2025年1月1日,我国成功应用“千帆星座”的低轨卫星进行宽带接入;3月12日,我国以长征八号遥六运载火箭以“一箭十八星”方式将“千帆星座”第五批组网卫星送入预定轨道;目前,“千帆星座”已全面进入常态化发射组网状态。“千帆星座”是中国首个正式组网的低轨巨型星座系统,不仅实现了中国商业航天从“单星定制”向“批量化星座生产”的历史性跨越,更标志着中国低轨巨型星座快速建设时代的到来。
近年来,随着太空拥堵、高轨维持难度增加等问题出现,美国、欧洲、俄罗斯等国家和地区纷纷布局建设低轨卫星星座。低轨航天器具备发射成本低、星座系统覆盖范围广、低时延等优势,近地轨道作为低轨飞行器的有效载体,也越来越受到各航天大国的重视。那么,近地轨道空间资源为何如此宝贵?
——距离地面更近,缩减发射成本。
近地轨道具有距离地面更近的先天优势,仅需要小推力火箭就能满足发射要求,将卫星送入轨道,这将大幅缩减发射成本。同时,相对于地球静止轨道,地面站与卫星之间的距离大幅缩短,大幅缩小了时间延迟;在覆盖范围上,完善的低轨星座可以实现全球无死角覆盖,将不受地形限制,有效覆盖海洋、极地、沙漠等地面网络盲区。
此外,近地轨道的优质轨位资源有限,仅能容纳6~8万颗卫星。根据国际电信联盟规定,地球低轨道资源的获取遵循“先登先占、先占永得”的原则。因此,美国SpaceX、英国OneWeb等公司竞相申请大规模低轨星座,试图通过快速占轨方式,保持长期垄断优势。
——为深空探索提供跳板,助力验证深空技术。
作为空间站、载人飞船、在轨服务平台等的驻留地域,近地轨道是深空探测任务的中转调试区,将助力验证深空技术。超低轨卫星以其便利的试验条件,有助于率先进行电推进试验、高精度姿控等前沿技术验证,服务于更深层次的深空任务。
以解决飞行器高速运动带来的通信问题为例。低轨卫星接近地球,绕行速度快,其高速移动影响数据传输的稳定性和可靠性,对地面接收设备提出更高要求。这个问题既是现实挑战,也是研发低轨卫星关键技术的突破口。同样,这对深空探测任务中,需要在天地、天天接力通信方面的技术研究也具有借鉴意义。
——广泛应用于灾害监测、紧急救援、智能交通、智慧城市建设等领域。
传统高轨卫星数量少,一旦受损将对通信服务造成重大影响,此外,传统高轨卫星地面通信基站管理维护复杂,一旦出现故障难以及时修复。相比之下,低轨卫星数量多、分布广,可以互为备份、及时调整递补,利用这一优点进行科学设计布局,实现覆盖全球、实时通信的目标,能够增强抗毁弹性,可广泛应用于航天、航海、地面通信领域。
低轨轨道资源因通信质量、导航精度等方面的优势成为航天竞争新赛道,不过想要在这一赛道中取得优异成绩,仍然要攻克许多关键技术。例如,在低轨卫星的管理和维护方面,众多的卫星数量为精确跟踪和管理其位置和高度提出了新要求。一旦卫星接近地球表面,如果不能及时矫正和规范其轨道,可能导致卫星无法正常工作。此外,还需要充分考虑空间碎片对卫星影响,及时规避近地轨道空间碎片。这都对精确操控卫星、精准判断轨道环境变化,提出了新挑战。(徐鹏 孙书鹏)