成國(guó)產(chǎn)化替代。

神秘的遙感衛(wèi)星子群

“球體”項(xiàng)目將在低軌道上部署5 個(gè)遙感衛(wèi)星子群，目前俄方僅公布了衛(wèi)星名稱，具體性能參數(shù)未知?？紤]到俄羅斯具有成熟的遙感衛(wèi)星制造經(jīng)驗(yàn)，發(fā)射過(guò)“老人星”“資源”“角色”等光學(xué)成像衛(wèi)星和“禿鷹”雷達(dá)成像衛(wèi)星，還曾出口“埃及衛(wèi)星-2/A”光學(xué)成像衛(wèi)星，因此外界推測(cè)，“球體”項(xiàng)目的遙感衛(wèi)星將以早先型號(hào)為依托，采用成熟平臺(tái)和先進(jìn)電子技術(shù)，注重小型化，便于量產(chǎn)。

值得注意的是，俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司下屬太空系統(tǒng)公司發(fā)布過(guò)“觀察”-B 衛(wèi)星的相關(guān)資料，設(shè)計(jì)壽命約10 年，擬運(yùn)行在高度約500千米的太陽(yáng)同步軌道上，可提供多光譜和全色圖像，成像最高分辨率約0.5米，單幅成像圖11 千米X 11 千米，將于2024 年完成研制并發(fā)射。這款衛(wèi)星不排除成為“球體”項(xiàng)目中光學(xué)成像遙感衛(wèi)星的技術(shù)原型星。

▲ “觀察”-B 遙感衛(wèi)星示意圖

項(xiàng)目前景值得關(guān)注

俄國(guó)家航天集團(tuán)表示，未來(lái)“球體”項(xiàng)目正式部署階段，每年俄羅斯火箭發(fā)射量將“激增”，顯著超過(guò)當(dāng)前，部分衛(wèi)星還將采用一箭多星方式發(fā)射。

不難看出，“球體”星座構(gòu)成復(fù)雜、功能用途多樣，而且具備軍事應(yīng)用潛力，能夠滿足俄羅斯近期需求。面對(duì)俄官方資金支持不足、項(xiàng)目進(jìn)度緩慢、星座規(guī)模可能“縮水”等不利因素，俄國(guó)家航天集團(tuán)正在積極研究借助私企、風(fēng)投等融資手段，確保工程持續(xù)推進(jìn)。

此外，為了加速衛(wèi)星國(guó)產(chǎn)化和量產(chǎn)工作，俄羅斯正在積極建設(shè)兩個(gè)衛(wèi)星量產(chǎn)中心：在列舍特尼夫信息衛(wèi)星系統(tǒng)公司的基礎(chǔ)上，設(shè)立通信衛(wèi)星量產(chǎn)制造中心；在拉沃奇金科研生產(chǎn)聯(lián)合體的基礎(chǔ)上，設(shè)立地球遙感和科學(xué)研究衛(wèi)星量產(chǎn)制造中心。屆時(shí)，“球體”項(xiàng)目整體發(fā)展是否順利，值得持續(xù)密切觀察。