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大型低轨星座谁来管?

2022-08-16松堂

太空探索 2022年8期
关键词:星链波束星座

文/松堂

大型低轨星座的飞速发展,虽然给人们的生活带来了很大的方便,但从另一方面讲,它如果用来服务于军事目的,将会很难控制。那么,它们一旦被用于军事目的,又该如何约束?

▲ 美国国防高级研究计划局正在推动黑杰克卫星通信体系建设,试图大幅度降低带宽成本

谁干得成,谁干不成?

要想发射大型星座来服务于军事目的,必须具备庞大的小卫星产能,以及强大的发射能力。到目前为止,只有美国同时具有这两个条件。美国拥有太空探索技术公司的猎鹰9火箭,因为采用了可重复使用的技术,入轨单价已经便宜到了5000 美元量级。另外,美国具有大量廉价制造卫星的能力。星链卫星、鸽群卫星的价格都控制在数十万美元量级,这对于军事航天活动来说,简直就是毛毛雨。有了这些条件,美国才能考虑大量部署星座,并且改造各种用途,其他国家还做不到。

我们来举个例子。2021 年6 月30 日,美国导弹防御局(MDA)发射了两颗纳卫星。它们属于立方星网络通信实验的一部分,虽然本身并不具备导弹探测功能,但是可以演示验证在轨纳卫星之间的网络无线电通信。而通信传输,也是导弹预警系统的重要功能之一。按照MDA 空间传感器任务主管的说法,“这些卫星将测试降低系统风险的关键技术,例如高超音速和弹道跟踪空间传感器,6 月30 日发射的任务,将展示先进通信技术的可行性,使用更小的尺寸、重量和功率来支持导弹防御通信架构。”

▲ 美国空军地勤人员在场站测试星链终端,这是一个军用版本的终端

“导弹防御架构需要在拦截器、传感器以及指挥控制系统之间实现通信,在来袭的敌方导弹到达目标之前快速识别、跟踪和摧毁它们。立方星能够以经济实惠的方式快速演示这类能力。”

MDA 创新、科学和技术理事会负责人菲斯说:“立方星可以用很低的成本进入太空,在相关环境中进行测试并收集准确的数据。”

▲ 美国空军希尔基地的地勤正在用星链传输后勤数据

这种所谓的低成本,能低到什么程度呢?据说这两颗卫星,每颗成本约为 130 万美元,对于美国导弹防御局来说,简直就是从没有过的便宜。

而发射这两颗卫星的,正是英国富翁布兰森的运载器一号空射火箭。

美国陆军为了有效利用航天能力,创建了一个新的单位,名字极其复杂,叫做“情报、信息、网络、电子战和太空营”,美国人自己也受不了这么长的名字,于是把它简称为I2CEWS(发音大概是“艾图库斯”)。“艾图库斯”营是美国陆军旅级多域特遣部队的一个组成部分,已经参加了多次兵棋推演。

“艾图库斯”营的一个重要任务,就是使用低轨道卫星系统。美国陆军希望能够拥有一个“强大、可持续”的天基传感器体系,其实就是航天发展局的黑杰克系统。这主要是因为,在美国军队当中,陆基反导是陆军负责的,导弹防御卫星系统的服务对象正好就是陆军。

早在2017~2018 年,美国陆军就演示了一颗叫做“科斯特尔之眼”的成像微卫星,据说这颗卫星的任务是“直接执行任务并响应战术需求”。所谓战术需求,就是一线部队在交战中,请求情报支援,希望能得到实时响应。传统卫星侦察那种几天甚至几个星期的响应速度,是根本不管用的。据说“科斯特尔之眼”的效果还算不错。因此,美国陆军在2019 年又启动了3个新的卫星计划,称为“枪烟”、“孤星”和“北极星”。这几个项目都高度保密,人们仅仅知道“枪烟”的合同为期两年、价值 830 万美元,要开发、测试、集成和演示两颗卫星。

当然,美军规模最大的小卫星星座,就是美国国防部正在建设的黑杰克星座,据说卫星单价将控制在数百万美元量级。如果实现,这将是军事航天发展史上的一个重大突破。

▲ 乌克兰民众围着刚刚架设好的星链地面站,利用WIFI 上网

怎么对付大星座?

巨型星座如果成为美国军队一家的工具,显然会对其他国家的空间安全和国家安全造成严重的威胁。要想应对这样的威胁,仅仅对美国提出口头要求,恐怕是不够的。只有表现出足够的竞争能力、对抗能力,才能让美国拿出平等的态度,来讨论巨型星座的管理问题。

竞争能力

竞争能力,就需要别的国家或者实体也能建造和部署上万颗规模的巨型星座。有不少国家的创业者都在讨论这方面的可能性。但是,建造巨型星座有个很重要的问题必须回答,谁来支付建造和维持的费用呢?其实这个问题对星链系统同样是存在的,作为一个建造中的星座,马斯克正在烧投资人的钱,来批量发射卫星。到2022 年6 月,星链系统号称已经在全球获得了40 万用户,其中基础服务用户每月费用110 美元,高端用户每月费用500 美元。这个收费标准并不低,只有在发达国家或者其他国家的高收入阶层那里,才能打开市场。不过,在美国的政治经济影响力之下,“星链”可以在全球市场上获取用户,不但是家庭用户,还有游艇、民航飞机、房车之类的移动式平台可以作为用户基础。但是,这个世界上的有钱人毕竟是少数。如今星链系统已经抢占了市场,其他星座,甚至包括第二代一网星座,就未必能分到多少蛋糕。

▲ 乌克兰无人机飞手可以使用“星链”来传输无人机拍摄到的图像,提供给乌克兰军队

▲ 乌克兰用户克里佐克兄弟特意在推特上发表帖子,对马斯克表示感谢

所以,要想部署另一个巨型星座和“星链”竞争,除非技术上有极大的突破和颠覆,否则可能性很小。

对抗能力

另外一个思路就是对“星链”进行打击。无论是软杀伤还是硬杀伤,只要能破坏“星链”的正常功能,就可以成为有效的对抗手段。“星链”本身是民用系统,理论上是可以干扰的。但是根据太空探索技术公司自己发布的消息,俄罗斯在俄乌冲突早期,曾经试图干扰“星链”,并没有成功。这主要是因为星链系统的通信原理和传统卫星有一定的区别,不但卫星比较多,而且采用了多点波束技术,一个波束被干扰,不但无法干扰整个星座的工作,甚至无法干扰单颗卫星工作。临近卫星把自己的波束调度过来,就可以克服干扰影响。所以,俄罗斯后期再也没有尝试过干扰“星链”。

▲ 乌克兰用户在屋顶架设星链天线,可见过程非常简单

“星链”的抗干扰能力这么强,很大程度上是被国际标准逼出来的。根据国际电联的有关要求,低轨道卫星如果和静止轨道卫星发生干扰,必须优先保护静止轨道卫星,毕竟有个先来后到嘛。具体的抗干扰方法,就是切换波束。如果低轨卫星的某一个波束和静止轨道卫星的波束重合,低轨道卫星就要立刻关闭这个波束,把另一颗卫星上的波束切换过来,为覆盖区的用户服务。如此就可以避免干扰静止卫星。这样的技术当然也能用来抗干扰。当然,这需要用户终端具备所谓的电扫描相控阵天线,否则不可能实现瞬间切换。所以,要是想用干扰手段来对抗星链系统,必须开发全新技术。

▲ 由于星座规模大,因此星链天线可以在狭窄的楼宇之间安装,也能保证通信

另一种方式就是最原始的硬杀伤,用导弹把星链系统打掉。这样的技术,无论美国自己还是其他一些国家,都是具备的。但是,硬杀伤就意味着和美国直接开战,不是可以随便动手的。另外,星链系统的卫星如此之多,如果再加上一网星座,难道要制造10 万枚导弹来攻击它们吗?这仗还没开始打,国家财政就破产了。所以,对抗“星链”这样的巨型星座,显然需要全新的思路。有人提出,可以用清理太空垃圾的方式来清理星链卫星。用一个巨大的绳网把卫星兜住,扔进大气层里烧掉。甚至可以用绳网沿着星链的轨道飞行,像捕鱼一样把整个轨道面的卫星全都抓走。当然,目前这还仅仅是设想而已。

开发对抗手段并不是为了真的摧毁“星链”。这样一个高性能的空间基础设施,如果用于人类和平与发展的目的,还是很有价值的。只要能逼着美国方面坐下来,认真讨论全球化的、公正的空间交通管制问题,认真讨论巨型星座的和平利用问题,避免把它用在军事上,至少不要逼人太甚,这样的对抗手段就是有价值的。

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