低轨巨型星座正在深刻影响世界航天

崔瑞飞 赵治 陈治科 张壹 陈思睿 吴晓杰（西安卫星测控中心）

近年来，低轨巨型星座发展步入快车道，导致低轨空间目标数量以前所未有的速度迅猛增长，给载人航天、在轨卫星运行、航天发射等活动带来巨大风险。为此，本文梳理了低轨巨型星座发展现状及趋势，研究了其对世界各国航天活动的影响，针对低轨巨型星座稳定、健康、有序发展的迫切需求，提出了维护外空活动长期可持续发展的意见建议。

1 低轨巨型星座发展现状及趋势

低轨巨型星座发展现状

2015年，美国太空探索技术公司（SpaceX）公布了“星链”（Starlink）计划，开启了商业航天新时代[1]。根据美国卫星产业协会（SIA）年度报告，2020年全球执行的114次发射活动中，商业发射占据了94次。2021年全球的146次发射活动中，商业发射为113次，其中，仅SpaceX公司的猎鹰－9（Falcon－9）火箭就执行了30次发射任务[2]。

商业航天蓬勃发展最典型成果为低轨巨型星座，其中，以美国SpaceX公司的“星链”卫星星座最为著名，现为全球最大的低轨巨型星座。该公司拟在2019～2024年的5年时间内，通过批量发射的方式将12000颗卫星运送至低地球轨道（LEO）。截至2022年8月31日，“星链”已累计发射3208颗，其中2932颗在轨运行。该星座目前已部署的卫星主要分布在340km高度的调整轨道和550km高度的工作轨道上[3]。

除美国SpaceX公司的“星链”卫星外，其他国家商业公司也提出了各自低轨巨型星座的计划，具有代表性的包括（截至2022年8月31日）：英国一网公司（OneWeb）计划部署6372颗（已成功发射428颗，其中426颗在轨运行）；加拿大电信卫星公司（Telesat）计划部署298颗；美国亚马逊公司（Amazon）计划部署3236颗[3-6]。

低轨巨型星座总体发展趋势

根据公开数据显示，截至2022年8月31日，在轨低轨巨型星座卫星总计4046颗，占全部在轨低轨卫星总数的55%，尤其是400～600km高度上，巨型星座占据了70%以上，1200km高度上更是达到89%，仅100颗卫星以上的巨型低轨星座就有6个[3]。从时间线上看，2020年发射916颗，2021年1366颗，2022年前8个月就达到1618颗，按照已发布规划，2022年将发射近1800颗[5]。

当前，低轨巨型星座仍在不断发展，越来越多公司宣布了其低轨巨型星座计划。从目前世界各国公开的建设计划来看，未来10年，全世界拟部署的低轨巨型星座卫星将超过5万颗。若所有低轨巨型星座均按计划如期完成，在轨卫星数量将超过Space-Track网站目前发布的已编目空间碎片总数，这或将成为影响空间安全态势的最大因素。

2 低轨巨型星座对世界各国航天活动影响

当前，低轨巨型星座发展总体处于无序状态，原有的航天秩序逐渐被打破，太空态势正在发生前所未有的变化，这对世界各国航天活动带来了巨大影响。

对空间站及航天员安全带来巨大风险

以中国空间站为例，其运行高度约在380～400km之间，低轨星座卫星入轨、运行和离轨过程均穿越上述轨道区域，增加了碰撞风险。2021年7月和10月，“星链”卫星曾两次接近中国空间站，迫使空间站变轨，对航天员生命安全、空间站运行安全构成了现实威胁[7]。上述行为也违反了《关于各国探索和利用外层空间包括月球与其他天体活动所应遵守原则的条约》（即《外空条约》）第5条有关规定1《外空条约》第5 条规定， “ 各缔约国应把其在外层空间（ 包括月球和其他天体） 所发现的能对宇宙航行员的生命或健康构成危险的任何现象， 立即通知给其他缔约国或联合国秘书长” 。。

目前规划中的低轨巨型星座一旦部署完成，可以预计，对中国空间站的威胁将进一步增加，严重影响航天员安全和在轨试验任务。“国际空间站”（ISS）以及其他国家载人航天器也将面临同样风险。

对近地空间在轨卫星安全运行构成现实威胁

低轨目标数量激增将增加空间目标在轨碰撞风险，影响近地空间在轨卫星的安全运行。现有低轨卫星主要分布在高度400～1000km的轨道上，近地点高度通常大于370km，与低轨巨型星座卫星交会频繁，对各国卫星在轨运行安全构成很大威胁[1]。从巨型星座公司官网公布的精轨数据来看，低轨巨型星座不仅部署规模大，而且入轨离轨持续机动，导致在轨目标近距离接近风险研判和规避难度加大，进一步增加了碰撞风险。

2019年9月2日，欧洲航天局（ESA）宣称，其“风神”（Aeolus）地球科学卫星与美国星链－44卫星存在潜在碰撞风险，并开展了碰撞规避[8]。

2021年5月30日，OneWeb公司公布，其收到美国天军第18太空防御中队（原名“第18太空控制中队”）“最高等级”通报，一颗“星链”卫星可能与一颗OneWeb卫星发生碰撞，碰撞概率高达1.3×10-2（一般紧急通报的碰撞概率门限为1.0×10-4，最高等级通报门限为1.0×10-2）[9]，后者因此紧急实施了碰撞规避。

ESA Aeolus卫星与美国星链－44风险交会情况（来源：ESA）

对各国航天发射活动造成实质影响

低轨大规模星座在近地空间形成高密度“太空网格”，将地球进行多层包裹，让低轨空间变得更加拥挤，大幅压缩世界各国航天发射活动安全窗口，增加碰撞风险。

据欧洲空间碎片研究科学家估计，根据2019年数据，每周“星链”星座内部卫星之间的近距离交会事件约有1600起，占全部在轨卫星间交会事件的50%。随着“星链”卫星的不断发射部署，上述数字将不断增长，一旦“星链”完成12000颗的部署计划，这一比例预计将达到90%[10]。

美国国家航空航天局（NASA）曾于2022年2月8日，致函联邦通信委员会（FCC），认为第二代“星链”星座会干扰NASA正常发射和科学活动，使“国际空间站”人员货物运输受到影响，还担心安全发射窗口越来越不可用[11]。未来，随着低轨巨型星座加快部署、在轨规模不断扩大，将进一步压缩发射安全窗口，对世界各国航天发射活动将造成不容忽视的影响。

对频轨资源平等使用形成严峻挑战

目前,近地空间卫星的频率、轨道资源分配主要由国际电信联盟（ITU）负责。其分配方式主要分为两种，一种是“预先规划”式，即将预先划分出的频率和轨道资源分配给各成员国；另一种是“先到先得”式，即对于非规划的频轨资源，申请方按照规定程序向ITU提出应用申请，ITU将符合规定的卫星网络资料登入国际频率登记总表。

低轨巨型星座的快速发展已对世界各国频轨资源开发利用形成严峻挑战[12-13]。当前，SpaceX公司向ITU申报有37份网络资料，已经占据了对网络资料的优先协调地位，且正在以快速部署实际占用低轨优质频轨资源[1]。总体来看，用于中低轨道通信的Ku频段资源已基本被几大星座占用完毕，其他各国和机构已无“可用之机”；其他主要频段资源也已成为多个星座申报目标，为其后续系统扩展奠定了基础。

低轨星座开始越出商业圈涉足军事领域

毫无疑问，低轨巨型星座的迅速发展给全球人民带来很大便利，惠及互联网、通信、导航、遥感等多个方面，是世界航天史上的里程碑，是商业航天划时代的标志。然而，2018年“星链”星座启动部署后，美国空军和陆军先后与SpaceX公司签署了“星链”通信服务采购合同，将其应用场景拓展到军事领域,并于2019年美国空军在AC-130飞机上成功测试了与“星链”的数据连接[14-16]。截至目前，“星链”卫星还参与了美军“先进战斗管理系统”（ABMS）跨域演习等联合性作战演习[17]。

在俄乌冲突中，“星链”卫星高调介入，并深度参与军事行动，为乌克兰政府、国防和关键基础设施提供连接互联网冗余支持，为作战部队提供情报数据，保障了地面打击力量指挥链的顺畅，协助实现对俄军“快、准、狠”打击。可见，“星链”在俄乌冲突中扮演着至关重要的角色，对乌克兰战斗力提升发挥着重要作用[18]。

3 确保低轨巨型星座有序发展的建议

长期以来，中国始终致力于外空活动的长期可持续发展。针对低轨巨型星座深刻变革外空态势这一新兴问题，中国借助联合国和平利用外层空间委员会的发声渠道，积极思考、主动作为，不断建言献策，旨在为低轨巨型星座稳定、健康、有序发展贡献中国智慧和中国方案。

提高巨型星座信息公开透明度

各国要利用外空委或联合国平台，以《外层空间活动中的透明度和建立信任措施》为基础，积极推动制定相应规则，要求巨型星座公司公开透明其精密轨道数据、轨控策略、载荷特性和发展计划等信息，为各国有针对性地开展碰撞风险分析提供支撑，有效降低碰撞事件的发生，确保太空安全。

警惕低轨巨型星座军事化

巨型星座内卫星数量巨大，全球多重覆盖，这极有可能为隐藏太空武器提供便利。如果将武器隐藏于巨型星座之中，将会对全球安全态势造成颠覆性影响。且如前文所述，有些低轨星座已经开始越出商业圈涉足军事领域，低轨巨型星座军事化已经开始萌芽。这必须引起各国高度重视，团结起来、主动作为，利用各种方法，确保低轨巨型星座用于商业目的。

推动空间碎片清除与减缓技术的发展与应用

当前发生太空碰撞事件的风险大大加剧，未来随着低轨巨型星座的进一步部署，这一局面将更加恶化。为了保护空间环境，维护外空长期可持续性，各国要未雨绸缪，加强空间碎片清除与减缓技术的研究与合作，推动技术的发展与落地应用，为未来可能发生的“大规模碎片产生”做好准备。

加快构建外空环境治理新秩序

低轨巨型星座的迅猛发展使得近地空间拥挤不堪，对外空可持续发展构成了巨大威胁，已成为外空国际治理的焦点和难点。为保护全人类共同的宝贵太空资源，各国必须团结起来，充分利用外空委这一平台，搁置争议、紧密合作，加速外空环境治理、太空交通协调和治理规则的讨论和制定进程，加快法律与技术的融合、技术标准、机制与规则的融合，为构建太空领域人类命运共同体作出积极贡献。