低轨巨型星座国际协调机制需求分析

刘家川 杜辉 王冀莲 刘桔阳 刘畅 郭筱曦 许菁菁

(1 中国空间技术研究院,北京 100094)

(2 中国空间技术研究院空间政策与法律研究中心,北京 100094)

(3 工业与信息化部国家无线电监测中心,北京 100037)(4 北京空间科技信息研究所,北京 100094)

以太空探索(SpaceX)公司的“星链”为代表的低轨全球宽带通信星座(以下简称“低轨巨型星座”)给全球航天产业发展带来了革命性的变化,成为近年来大家关注的热点。低轨巨型星座多采用微小卫星,卫星数量巨大,一般运行在距地球500 km 以上的轨道上。受到尺寸、遮挡、空间环境、成本等的限制,低轨巨型星座卫星天线口径、输出功率、信道数量、芯片门数等方面能力受限。这些客观限制导致低轨巨型星座在传输速率、时延、用户接入密度3个主要关键指标上与地面移动通信系统存在数量级上的差距,短期内无法取代地面移动通信系统。但是,低轨巨型星座在地面覆盖方面具有显著的“全球性”优势,可为地面移动通信系统难以覆盖的高原、荒漠、海洋、极地、原始森林等区域提供服务,在飞机空中通信、远洋舰船通信等方面也具有优势。

据不完全统计,中国、美国、加拿大、英国、日本、俄罗斯、韩国以及欧盟等均提出了低轨巨型星座发展计划,预计未来十年这些星座计划发射的卫星总数约为10万颗[1],远超人类进入航天时代以来发射的卫星数量总和。低轨巨型星座运营商及其巨大的用户群体将成为全球航天界一股具有重要影响的力量,对现有外空全球治理机制和规则带来严重的冲击和改变。同时,低轨巨型星座的发展为太空活动长期可持续性带来了前所未有的巨大挑战,空间碎片、天文观测受到干扰等问题变得越来越急迫,多国政府呼吁在国际层面加强协调以更好地对低轨巨型星座进行监管。考虑到现有外空国际协调机制的不足,在巨大协调需求的推动下,建立专门的低轨巨型星座国际协调机制将成为必然。

满足用户的通信需求是低轨巨型星座发展的首要目标,技术、成本等是低轨巨型星座建设演进的内在驱动,而应急救援、空间碎片、天文观测等是影响(促进或阻碍)低轨巨型星座发展的重要外部因素。基于上述逻辑,本文采用三层结构(应用层、建设层和影响层)对低轨巨型星座的国际协调需求进行分析。

1 应用层国际协调需求

应用层涵盖用户终端及更上层的应用工作,主要分析解决面向用户的各种问题和需求。从发展规律来看,低轨巨型星座应用首先需要进入市场,然后再积极寻求扩大市场,再往后会寻求进一步提升服务品质、维持市场地位等。目前,低轨巨型星座应用尚处于初级阶段,也就是还处于进入市场的阶段。下面我们按照“进入市场、扩大市场、巩固市场”的逻辑顺序来梳理低轨巨型星座应用需求。

1.1 电信服务市场准入——进入市场

电信服务落地是低轨巨型星座在各国领土范围内提供服务必须完成的法律步骤,对各星座运营商来说至关重要。各国都对电信落地设置了许可程序,为了保护本国产业发展和维护国家安全,对国外运营商在境内的电信服务许可程序较为严苛,在一定程度上对低轨巨型星座提供全球性服务构成了障碍。以美国为例,其电信准入授权仅对已经签署《世界贸易组织(WTO)基础电信协定》并承诺开放卫星服务的49个国家的卫星系统持开放政策[2]。还有部分国家电信服务落地许可程序不明确,或尚未建立相关法律制度,对企业开展相关业务构成了法律上的不确定性。虽然,电信落地授权属于各国国内事务,但是各国的低轨巨型星座运营商普遍都希望其他国家开放卫星通信服务市场,放宽卫星通信服务落地许可,存在建立统一、普遍适用的国际性准入规则,进一步降低准入门槛的强烈需求。

WTO 和全面与进步跨太平洋伙伴关系协定(CPTPP)等自由贸易磋商平台,是构建电信服务市场准入规则的主要平台。它们已有的规则普遍关注的是传统电信业务,不适应低轨巨型星座全球覆盖的特点,不能满足批量、快速准入全球市场的需求。但是,WTO 和CPTPP也为磋商低轨巨型星座市场准入规则提供了可能。

WTO 是国际上推动电信服务开放合作的主要平台。1995年1月正式生效的《服务贸易总协定》(GTAS)将通信列为12 个服务行业之一,并列有“电信”和“基础电信磋商”两个附件。“电信”附件是1986至1994年在乌拉圭回合谈判中达成的承诺,主要针对增值电信服务[3]。1998 年2 月生效的《WTO 基础电信服务协定》是电信服务市场准入的关键所在。《WTO 基础电信服务协定》包括具有约束力的市场进入承诺[4]。除《服务贸易总协定》及《WTO 基础电信服务协定》外,“参考文件”是另一个具有法律约束力的文件,包含一系列监管原则。WTO 成员可通过将“参考文件”附加在他们的承诺计划文件中的方式做出遵守其中列出的监管原则(保护竞争、互联互通、普遍服务、许可证发放保持透明、独立监管和稀缺资源分配与使用公正等)的承诺。目前,WTO 共有包括中国在内的108 个成员作出了电信服务承诺[5]。其中,99个成员承诺在基础电信领域扩大竞争,82个成员承诺遵守“参考文件”中列出的监管原则。2008年7月之后,WTO 服务贸易谈判再未取得重大实质性进展,电信行业也是如此。但是,GTAS也为有意向的国家在其框架下发起专门的低轨巨型星座服务谈判回合提供了可能。根据“服务贸易谈判指南和程序”[6],“请求-报价”是启动和开展服务贸易磋商的主要方式。WTO成员可向其他一个或多个成员提出进一步承诺的请求,然后相关成员在他们的初始报价中明确他们愿意如何以及在多大程度上接受所请求的承诺。在谈判结束之前,服务贸易理事会将对谈判成果进行评估。尽管很多国家已经做出了一些开放电信服务的承诺,但是各国普遍对电信服务准入仍设有很高的政策壁垒和门槛。

与GTAS 相比,CPTPP 将谈判方式由正面清单模式转向负面清单模式[7];监管主体和措施更加明确,设立电信委员会,并提供了多元化的电信争端解决机制;对电信相关贸易进行了专章规定,更为细致。在电信领域,CPTPP比GTAS更加先进、更加开放,电信市场准入更加自由化,更加有利于低轨巨型星座发展。在CPTPP 机制下,是有可能通过电信委员会进行低轨巨型星座相关规则专门研究和谈判的。但是,目前CPTPP 缔约方和市场体量仍较小。若中国、美国甚至是欧洲国家能够加入CPTPP,则可为低轨巨型星座发展提供更大市场。

1.2 与地面通信网络融合——扩大市场

与地面通信网络融合是低轨巨型星座运营商扩大市场的主要途径。与地面通信服务融合,可以让低轨巨型星座服务直达普通用户,其用户规模将可增长数个数量级。目前,低轨巨型星座服务尚未实现与地面通信系统的真正融合。低轨巨型星座或独立提供服务,或通过地面关口站与互联网主干网实现联通;与现有地面移动通信系统,如第五代移动通信系统(5G),尚未能实现融合。对于低轨巨型星座运营商来说,与地面系统融合的理想状态是,终端用户使用地面系统的终端(如手机)可以直接接受低轨巨型星座的服务,终端可以根据物理连接需求在低轨巨型星座网络与地面网络之间智能切换确定最优传输路径,终端用户无需考虑也无法察觉物理层的网络切换。考虑到5G 核心标准(《IMT-2020 无线电接口的详细规范》(ITU-R M.2150))已经发布且包括低轨巨型星座在内的卫星通信未能较好地融入5G 标准,未来与地面通信网络融合的需求将主要集中在与6G 融合方面,核心是在6G 的国际标准中实现融合。

在5G 国际标准的制定过程中,国际电信联盟(ITU)和第三代伙伴工程(3GPP)发挥着至关重要的作用。ITU 负责制定概念、要求和流程,批准发布最终规范;3GPP则侧重于按照ITU 的要求来制定具体的标准。ITU-R 下设第5 研究组(SG5)的WP5D 工作组具体负责5G 标准的审定和发布。目前,ITU-R 只是在前期研究工作中,提出了星地5G融合的4种应用场景[8];WP5D 发布的5G 接口标准(《IMT-2020 无线电接口的详细规范》)[9]将RDSS紧密地融入了5G 系统之中,但是低轨巨型星座没能较好地纳入5G 系统,目前并未有实质性的接口标准等内容。3GPP从R14开始着手开展星地融合的研究工作。在3GPP 名为“面向‘非地面网络’中的5G 新空口”研究项目中,定义了包括卫星网络在内的非地面网络的部署场景。在非地面网络与地面5G 融合的网络架构上,3GPP提出了星地融合的4种网络架构初步模型,还对卫星5G 场景中的传输延时、多普勒频移进行了估计,并对在非地面网络中部署5G 新空口需要做的适应性修改进行了讨论。3GPP对包括低轨巨型星座在内的卫星通信与地面网络的融合,目前主要停留在研究层面。

低轨巨型星座并没能融入已经发布的5G 标准之中,一方面归因于低轨巨型星座技术和服务尚处于发展的初级阶段,还有很多技术和服务等相关的实质性问题需要解决;另一方面,低轨巨型星座运营商群体力量不强,融合的需求容易被占据强势地位的地面移动通信运营商所忽视。为了更好地与地面通信网络融合,在积极参与3GPP 有关研究和规则制定时,低轨巨型星座运营商群体应基于共同利益联合研究和制定与低轨巨型星座融合的综合方案。这种方式将有利于更快更好地实现星地网络的融合。在此方面,欧洲Sa T5G 企业联盟是一种值得借鉴的形式。Sa T5G 成员单位中,8家为地面网络运营商,8家为卫星网络运营商。Sa T5G 成功地将卫星通信纳入3GPP 的5G 路线图。可惜的是,Sa T5G 中的卫星通信,局限于静止轨道(GEO)和中轨(MEO)卫星,尚未涉及低轨巨型星座。

2021年3月,在ITU-R WP5D 工作组第34次大会上,成立了6G 愿景组,负责定义6G 关键能力、开发6G 技术、制定6G 标准化和商业化时间表[10]。面向2030年以后的6G 通信,将是低轨巨型星座融入地面通信网络的重要机遇。6G 工作刚刚开始,低轨巨型星座运营商需积极参与ITU-R 已建立的6G愿景组的工作,争取在顶层目标文件中纳入低轨巨型星座融入地面移动通信网络的需求;同时,积极参与3GPP等组织的技术标准的规划与制定,从两个层面纳入融合需求。

1.3 提升用户体验——巩固市场

在低轨巨型星座技术和市场都成熟稳定后,发展将以改善用户体验、巩固并逐步扩大市场地位为主要目的。此阶段的协调需求主要体现在两方面:①用户终端兼容和一体化。用户终端是低轨巨型星座服务与用户直接交互的界面,是提升用户体验的重要方面。用户终端改善的需求主要体现在兼容和一体化上。目前,各低轨巨型星座用户需使用不同的用户终端,且每个终端便携性都比较差。在低轨巨型星座发展初期和中期,单个星座的覆盖、功能和性能都较为局限,用户体验较差。除机构用户和特殊用户,低轨巨型星座较难给普通终端用户提供好的体验。用户终端兼容性和一体化体现在如下两个方面:不同的低轨巨型星座的用户终端需要实现兼容和一体化,以及低轨巨型星座用户终端需要与地面移动通信用户终端(也就是手机)兼容和一体化。②建立低轨巨型星座服务标准体系。这对建立统一的市场和统一的服务标准是十分有益的,也是各行业发展的普遍规律。服务质量标准及相关标准体系是保障低轨巨型星座提供全球统一的服务质量的重要措施。在低轨巨型星座服务市场发展到一定程度、终端用户群体大幅扩大后,这将是运营商和终端用户都希望看到,对保持低轨巨型星座行业的长期可持续发展、巩固市场地位具有长远的正面影响。

ITU 和3GPP 等现有国际协调机制可为协调上述需求提供平台。ITU-R 下设的SG4“卫星服务”和SG5“地面服务”都会涉及低轨巨型星座协调业务,但是并不聚焦于低轨巨型星座业务。3GPP也主要聚焦于地面移动通信标准,低轨巨型星座乃至整个卫星通信业务在3GPP的工作中并不占据重要地位。为了满足低轨巨型星座运营商和用户群体的需求,可参考Sa T5G 的模式,由企业和有关研究机构建立类似于行业标准协会的国际协调机制,具体开展标准协调和制定工作。在取得阶段性成果后,再向3GPP 以及ITU 提出协调需求,在更高层面的标准中体现低轨巨型星座相关内容。

2 建设层国际协调需求

建设层涵盖用户终端(不含)以下的、支撑低轨巨型星座面向用户提供服务的设施及相关活动。更具体地,建设层包括在轨卫星星座、地面关口站、星间链路等设施及相关活动。下面按照低轨巨型星座建设的流程来对建设层国际协调需求进行分析。

2.1 频率轨位协调

各低轨巨型星座的轨道高度和频率较为相近,且频率与地面通信系统用频较为接近。开展频率轨位注册与协调,是低轨巨型星座建设需要解决的基础性和前置性问题。频率轨位协调包括至少两个层面。

(1)ITU 频率划分规则层面。低轨巨型星座运营商普遍希望将更多的可用频段划分给卫星业务,不希望ITU 给低轨巨型星座部署施加过多不必要的限制。这些规则统一体现在《ITU 无线电规则》中。

(2)实施层面。实施层面又包括两个方面:①低轨巨型星座之间以及低轨巨型星座与其他卫星系统和其他频率相关业务之间的频率协调,这主要是指频率申请和按照ITU 相关程序开展的协调;②在出现频率干扰后,各方需要建立快速的响应和处置机制。

ITU 为频率协调制定了较为完善的规则,协调机制也已较为明确,但是在满足低轨巨型星座协调需求方面仍有所欠缺,仍存在可完善的地方。2019年世界无线电通信大会(WRC-19)形成的非静止轨道(NGSO)星座部署的里程碑规则主要适用Ku、Ka和Q/V 等频段,在未来很长一段时期内将会保持稳定。其他频段的频率使用规则也是低轨巨型星座建设关注的问题。ITU 现有的卫星网络国际协调包含了卫星网络信函协调、卫星网络双边协调会谈以及卫星网络多边磋商会谈/会议等多种类型的机制,已经较为完备,但是协调效率较低,耗时较多,后续仍需继续完善。空间频率协调组(SFCG)是航天机构间的频率协调机制。根据SFCG 目前的职权文件,通信卫星相关频率协调并未纳入其工作范围。低轨巨型星座运营商可考虑推动SFCG 将通信卫星纳入工作范围,在航天机构层面加强频率协调工作、统一立场,共同在ITU 争取发展利益。

2.2 设施共享

低轨巨型星座设施共享可以分为如下方面

(1)地面关口站共享。地面关口站建设涉及到用地、大型天线建设、地面光纤铺设、运营、管理与维护等多方面工作,需要花费大量的人力和物力。如果能够实现站址、天线、光纤以及运营人员的共享,就可以在多个运营商之间分担大量的成本。从商业角度来说,是符合低轨巨型星座运营商的利益的。

(2)测控站和在轨运行支持能力共享。为保证星座在轨运行,低轨巨型星座运营商需在全球布站,7×24 h 值守。虽然测控站数量没有地面关口站多,但是也会涉及到用地、大型天线建设、地面光纤铺设、运营、管理与维护等多方面工作。多个运营商共享设施和资源,分担成本的需求也是存在的。

(3)其他需求。低轨巨型星座卫星数量巨大,对发射有着长期的需求,目前的地面发射设施需求还不能完全满足未来低轨巨型星座发射的需求。在未来,存在共享或共建发射场的需求。为降低投资成本,共享卫星研制设施(如图1 所示的卫星总装厂房)和相关试验设施的需求也是存在的。面向更遥远的未来,还有可能出现专用空间交通管理卫星、空间物体移除卫星的共享需求。

图1 一网公司现代化卫星工厂Fig.1 Modern satellite factory of OneWeb

目前国际上尚未有专门针对地面关口站、测控站、在轨运行、发射设施、卫星研制设施以及公共服务性质航天器的协调机制。上述协调需求都是商业利益驱动的,需要由有需求的企业自行发起。考虑到空间网络安全等因素,上述设施的共享可能会受到政治、外交和国防等因素的干扰。

2.3 系统互联互操作

系统互联互操作主要包括星间链路互联、星上处理能力共享、上行和下行数据传输链路互联互操作以及地面关口站的互联互操作等。一方面,可以提升资源利用率,通过充分利用多个星座的星上链路、处理和数据传输以及地面接收处理的能力,可以起到“1＋1＞2”的效果;另一方面,不同低轨巨型星座之间实现互联互通和互操作,是用户终端兼容和一体化后进一步实现低轨巨型星座系统融合的必然要求。

不同星座地面关口站的互联互通和互操作可以遵守地面网络的标准协议(如TCP/IP),技术和标准已经比较成熟。星上的互联互通和互操作目前还处于发展阶段,现存机制在协调制定统一的接口和技术标准方面取得了一些成绩;但是,在标准的可用性、工作效率等方面尚不能满足低轨巨型星座发展需求。

空间数据系统咨询委员会(CCSDS)主要开展空间网络互联服务、任务运行与信息管理服务、航天器在轨接口服务、系统工程、交叉支持服务和空间链路服务等6个领域的工作,与低轨巨型星座系统互联互操作需求较为吻合。虽然CCSDS的载荷数据格式以及测控数据格式相关标准在行业内接受度较高,但是包括网络互联在内的其他标准的普及度并不高。此外,与ITU 国际移动通信标准相比,CCSDS的标准没有严格的试验验证和遴选程序,可实现性和经济可行性并不好。如果要得到适合低轨巨型星座大规模商业应用的标准,有必要参照3GPP标准制定和验证程序以及ITU 国际移动通信技术遴选评估机制,对CCSDS 有关机制进行优化,或是建立新机制专门制定低轨巨型星座标准。机构间运行咨询组(IOAG)是一个致力于促进航天系统全面互操作的机制,主要协调政策和接口等较为顶层的事项,技术层面主要依靠其他组织(如CCSDS等)来制定标准和互操作协议。IOAG 工作效率并不高,与CCSDS 等组织的工作衔接尚待进一步优化。

2.4 卫星系统研制和发射技术标准化

由于低轨巨型星座规模巨大,给整个航天行业带来了很多前所未有的挑战,这些挑战包括降低成本、批量生产、批量发射和供应商自由选择等。为了降低卫星和地面系统的研制和部署成本,提升部署速度,低轨巨型星座运营商之间也存在合力推动技术标准化的诉求。比如,实现卫星与火箭接口的标准化、卫星部署器的标准化等,保证低轨巨型星座运营商在卫星研制厂商、发射服务供应商等方面可以实现自由选择、自由搭配。但是,全球性的航天技术标准应用并不如地面移动通信领域那样普遍。特别是在航天器和火箭制造领域,各大国普遍都有自己的标准,标准之间差异较大。

国际标准化组织(ISO)在推动航天技术国际标准研究与制定方面方面着一定的作用。ISO 的第20技术委员会名为“航空器和空间飞行器”,专门制定用于研制和维护航空器和空间飞行器的材料、元器件、设备等的标准。该委员会下设10个分委会。其中,第13分委会专门研究空间数据和信息传递系统,目前已发布86份标准;第14分委会专门研究空间系统和运行,目前已发布177份标准。ISO 工作效率较低、流程较长,目前所覆盖的技术领域尚不全面,所发布的标准尚不能涵盖低轨巨型星座标准化需求。

2.5 自由的全球化航天上游市场

为了便利低轨巨型星座部署和维护,低轨巨型星座运营商客观上存在要求各国开放航天上游市场的需求。这方面的需求集中体现在,降低甚至是去除航天出口控制要求。瓦森纳协定、导弹及其技术控制制度(MTCR)、美国的国际武器贸易条例(ITAR)、以及美国对与中国航天合作的“沃尔夫条款”等与上述需求相违背。建立全球较为统一自由的卫星研制、发射、测控和数据接收/传输市场,对低轨巨型星座行业的整体发展是大有裨益的。

ITAR、“沃尔夫条款”以及美国商务部的“实体名单”等,都是美国国内管制措施,但是具有全球的影响力。美国这些国内机制是限制航天上游市场全球自由开放的主要因素,政治性较强,短期内很难有大的变化。瓦森纳协议和MTCR 属于国际协定,对航天上游市场全球自由开放有一定影响,在当前的全球安全和政治外交形势下,短期内也很难有大幅放宽的可能。CPTPP 等全球性和区域性的自由贸易协定的磋商,可对放开限制施加一定的影响。考虑各大国普遍对自由贸易协定有较大的热情,通过自由贸易协定来促进航天上游市场全球自由开放或是可行的路径。

3 影响层国际协调需求

影响层是指低轨巨型星座所带来的主营业务之外的附加影响相关活动。下面按照正面和负面两个维度来分析影响层国际协调需求。

3.1 应急通信服务能力——正面影响

低轨巨型星座为人类提供了前所未有的全球无缝覆盖的通信能力,可带来应急通信领域革命性变化。低轨巨型星座对地面设施依赖性较低,地球局部发生的地震、洪灾、海啸等灾害对低轨巨型星座服务能力损害几乎可以忽略不计,且低轨巨型星座用户终端较高轨更为便携、速率更高,可为灾害监测与救援提供应急通信保障。低轨巨型星座将为海上、极地或其他位置遇险的人员的紧急救援提供便利。

2015年,欧洲卫星通信公司、海事卫星公司、国际通信卫星公司等9家卫星通信企业签署了《危机连接宪章》,建立了卫星通信服务人道主义危机救援机制。2018年,上述机制代表与联合国世界粮食计划署签署“贡献协议”。加入该机制的企业的资产主要是GEO 卫星,尚未有低轨巨型星座加入。未来,低轨巨型星座运营商也可以加入该机制,为全球人道主义救援提供通信支援。国际搜救卫星组织(Cospas-Sarsat)计划致力于提供准确、及时和可靠的遇险警告和定位数据,以帮助搜救当局救援遇险人员。Cospas-Sarsat建立于1979年,1988 年成为政府间组织,成员国包括加拿大、法国、美国和俄罗斯等,另有43个国家和2个组织是准成员。目前,尚未有低轨巨型星座加入该组织。若可在低轨巨型星座上搭载Cospas-Sarsat载荷,将大大增强该组织的服务能力和水平。

3.2 减小数字鸿沟和扶贫——正面影响

广大发展中国家在互联网接入和移动通信等方面与发达国家形成了巨大差距,“数字鸿沟”越来越大。低轨巨型星座的全球覆盖将为减小“数字鸿沟”带来重要机遇,可为发展中国家实现“消除贫困”“高质量教育”“减少不平等”等多个联合国可持续发展目标提供重要支持。

联合国发展计划署、粮农组织、世界粮食计划署等多个发展类国际组织以及ITU,都在开展相关工作,但目前这些组织主要与高轨通信卫星运营商合作。低轨巨型星座运营商可以考虑加强与这些组织的合作,为发展中国家特别是海岛国家和最不发达国家提供适度的免费接入和优惠价格接入支持,共同为实现联合国可持续发展目标做出贡献,展现低轨巨型星座运营商社会责任担当,塑造良好公益形象。

3.3 空间碎片——负面影响

低轨巨型星座卫星数量巨大,远超其他业务的在轨卫星。随着低轨巨型星座逐步部署,国际社会对其所带来的空间碎片问题的关注度越来越高。2020年以来,欧洲航天局、OneWeb等的卫星已数次因与SpaceX 公司的“星链”卫星高风险接近而紧急在轨规避。大规模星座在轨运行大大增加了卫星在轨碰撞风险,空间碎片的“凯斯勒效应”将导致低轨空间环境逐步恶化。一方面,低轨巨型星座运营商急迫希望与其他卫星运营商交换在轨卫星信息,建设地基空间物体监测能力,以更好地进行在轨碰撞预警和规避。另一方面,各国政府也有加强低轨巨型星座监管、构建全球空间交通管理体系的愿望,保证低轨巨型星座有序健康运营,保障其他业务的卫星的安全,促进外空活动长期可持续发展。

联合国外空委是权威的和平利用外空规则制定平台。在此平台达成的多项外空条约以及外空软法为协调解决低轨巨型星座带来的空间碎片问题提供了基础性框架。2007 年通过的《空间碎片减缓指南》和2019年通过的《外空活动长期可持续性指南》可为低轨巨型星座空间碎片问题的协调提供部分指导。尽管联合国外空委及其分委会下设的多个工作组和议题可为讨论低轨巨型星座相关空间碎片问题提供平台,但是这些平台尚未将低轨巨型星座空间碎片问题列入正式议程,问题的紧迫性和严重程度也尚未引起外空委的足够重视,不能满足协调需求。长远来看,空间交通管理将可构建解决问题的系统性框架。但是,空间交通管理涉及问题庞杂,且受政治外交等因素影响较大,短期内各国并不能就国际空间交通管理框架达成一致,寄希望于通过空间交通管理框架来解决低轨巨型星座问题是不现实的。机构间空间碎片协调委员会(IADC)在研究空间碎片相关问题、制定有关标准和指南方面发挥着重要作用。但是,IADC并没有监督规则落实的权威和能力,在低轨巨型星座相关规则方面的成果也并不多。

目前静止轨道通信卫星空间交通管理协调的民间权威——空间数据协会(SDA),在AGI公司的支持下建立了空间数据中心。国际上主要的静止轨道通信卫星运营商都是其会员,空间数据中心为会员分享态势感知和交通管理相关信息提供平台,并提供交会分析和碰撞预警服务。SDA 目前尚未有低轨巨型星座运营商加入。主动建立在轨空间物体监测、信息共享与预警规避机制,将有助于缓解国际社会对空间碎片问题的担忧。未来,低轨巨型星座运营商可从参照SDA,建立共用的空间物体监测与预警能力。

3.4 频率干扰响应与处置——负面影响

低轨巨型星座全球部署,卫星和地面站数量巨大,与其他低轨巨型星座以及其他频率相关业务干扰的可能性较大。为了减少干扰的影响,有必要建立频率干扰快速响应和处置机制。

ITU-R 建立了频率协调机制,可通过这些机制对干扰进行协调和处置。ITU 无线电通信局可对干扰情况进行调查;若无线电通信局调查难以做出判定,ITU 无线电规则委员会可以研究并做出调查结论。但是,ITU-R 的干扰协调机制响应速度慢、效率低、耗时长,并不能适应未来可能频繁出现的频率干扰事件响应和处置需求。为了更快地响应和处置干扰,可考虑建立更为有效的协调和响应机制。

3.5 天文观测——负面影响

低轨巨型星座对地基天文观测带来了严重的影响。根据国际天文联合会(IAU)提交给联合国外空委的报告,由于低轨巨型星座轨道较低,使用了高敏感度探测器的现代化望远镜能够检测到很大一部分过顶卫星,低轨巨型星座对宽视场望远镜和自动巡视探测望远镜的影响尤其明显。例如文献[1]认为Rubin天文台的Simonyi Survey宽视场望远镜拍摄的天文图像,30～40%无法使用[1]。低轨巨型星座对射电天文观测的影响也很大,IAU 呼吁避免卫星波束照射射电天文台的天线以及天文台附近的无线电静默区。

“星链”公司 与顶尖的天文学家和有关组织进行沟通,并采取多项措施,使其卫星在发射后一周内肉眼不可见:采用了可展开的遮阳板,在轨遮挡卫星最亮的区域,以减少对太阳光的反射[11]。但是,仅靠单个运营商采取措施并不能长期保障天文学家的利益,需要建立有关规则和协调机制,给及时协调解决问题提供平台。

IAU 是目前天文学家讨论低轨巨型星座影响的主要学术平台。IAU 向联合国外空委提交的关于减少卫星对天文观测影响的建议,已受到越来越多国家代表的重视。作为一个非政府组织,IAU 在协调处理该问题方面并不是最合适的平台。联合国外空委平台虽然权威,但是决策效率较低、且缺乏有效执行机制。低轨巨型星座运营商与IAU 协作,建立直接的沟通协调机制,对低轨巨型星座运营商来说是较为有利的方案。

4 结束语

现有低轨巨型星座国际协调机制主要有3类:自由贸易类、通信类和外空类。自由贸易类的核心平台是WTO,通信类的核心平台是ITU,外空类的核心机制是联合国外空委。从覆盖面的角度来说,现有国际协调机制能够基本覆盖低轨巨型星座相关国际协调需求。但是,现有机制普遍存在针对性不强、效率较低等问题,并不能满足低轨巨型星座发展需求,亟需建立专门的国际协调机制。

低轨巨型星座国际协调需求主要集中于两个方面:一是低轨巨型星座运营商们在市场准入、融入地面网络、设施共享等方面存在强烈的共性利益诉求,需要弥补机制空白,并集中力量在现有机制中发挥重要影响,反映自身利益诉求;二是政府监管部门在空间碎片、频率干扰、天文观测等方面普遍存在对低轨巨型星座进行监管的诉求,这些诉求紧迫且对外空环境的长期可持续性具有重要意义。因此未来有可能在国际上形成两种低轨巨型星座协调机制,一种服务于运营商利益,另一种则主要用于解决监管部门的诉求。

国际协调机制是规则制定和利益协调的平台。当前,我国正处于从航天大国向航天强国迈进的关键时期。在低轨巨型星座方面,我国存在重大发展利益。为维护国家利益,在未来机制和规则建立中占据先机,在加快星座部署的同时,我们也应提前开展相关机制和规则的研究。