星链计划 穹顶上的巨网

颜慧

近年来，美国太空探索技术公司（SpaceX）的“星链计划”（StarLink）成为全球航天业关注的焦点，因为此前人类还从未这么密集地发射卫星：每個月两三批，每批数十颗，平均每天6颗卫星上天。2020年11月25日，猎鹰9号火箭于美国佛罗里达州发射升空，在成功进入太空后将 60 颗卫星放入轨道，并在放置卫星的任务结束后返回地球，降落在了SpaceX公司位于大西洋的移动发射平台上。你也许会好奇，星链计划为什么要发射这么多卫星？它到底是一个什么项目？

覆盖全球的卫星互联网

星链计划是SpaceX公司首席执行官马斯克于2015年1月宣布启动的一个项目。该项目计划于2019—2025年在太空搭建一个由1.2万颗卫星组成的网络，其中1584颗将部署在地球上空550千米处的近地轨道，最终将为地球上所有地区（包括南极洲）全天候提供高速、低成本卫星互联网。

2018年2月22日，SpaceX公司发射了首批测试卫星，对搭建太空“星链”进行测试。一旦完成部署，“星链”将为地球上的用户提供至少1Gbps的宽带服务和最高可达23Gbps的超高速宽带网络。同时也意味着，无论你在北极还是在亚马孙丛林里都能连上互联网。由于进展顺利，2020年，SpaceX公司又向国际电信联盟（ITU）提交了3万颗低轨道运行的小型卫星计划。这意味着星链计划最终会形成近4.2万颗卫星的超巨型卫星星座。

星链计划的本质是将近地卫星作为通信基站，这种模式并不是马斯克首创。早在20世纪90年代，摩托罗拉公司就提出并实施了一个全球移动通信系统—“铱星计划”。不过，在铱星计划发展期间，地面通信发展迅猛，全球手机普及，由于摩托罗拉在移动通信发展格局上的战略预判失误，最终导致计划失败。

目前，SpaceX公司已针对美国北方用户启动了名为“聊胜于无”（Better Than Nothing）的星链计划服务测试。参与者需花费499美元购买天线和路由器，每月支付99美元的网络服务费。近日，SpaceX公司表示：该测试反馈情况“超好”，人们在享受很快的上网速度和很短的时延。 SpaceX公司计划将服务测试扩展到加拿大。在测试前，“星链”团队表示，预计网络数据传输速度在50～150Mbps之间，网络延迟控制在20～40毫秒。据报道，美国网速测试统计公司Ookla最新数据显示，“星链”卫星互联网服务的试用速度已突破160Mbps，超过美国95%的其他宽带用户上网速度。

“星链”背后的军事野心

目前，全球范围内的商业卫星，包括低轨的“铱星”星座，被用于军事通信领域屡见不鲜。因此，星链计划虽然是SpaceX公司的一项商业低轨卫星星座计划，但是其军事应用的潜力也十分巨大。

尽管该公司首席执行官马斯克一再强调，未来会将“星链”打造成“全球卫星互联网”，主要用于民用场景，但是明眼人都能看出，星链计划远远不止民用这么简单。

首先，星链计划背后有美国军方提供支持—SpaceX公司的部分发射场建在美国范登堡空军基地内。2020年6月，SpaceX公司宣布和美国军方达成协议，使用“星链”卫星群为美国陆军进行通信测试。目前，美国空军和陆军都已经在积极探索对“星链”的应用，预计未来可能有数万颗卫星支持美军的作战行动。

星链计划完成后，将为美军作战提供哪些优势呢？

1.大幅提升美军宽带通信和精确导航能力。

星链计划可提供低成本、全球覆盖的高速互联网服务，如果用于军事，则可提供全球无死角的高速卫星互联网的波束覆盖，这必将大幅增强美军的作战通信能力和GPS精确导航能力。2019年，美国国防部航天发展局（SDA）表示，将从SpaceX、OneWe等公司实施低地轨道巨型卫星计划的企业采购服务。星链计划由于采用低轨道卫星、减少路由站等关键设计，其宽带能够为全球用户提供只有25毫秒的低延迟传输，与目前最强的高轨卫星通信250毫秒的延迟传输相比，提升了一个数量级。因此，它可作为战区外远程发射武器的末端导航控制平台，或者未来机器人部队与无人作战飞机的数据交换平台。

2019年3月，美国空军战略发展规划和实验办公室与SpaceX公司签订了价值2800万美元的合同，要求其在3年时间内，对“星链”开展军事服务演示验证。2019年11月，美空军对“星链”进行了早期低轨技术验证试验，其中包括卫星和美国空军战斗机的天线阵列进行直接互联的试验。据称，“星链”为美军C-12飞机提供了高达610Mbps带宽的网络服务，相比目前大多数飞机联网所购买的海事卫星的5～50Mbps带宽的上网服务，也整整提高了一个数量级，这将使未来远程无人机的使用成本大幅下降，无人机的使用数量可能会不断攀升。

2.有助美国抢占有限资源以实现战时“太空封锁”。

在航天领域，轨道位置和频谱资源都是有限的自然资源，卫星公司需要采取申报的方式向相关机构申请使用资格。根据ITU的规则规定，轨道和频谱资源主要以“先到先得”的方式分配，后申报方不能对先申报国家的卫星产生不利干扰。低轨星座系统不仅要按照ITU的规定将卫星发射升空，还要按照规定的时间和比例，向公众提供相关服务，从而使频率地位合法化、固定化。因此，提早建设和利用低轨星座系统，不仅能够抢占有限的低轨轨道资源，更有利于抢占频谱主动权，这对于战场通信的信道使用范围将有重要影响。目前，星链计划在这方面占有明显优势。此外，星链计划的4万多颗卫星全部发射到位后，在地球低轨道就会筑起一道屏障，其他国家的火箭要确定发射窗口，就要和星链计划的运营商进行沟通协调，否则就会和“星链”卫星相撞。一旦有战事，“星链”可对敌实行“太空封锁”。

3.强化全域侦察监视技术优势。

美军依托其侦察监视技术上的优势，已经构建了全维、全天候、实时的立体侦察监视体系，战场对其具有单行透明性。若“星链”卫星同时搭载光学观测载荷，结合其重访率高的优势，可实现24小时不间断光学监控分析，通过大数据系统自动识别、分类跟踪和图像识别系统，可进一步提高其对目标的识别率，增强抗干扰能力，这将大大提升美軍对地面移动物体和太空目标的监控能力。据报道，美国空军在“铱星”星座的卫星上搭载了战场杀伤传感器，并在美国和同盟国家的通信卫星上搭载了太空感知传感器。因此，美国太空军今后极可能在“星链”卫星上搭载对地对天的遥感传感器，从而大幅提高其对地监视侦察和太空感知能力。

尽管星链计划的推进速度很快，但它毕竟是一家公司以商业目的为主设计的计划，和美军的总体设想还有一定的距离。因此，美军正在设想实施由军方进行顶层设计并利用商业公司新技术的计划。2019年3月12日，SDA正式成立。SDA的主要职责是加速发展和部署新的军事航天能力，确保美军在太空领域的技术和军事优势。在美国组建太空军后，SDA将移交给美国太空军。SDA当前的任务是迅速开发和部署基于威胁驱动的“下一代太空体系架构”，以对抗对手的挑战或太空系统拒止。为实现这一目标，SDA采用了一种灵活的方法快速开发一个多功能的小型卫星星座，以应对当前和新出现的威胁。2019年7月1日，SDA发布第一份项目征求通知，借鉴了美国国防部高级研究计划局“黑杰克”卫星项目的理念，转向蓬勃发展的商业航天领域寻求支持。试图基于微小卫星技术、快速发射技术和人工智能技术，开发与下一代灵活、弹性、敏捷的太空体系相关的概念、方法、技术与系统。美军新一代太空体系建设的军事需求明确指向导弹防御与太空对抗，标志着美军太空装备体系发展思路与途径正酝酿着重大转变。

“星链”的巨大隐患

在星链计划的卫星系统中，几十颗卫星连成一串，在某个特定轨道平面上运行。当这些卫星划过天空时，因反射太阳光而发亮，在天空中留下一串光点，形成夜空中一道壮观的景象，有人将它们比喻为天空中的“三体舰队”。随着这些卫星在全球各地望远镜和相机镜头中频繁展露身影，天文学家们也开始产生担忧和困扰。2019年11月18日，“星链”卫星出现在托洛洛山美洲天文台4米级望远镜的视野中。通常消除上述影像的技术是通过分析影像，将这些“乱入”的像素轨迹去除，但这样的做法将降低侦测近地小行星以及其他可变物体的能力。

星链计划最终可能发射4.2万颗卫星，虽然在轨状态下人类肉眼通常看不见这些卫星，但对于使用光学望远镜和射电望远镜的天文研究者以及职业天文摄影者来说影响非常大。如果这些卫星比较暗且数量不多，一般可以通过影像分析去除这些噪点或异常轨迹，要是很明亮且数量多，影像处理难度会非常大。尽管SpaceX公司曾发表声明，希望尝试使用一种新的涂层来降低“星链”卫星的亮度，并承诺会根据天文台的需要调整卫星的方向。但反对和质疑的呼声高涨，这些卫星对于天文研究的负面影响是显著且不可消除的。

光学天文学首当其冲。太阳下山后，黑夜已经降临地球，但是地球上空的这些近地轨道卫星会继续反射太阳光，在夜空中显得非常明亮。这些卫星运行得非常快，就像一颗颗明亮的天体在快速移动。利用光学望远镜对太空进行观测，有点类似给太空照相，这些明亮的“星链”卫星可能使部分天文图像曝光过度，一片白茫茫，造成观测困难。有些针对暗弱天体的观测，单幅曝光时间非常长，如果有颗明亮的卫星一直在快速移动，会在天文图像上形成一条非常亮的线，处理起来非常麻烦，对观测质量有很大影响。不过，光学天文学遇到的最大问题是在拍摄最微弱和最遥远的星体方面。天文学家非常担心，这些卫星会降低科学家捕捉那些有可能撞上地球的危险小天体的能力。射电天文领域可能也难以幸免。几万颗位于近地轨道的“星链”卫星会占据很多无线电波资源，将直接影响对高频信号进行观测的射电望远镜。卫星上天后如果错误地使用其他频段，将会干扰地球上的射电望远镜，影响其正常工作。

太空中的人造卫星虽然远在天边，但是它们会影响地面上的人类，如功率强大的5G信号将影响自然界中水分子状态以致影响气象，并影响基于卫星云图的天气预报。太空中除了有人造卫星，还有大量太空垃圾。数量庞大的“星链”卫星除了带来虚假的星光之外，还可能导致更严重的问题：造成近地轨道的交通拥堵。自1957年第一颗人造卫星上天之后，迄今为止，人类共发射了近万个人造天体，但随着时间的流逝，目前仍然在轨的卫星数量约为2000颗。SpaceX公司的星链计划最终将发射 4.2万颗卫星，将会使目前的卫星密度提高20倍左右，届时，大量的人造卫星、太空垃圾将飘浮在这片区域，可能导致近地空间严重拥堵。

怀着对全球高速、低成本卫星互联网的向往，对未来升级版无线互联生活的期待，星链计划在SpaceX公司的设计、推动下诞生。开拓科技疆域的愿望是美好的，但现实中不断出现的问题也应该引起SpaceX公司和美国政府的重视。当一颗颗“星链”卫星升入太空，并渐渐组成一张穹顶巨网的时候，人们终会看到这闪耀在地球上空的人造星光洒落的是福祉，还是隐患……