“星链”增新计划影响分析及启示

周钰哲

2019年5月，太空科技探索公司SpaceX将首批60颗“星链”卫星送入轨道，计划从2020年，开始为北美地区提供服务，随后再拓展到全球其他地区。到2024年，1.2万颗卫星组成的网络，理论上完全可以覆盖地球表面。近期，SpaceX宣布“星链”增新计划，并已进入官方审批流程。该计划引起了社会各界的广泛关注。

“星链”增新计划概况

增新计划追加3万颗卫星。日前，SpaceX已向美国联邦通信委员会（FCC）追加申报了20份“星链”卫星部署增新计划，每份包含1500颗卫星，共计30000颗。新增的卫星将运行在低地球轨道上，高度分布于328—580公里。SpaceX表示，增新计划的卫星将具有与用户连接的可控点波束，以及用于航天器遥测、跟踪、控制功能的全向波束。FCC受理并向国际电信联盟（ITU）递交了SpaceX的申请。忧思科学家联盟（UnionofConcernedScientists）的数据显示，自1957年前苏联第一颗人造卫星升空后至2019年4月1日，人类已发射的人造卫星总数约8100颗，目前在轨运行的人造卫星2062颗。“星链”的42000颗目标，可能会将以上记录成倍刷新。

“星链”计划的目的和意义。天基通信网络理论上可以覆盖到任何陆基通信网络不易和不能覆盖的地区，例如山区、海洋、极地。SpaceX认为，未来20年，全世界将有近半数的网络系统上天，无信息死角的“数字地球”将成为现实。“星链”计划就是要打造一张覆盖全球的天基自组通信网络，彻底摆脱传统陆基通信的区域限制。

此外，北美、非洲等地区地广人稀，基站间平均距离过远，铺设光纤投入产出比太低。相较于中、日、韩等国，传统的组网方案在美国并不划算。SpaceX的卫星互联网系统有很高的性价比，可以个性化定制数据通信服务，满足各种需求，其成功部署将会在一些地区补充或替代高成本、低可靠性的通信网络，弥补互联网覆盖和连接漏洞，并有高达300亿美元的预期年收入作为回报。

增新计划存在的弊端

频率轨道资源霸权意图明显。长期以来，ITU在卫星频率和轨道资源使用方面的国际规则是“先占先用”。ITU也针对占据优势资源而不使用的行为做出了限制，规定卫星系统的部署需在7年之内完成，如果无法完成部署，应当至少发射一颗具有申请频率的卫星并且至少运行90天，如果以上两条均无法做到，就将取消之前对频率和轨道资源的申请。FCC代表SpaceX向ITU提交的申请处于7年的最后期限，但发射一颗“星链”卫星对于具备全产业链和丰富成功经验的SpaceX来说十分容易。此次事件也从一个侧面表明，美国利用国际规则的滞后性支持SpaceX增新计划，意在最大化其在太空领域“占频占轨”的潜在利益。按照现有规则，ITU很可能会批准增新计划，届时其他国家需要避开已申请的频段和轨位以避免干扰，客观上压缩了其他国家在太空探索的空间。

太空“撞车”风险隐患增多。在空间安全方面，由于卫星体积小，太空空间监管网络追踪和管理的难度也随之加大，进而给轨道附近的其他空间飞行器的安全带来了威胁。此前，就曾有一个单星重量为386公斤的“星链”卫星飞行极度靠近欧洲空间局的一颗卫星。为避免“剐蹭”事故的发生，欧空局被迫操作卫星进行变轨规避，在一定程度上消耗了卫星的寿命。在地面安全方面，SpaceX承诺“星链”卫星运行周期结束后会坠入无人区，并且至少95%的组件将在大气层快速燃烧解体。然而，低轨道还将有其它运营商的成千上万颗卫星，即使只有小部分失效卫星“撞车”，产生的碎片也很有可能进一步相互影响，事故的“蝴蝶效应”可能造成大规模的太空灾难。微小卫星的规模化部署将使发生太空“撞车”、“剐蹭”、垃圾碰撞等太空“交通事故”的风险指数增大，群体的精确控制难度升高，影响也会更加严重。

可能严重干扰天文观测活动。低轨卫星是一种肉眼可见的空间飞行器。美国洛威尔天文台今年5月25日晚拍摄的一张宇宙观测照片被“星链”卫星过境干扰，长时间曝光的照片上出现了很多高亮线条，天文观测数据遭到污染。在美国天文学会年会上，天文学家们针对SpaceX卫星干扰天文观测的行为发表了公开声明。声明指出，预计未来几年，数万颗卫星将部署在近地轨道，这对天文学研究可能产生重大的不利影响：一是卫星反射或自身发射的光干扰光学和近红外天文观测;二是卫星通信的电磁辐射对射电天文观测的影响;三是卫星与天基天文台的碰撞风险。低轨卫星的大规模部署对天文科学家和天文设备而言都可能是一场灾难。

三点启示

急需改变低轨小卫星频率轨道资源审批规则。ITU是联合国的专门机构，负责分配全球频谱和卫星轨道资源。各国通信监管机构代表当地的卫星公司和电信运营商提交相关申请。ITU现有规则设立的初衷主要是针对普通发射数量以及传统的大中型卫星系统，并未预见到目前小卫星和巨型星座的爆发式发展。如今的形势表明，ITU和其他监管机构应当对超大数量的巨型卫星星座设置更加严格的规则，只有提高其在截止日期前部署申请卫星总数的百分比，才能保留其频谱和轨道资源的优先使用权利，为世界各国探索太空营造更加公平的发展环境。

通过国际合作和先进技术减少太空交通事故。通过提高低轨航天器微调规避的频率，加大对失效卫星的精确监控，提升有效处理技术在事前显得十分重要。与其被动躲避太空中的“不速之客”，倒不如通过国家间、组织间的国际合作，共同降低太空交通事故和太空垃圾产生风险的可能。事后也应当在禁止使用武力以及和平利用外层空间的法律框架下，由世界航天大国联合其他国家建立太空垃圾主动清理国际合作机制，共同清理近地轨道已经存在的太空垃圾，扫除人类未来利用太空的潜在威胁。

采用新手段、新技术规避光学和电磁学干扰。要确保星链对天文学观测无实质性影响：一是通过变轨操作移动卫星绕过地面天文观测台等设施;二是将卫星底部喷涂黑色漆和吸光材料，降低卫星的反射率;三是探索新型的卫星识别及排除干扰技术，例如通过共享卫星的运动坐标，天文台的数字化望远镜可自动过滤其光学特征并修正大气层扰动。此外，低轨卫星通信還应当避免使用专门用于射电天文的低Ku频段。