2024年8月6日14时42分,我国在太原卫星发射中心使用长征六号甲运载火箭成功将“千帆星座”首批组网卫星——千帆极轨01组18颗卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功,标志着我国规模在1万颗以上的巨型低轨星座,正式拉开建设大幕。
“千帆星座”首批组网卫星发射情景
低轨星座系统
所谓低轨卫星星座(低轨星座)是指由地球低轨道上的多颗卫星组成的卫星系统,主要在高度约为150至2000千米的低轨道运行。低轨星座的运行原理是将一组卫星均匀分布在地球上空的低轨道上,以确保至少有一颗卫星能够覆盖任意一个地点。这些卫星通常以轨道倾角为60至90度的倾斜轨道运行,以实现全球范围内的覆盖,并通过相互之间的无线通信实现信息传递。
不同于传统的地球同步轨道卫星,低轨星座在地球上空运行的高度较低,其轨道周期相对较短,这使得低轨星座在卫星通信等领域具有明显的优势。由于距离较近,低轨星座可以实现更低的信号传输延迟,大幅提升通信速度。同时,低轨星座的星座系统通常由多颗卫星组成,形成一个互相协同工作的整体,能够更好地解决信号覆盖不均、信号遮挡等问题,提供更加稳定和可靠的通信服务。一颗卫星出现故障,也不会影响其他卫星的运行,可靠安全。
此外,低轨卫星轨道低、重量小,这就意味着可以使用一箭多星的方式,即一次火箭发射将多颗卫星送入轨道,从而有效分摊发射成本,大大降低了单颗卫星的发射费用。
低轨星座的星座系统通常由多颗卫星组成,形成一个互相协同工作的整体
总而言之,低轨星座系统无论是在军事、民用等领域,皆有着广泛的应用前景,虽然目前低轨星座主要以民用为主,但其却有着广泛的军事应用前景。未来的军事作战将以前所未有的速度在多域间展开,这对域内/域间信息共享与互联、能力协同提出了新的要求,以多域战、马赛克战、分布式作战等新型作战概念为核心的作战理念更是层出不穷。由于低轨星座具有可批量研制、快速部署、大容量、低延时、全球覆盖等特点,使得其在军事应用中的占比日益提高,未来可广泛用于通信中继、情报侦察、打击引导、预警探测、防御拦截、在轨服务等。
以美国为例,在美军在通信卫星体系的建设中,越来越重视低轨卫星星座的建设和利用,以满足信息化作战需求。为满足未来作战需求,并应对未来商业中低轨卫星星座的快速发展,美国国防部开展对商用太空互联网资源的利用研究,加速推进商业低轨卫星资源在军事领域的融合和应用。在俄乌军事冲突中,大量星链通信终端帮助乌方军队在战场上进行军事行动,星链等低轨星座与军事结合不仅形成天基对地观测、定位、通信、控制等体系能力,而且深刻影响作战行动的侦察、判断、决策以及行动全过程。
“千帆星座”(又名G60星链计划)是中国正在建造的巨型低轨互联网卫星星座之一
“千帆星座”计划
“千帆星座”(又名G60星链计划)是中国正在建造的巨型低轨互联网卫星星座之一,该项目由上海市松江区牵头,实施主体是上海垣信卫星。据悉,“千帆星座”作为低轨宽带卫星互联网星座是面向普通大众通信需求建设的星座,能够提供大带宽、低时延、高质量、高安全性、全球覆盖的卫星互联网服务。该星座包括三代卫星系统,采用全频段、多层多轨道星座设计。第一阶段计划到2025年底,实现648颗星提供区域网络覆盖;第二阶段到2027年底,648颗星提供全球网络覆盖;第三阶段,到2030年底,实现15000颗星提供手机直连多业务融合服务。
对于该项目,“千帆星座”副总指挥朱晓铖表示:“它(“千帆星座”)其实是地面互联网的一个拓展和延伸,在未来一方面我们能够去到更远的地方,也能够在比如说地质灾害的时候、紧急危险的时候,我们能够及时连到这样的一个互联网系统上去。将来通信的系统速率越来越高,通信覆盖的用户数会越来越多,将来可能实现万物互联这样的新时代。”
此前“千帆星座”已经进行了数次实验卫星的发射任务,而此次发射的是“千帆星座”的正式首批组网卫星,该公司的目标是在2024年发射并运行至少108颗卫星,提供初步的商业服务。
长征六号甲运载火箭采用模块化、组合化、系列化发展途径,可满足未来卫星多样化的密集发射需求
此外值得一提的是,执行本次发射任务的长征六号甲运载火箭是由上海航天抓总研制的新一代固液捆绑中型运载火箭,700公里太阳同步轨道运载能力不低于4.5吨。火箭采用模块化、组合化、系列化发展途径,将来可通过助推器的调整形成多种构型,满足未来卫星多样化的密集发射需求。
长征六号甲运载火箭聚焦“进一步全面深化改革”,在技术创新和管理能力上积极作为、担当尽责。本次任务有三大显著特点:一是二子级动力系统首次采用两次起动状态,进一步提升了火箭的运载能力;二是本发任务为长征六号甲火箭首次执行商业发射任务,型号加快适应商业发射模式,采用通用产品滚动批投产的方式,极大提升了火箭的商业化履约能力;三是本次任务是长征六号甲运载火箭首次实施一箭18星发射任务,为了更加合理有效利用整流罩内空间,卫星采用堆叠式布局,火箭入轨后,通过以一定角速度旋转,实现多颗卫星的高精度高可靠分离。
作为我国主力中型运载火箭,长征六号甲火箭当前已进入高密度发射状态。2022年3月,长六甲火箭首飞亮相,仅两年之隔,就已达到现役运载火箭密集发射的同等水平。为应对今年的高密发射任务,型号提前开展优化发射流程、提高测试效率、缩短恢复周期、优化岗位配置等工作,为年度发射任务的序时推进提供技术、管理、资源、人员等方面充分保障。值得一提的是,此次成功发射的千帆极轨01组卫星还首次实现了我国平板式卫星批量化研制以及一箭18星的堆叠发射。
低轨星座系统是信息基础设施的重要组成部分,无论对国计民生,还是商业应用都具有非常重要的战略意义
结语
总而言之,低轨星座是一种高度低、具有较短周期、互相协同的人造卫星星座系统,它能够提供高速、稳定、全球覆盖的通信、导航和定位服务,具有广阔的应用前景。但组建低轨星座系统也非易事,例如低轨空间有限,需要对低轨卫星进行合理安排组网,实现低轨空间的有效利用;星座系统尤其是巨型星座系统需要数量巨大的卫星,这对其研制、发射技术,工程成本,后续管理等有着较高的要求;低轨星座系统需要组网协同工作,这对卫星的组网技术、信息交互技术等也有着相应要求;等。目前,国外低轨星座系统的建设已取得了巨大成绩,值得我们借鉴和学习。