SpaceX公司“星链”计划发展状况及影响分析

  北京时间2019年5月24日上午10点30分，美国太空探索技术公司（SpaceX）用一枚“猎鹰9”火箭将首批60颗“星链”（Starlink）卫星“打包”送入太空。此次发射标志着SpaceX公司雄心勃勃的“星链”计划正式拉开组网序幕。后续，SpaceX公司将在2019年内再进行2～6次“星链”计划卫星发射，并且在未来5年内每年发射一两千颗卫星，完成“星链”计划一期的部署。除了SpaceX公司的“星链”计划，一网、铱星、开普勒等公司的互联网星座卫星也在积极部署，全球互联网星座项目开始步入大规模部署阶段。以“星链”计划为代表的互联网星座计划将在军事、通信、互联网等领域带来非常大影响，不得不引起我们足够重视。基于此，本文对“星链”计划的发展状况进行了梳理，对其可能带来的影响进行了分析。

  “星链”计划旨在提供廉价、快速的宽带互联网服务，是迄今为止提出的顶级规模的星座项目。2015年1月,SpaceX公司的CEO马斯克宣布了其打算发射约1.2万颗通信卫星到太空轨道的“星链”计划。该计划预计花费100亿美元，从2020年开始工作，旨在为全球消费的人提供廉价、快速的宽带互联网服务。根据欧空局的最新数字，目前地球轨道上共有2000颗工作卫星，“星链”计划如果完成部署，其新入轨的卫星总数就会是目前所有国家在轨运营的卫星总数的将近6倍，成为迄今为止人类提出发展的顶级规模的星座项目。“星链”计划自提出至目前的组网阶段，其发展的主要脉络如表1所示。

  “星链”计划星座拟由4409颗分布在550～1300千米左右的LEO（低地球轨道）星座和7518颗分布在340千米左右的VLEO（极低地球轨道）星座构成，组网卫星总数达到11927颗。“星链计划”的搭建基本上分三步走，第一步是用1584颗卫星完成初步覆盖，其中，前800颗卫星满足美国、加拿大和波多黎各等国的天基高速互联网的需求；第二步是用2825颗卫星完成全球组网；第三步用7518颗卫星组成更为激进的低轨星座。前两步的卫星总数量为4409颗，位于LEO轨道，这些卫星工作在较为传统的Ka波段和Ku波段，力争以量取胜。第三步的7518颗卫星位于VLEO轨道，将工作在V波段。“星链”计划卫星轨道情况如表2所示。

  另外，SpaceX公司已向FCC提交申请，请求获得“一揽子许可”建造和运营100万个地面站，供终端用户与SpaceX公司的卫星进行通信。SpaceX公司为此组建了“太空探索技术服务公司”，专门负责地面站的部署。地面站的基本作用是向卫星发射信号，同时接收由其他地面站经卫星转发来的信号。SpaceX公司计划在美国本土、阿拉斯加、夏威夷和美属波多黎各和维尔京群岛建站。若100万个地面站建设申请获得批准，SpaceX公司计划从2020年开始部署地面站。

  为满足全球一直增长的卫星宽带接入需求，特别是解决农村等欠发达地区的互联网接入问题，全球多家企业纷纷开始打造非静止轨道卫星星座，提供全球宽带互联网接入服务。美国、加拿大、中国、俄罗斯、英国等国家的企业纷纷宣布了自己的低轨宽带卫星星座项目计划，在已经公布的低轨通信卫星方案中，卫星的总数量达到2万多颗。除了SpaceX公司，一网、开普勒通信、O3B、波音、三星等公司的互联网星座计划也在积极地推进中。表3给出了国外主要互联网星座计划的主要情况。

  从卫星数量上看，SpaceX公司的计划可谓最具野心，其星座中的卫星数量高达11927颗，并且所有卫星都将由该公司自己制造和发射，网关地球站和用户终端也由自己设计制造，即拥有对整个生态系统的所有权和控制权。而其它公司则几乎都是将卫星制造、发射以及网关和用户终端的制造外包给了不同的公司。除星座规模外，SpaceX强调卫星网络所提供的服务在延迟问题上将不输于或优于光纤网络。

  互联网星座系统在政府和企业网络、基站中继、航空机载、海事通信、军事通信等领域有广泛应用。在军事领域，太空网络已经由支援陆海空作战的辅助战场，转化为比肩并重、相互支援的主战场，掌握卫星互联网就能掌握未来战争的主导权。在网络安全领域，卫星互联网可以向各个国家的手持最终用户跨境提供直接访问境外互联网的服务，规避现有的网络管控措施。在特定的宽带网络接入场景下，卫星互联网可以替代海事卫星等高成本通联手段，为海上、飞机客舱、边远地区等场景提供较低成本的宽带网络接入。“星链”计划将从军事、政治、经济层面给我国带来一定的影响，需引起我们重视。

  “星链”计划虽然是商业卫星星座计划，但是也要关注其军事应用的可能性。目前，在全世界内，商业卫星星座被用于军事通信领域屡见不鲜。“星链”计划可提供低成本、全球覆盖的高速互联网服务，若开展军事化应用，则将逐渐增强美军的卫星通信能力。目前，全球多个巨型低轨通信星座计划于2019年进入密集空间部署阶段，美国军方作为全球最大的商业卫星通信服务用户，率先认可了商业低轨巨型星座的军事价值。2019年初，美国国防部新组建的航天发展局明确说将从一网公司、SpaceX公司等实施低地轨道巨型星座计划的企业采购服务。

  美军试图在下一代卫星体系中更多地使用基于小卫星的星座，以提高天基系统的灵活性、抗毁伤能力。因为目前美国的军用天基卫星系统主要基于少量的、大型高价值卫星。美国军方认为，一旦这些大型卫星遭遇攻击，将会对美国军事行动所依赖的天基系统造成致命打击，而使用大量的小型、廉价卫星则能在很大程度上避免类似情况出现。美国国防部航天发展局于2019年7月首次透露了未来军用卫星体系的规划。根据该规划，下一代军用卫星将更多地利用廉价的小卫星星座，以代替现有的大型高价值卫星，增加天基系统的弹性。美国国防部高级研究计划局（DARPA）也在探索如何利用商业方法建造卫星星座，使建造星座的成本更低、周期更短、设计和建造用时更少。DARPA最近开展的“黑杰克”项目就是旨在寻求研发具有较低“尺寸、重量、功耗及成本”（SWaP-C）特征的低轨军事通信与监视卫星，包括低成本卫星有效载荷和商业化卫星平台。

  “星链”计划也可搭载军方载荷从而为军方服务。2011年，美空军设立“寄宿有效载荷办公室”，为政府有效载荷与商业卫星的衔接提供专业相关知识和相关工具。美国政府问责局（GAO）于2018年7月30日发布报告，建议国防部将商业卫星用作传感器和通信设施等军用有效载荷的搭载平台。GAO认为，军方能够最终靠搭乘商业卫星来节省资金并更快地获得在轨能力。利用商业卫星搭载有关国家安全的有效载荷，不但可以增加公司营收，还有助于满足军方的发射需求。

  目前我国对于国外卫星互联网系统还不具备有效的监管手段，以“星链”计划为代表的互联网星座可能带来潜在的安全风险和隐患。

  一是卫星互联网自身面临较大的网络和信息安全威胁。与传统互联网相比，卫星互联网在技术上具有不一样的特点，其时空跨度大、信息维度高、系统结构较为复杂、网络多源异构、节点动态变化。正是由于自身所具有的这些特点，使得卫星互联网比传统互联网更容易遭遇攻击，比如对传输数据来进行窃听、破坏和假冒，对相关设备实施攻击等。另外，卫星互联网计划涉及的卫星数量巨大，如果相应卫星上安装了有观测功能的载荷，则将使我国的重要设施等处于完全暴露的状态，进一步的可能造成信息泄露，存在为违法犯罪活动提供便利等严重问题，将给国家安全和社会安全带来新的威胁。

  二是网络空间进一步放大，将带来新的监管空白区域。卫星互联网作为一种新的互联网接入途径，其特点主要是便捷性、方便性、广域性，可以真正的完成随时随地上网。这种跨越国界的全球互联网接入业务将带来新的监管空白区域，威胁我网络主权。根据国际电联《无线电规则》，除卫星广播业务外，我国并不能向其他几个国家提出该国卫星网络不可覆盖我国领土的要求。因此，任何覆盖我国的境外卫星均具有在我国境内开展卫星互联网业务的技术能力和手段，并且其卫星通信链路不受我国监管。由于卫星覆盖范围广、通信距离远，非法设置使用卫星终端的用户之间，可通过未经批准在我国境内开展业务的境外卫星及其地球站等轻轻松松实现境内或跨境通信，并且绕开我国互联网监管直接接入国际互联网。

  三是易形成太空垃圾，威胁航天安全。从现有的卫星互联网计划来看，卫星的数量多是一大特点，大量卫星的存在，意味着将来会产生大量的太空垃圾。“星链”计划中的卫星寿命较短、难以回收，容易形成太空垃圾，威胁航空航天安全，甚至威胁地面居住地和设施安全，造成巨大的经济和人员生命损失。SpaceX公司今年5月发射的60颗卫星中有3颗对地面指令已没有反应，基本处于报废状态。这高达5%的报废率进一步加剧了人们对巨型星座项目会在低地轨道“遗撒”数以百计的废弃卫星的担忧。

  卫星互联网以其日益凸显的国家战略地位、潜在的市场经济价值、稀缺的轨道频谱资源，成为各国战略布局和竞争的焦点。截至目前，全球已有20多家企业有大型低轨卫星通信计划，大部分星座计划均包含数百颗卫星。频率资源是空间互联网建设的先决条件，是一种越来越稀缺的全球战略资源，也是世界航天大国争夺的焦点，能否获得L、Ku和Ka等频段资源对我国国防安全、经济建设和社会持续健康发展关系重大。美国FCC已批准了一网、“星链”、Telesat、Leosat等星座频率申请，如果这些星座先于我国发射，Ku、Ka频率则将被其抢占，可申请的频率资源只能是Q/V或更高频段。而我国Q/V频段工业基础薄弱，缺乏商业化的核心器件，这势必会制约我国卫星互联网的建设和运营。