2025年1月1日,我國成功應用“千帆星座”的低軌衛星進行寬帶接入;3月12日,我國以長征八號遙六運載火箭以“一箭十八星”方式將“千帆星座”第五批組網衛星送入預定軌道;目前,“千帆星座”已全面進入常態化發射組網狀態。“千帆星座”是中國首個正式組網的低軌巨型星座系統,不僅實現了中國商業航天從“單星定制”向“批量化星座生産”的歷史性跨越,更標誌着中國低軌巨型星座快速建設時代的到來。
近年來,隨着太空擁堵、高軌維持難度增加等問題出現,美國、歐洲、俄羅斯等國家和地區紛紛布局建設低軌衛星星座。低軌航天器具備發射成本低、星座系統覆蓋範圍廣、低時延等優勢,近地軌道作為低軌飛行器的有效載體,也越來越受到各航天大國的重視。那麼,近地軌道空間資源為何如此寶貴?
——距離地面更近,縮減發射成本。
近地軌道具有距離地面更近的先天優勢,僅需要小推力火箭就能滿足發射要求,將衛星送入軌道,這將大幅縮減發射成本。同時,相對於地球靜止軌道,地面站與衛星之間的距離大幅縮短,大幅縮小了時間延遲;在覆蓋範圍上,完善的低軌星座可以實現全球無死角覆蓋,將不受地形限制,有效覆蓋海洋、極地、沙漠等地面網絡盲區。
此外,近地軌道的優質軌位資源有限,僅能容納6~8萬顆衛星。根據國際電信聯盟規定,地球低軌道資源的獲取遵循“先登先佔、先佔永得”的原則。因此,美國SpaceX、英國OneWeb等公司競相申請大規模低軌星座,試圖通過快速佔軌方式,保持長期壟斷優勢。
——為深空探索提供跳板,助力驗證深空技術。
作為空間站、載人飛船、在軌服務&&等的駐留地域,近地軌道是深空探測任務的中轉調試區,將助力驗證深空技術。超低軌衛星以其便利的試驗條件,有助於率先進行電推進試驗、高精度姿控等前沿技術驗證,服務於更深層次的深空任務。
以解決飛行器高速運動帶來的通信問題為例。低軌衛星接近地球,繞行速度快,其高速移動影響數據傳輸的穩定性和可靠性,對地面接收設備提出更高要求。這個問題既是現實挑戰,也是研發低軌衛星關鍵技術的突破口。同樣,這對深空探測任務中,需要在天地、天天接力通信方面的技術研究也具有借鑒意義。
——廣泛應用於災害監測、緊急救援、智能交通、智慧城市建設等領域。
傳統高軌衛星數量少,一旦受損將對通信服務造成重大影響,此外,傳統高軌衛星地面通信基站管理維護複雜,一旦出現故障難以及時修復。相比之下,低軌衛星數量多、分佈廣,可以互為備份、及時調整遞補,利用這一優點進行科學設計布局,實現覆蓋全球、實時通信的目標,能夠增強抗毀彈性,可廣泛應用於航天、航海、地面通信領域。
低軌軌道資源因通信質量、導航精度等方面的優勢成為航天競爭新賽道,不過想要在這一賽道中取得優異成績,仍然要攻克許多關鍵技術。例如,在低軌衛星的管理和維護方面,眾多的衛星數量為精確跟蹤和管理其位置和高度提出了新要求。一旦衛星接近地球表面,如果不能及時矯正和規範其軌道,可能導致衛星無法正常工作。此外,還需要充分考慮空間碎片對衛星影響,及時規避近地軌道空間碎片。這都對精確操控衛星、精準判斷軌道環境變化,提出了新挑戰。(徐鵬 孫書鵬)