低軌巨型星座國際協(xié)調(diào)機制需求分析

劉家川 杜輝 王冀蓮 劉桔陽 劉暢 郭筱曦 許菁菁

(1 中國空間技術(shù)研究院,北京 100094)

(2 中國空間技術(shù)研究院空間政策與法律研究中心,北京 100094)

(3 工業(yè)與信息化部國家無線電監(jiān)測中心,北京 100037)(4 北京空間科技信息研究所,北京 100094)

以太空探索(SpaceX)公司的“星鏈”為代表的低軌全球?qū)拵ㄐ判亲?以下簡稱“低軌巨型星座”)給全球航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了革命性的變化,成為近年來大家關(guān)注的熱點。低軌巨型星座多采用微小衛(wèi)星,衛(wèi)星數(shù)量巨大,一般運行在距地球500 km 以上的軌道上。受到尺寸、遮擋、空間環(huán)境、成本等的限制,低軌巨型星座衛(wèi)星天線口徑、輸出功率、信道數(shù)量、芯片門數(shù)等方面能力受限。這些客觀限制導致低軌巨型星座在傳輸速率、時延、用戶接入密度3個主要關(guān)鍵指標上與地面移動通信系統(tǒng)存在數(shù)量級上的差距,短期內(nèi)無法取代地面移動通信系統(tǒng)。但是,低軌巨型星座在地面覆蓋方面具有顯著的“全球性”優(yōu)勢,可為地面移動通信系統(tǒng)難以覆蓋的高原、荒漠、海洋、極地、原始森林等區(qū)域提供服務,在飛機空中通信、遠洋艦船通信等方面也具有優(yōu)勢。

據(jù)不完全統(tǒng)計,中國、美國、加拿大、英國、日本、俄羅斯、韓國以及歐盟等均提出了低軌巨型星座發(fā)展計劃,預計未來十年這些星座計劃發(fā)射的衛(wèi)星總數(shù)約為10萬顆[1],遠超人類進入航天時代以來發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量總和。低軌巨型星座運營商及其巨大的用戶群體將成為全球航天界一股具有重要影響的力量,對現(xiàn)有外空全球治理機制和規(guī)則帶來嚴重的沖擊和改變。同時,低軌巨型星座的發(fā)展為太空活動長期可持續(xù)性帶來了前所未有的巨大挑戰(zhàn),空間碎片、天文觀測受到干擾等問題變得越來越急迫,多國政府呼吁在國際層面加強協(xié)調(diào)以更好地對低軌巨型星座進行監(jiān)管。考慮到現(xiàn)有外空國際協(xié)調(diào)機制的不足,在巨大協(xié)調(diào)需求的推動下,建立專門的低軌巨型星座國際協(xié)調(diào)機制將成為必然。

滿足用戶的通信需求是低軌巨型星座發(fā)展的首要目標,技術(shù)、成本等是低軌巨型星座建設演進的內(nèi)在驅(qū)動,而應急救援、空間碎片、天文觀測等是影響(促進或阻礙)低軌巨型星座發(fā)展的重要外部因素。基于上述邏輯,本文采用三層結(jié)構(gòu)(應用層、建設層和影響層)對低軌巨型星座的國際協(xié)調(diào)需求進行分析。

1 應用層國際協(xié)調(diào)需求

應用層涵蓋用戶終端及更上層的應用工作,主要分析解決面向用戶的各種問題和需求。從發(fā)展規(guī)律來看,低軌巨型星座應用首先需要進入市場,然后再積極尋求擴大市場,再往后會尋求進一步提升服務品質(zhì)、維持市場地位等。目前,低軌巨型星座應用尚處于初級階段,也就是還處于進入市場的階段。下面我們按照“進入市場、擴大市場、鞏固市場”的邏輯順序來梳理低軌巨型星座應用需求。

1.1 電信服務市場準入——進入市場

電信服務落地是低軌巨型星座在各國領土范圍內(nèi)提供服務必須完成的法律步驟,對各星座運營商來說至關(guān)重要。各國都對電信落地設置了許可程序,為了保護本國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和維護國家安全,對國外運營商在境內(nèi)的電信服務許可程序較為嚴苛,在一定程度上對低軌巨型星座提供全球性服務構(gòu)成了障礙。以美國為例,其電信準入授權(quán)僅對已經(jīng)簽署《世界貿(mào)易組織(WTO)基礎電信協(xié)定》并承諾開放衛(wèi)星服務的49個國家的衛(wèi)星系統(tǒng)持開放政策[2]。還有部分國家電信服務落地許可程序不明確,或尚未建立相關(guān)法律制度,對企業(yè)開展相關(guān)業(yè)務構(gòu)成了法律上的不確定性。雖然,電信落地授權(quán)屬于各國國內(nèi)事務,但是各國的低軌巨型星座運營商普遍都希望其他國家開放衛(wèi)星通信服務市場,放寬衛(wèi)星通信服務落地許可,存在建立統(tǒng)一、普遍適用的國際性準入規(guī)則,進一步降低準入門檻的強烈需求。

WTO 和全面與進步跨太平洋伙伴關(guān)系協(xié)定(CPTPP)等自由貿(mào)易磋商平臺,是構(gòu)建電信服務市場準入規(guī)則的主要平臺。它們已有的規(guī)則普遍關(guān)注的是傳統(tǒng)電信業(yè)務,不適應低軌巨型星座全球覆蓋的特點,不能滿足批量、快速準入全球市場的需求。但是,WTO 和CPTPP也為磋商低軌巨型星座市場準入規(guī)則提供了可能。

WTO 是國際上推動電信服務開放合作的主要平臺。1995年1月正式生效的《服務貿(mào)易總協(xié)定》(GTAS)將通信列為12 個服務行業(yè)之一,并列有“電信”和“基礎電信磋商”兩個附件?！半娦拧备郊?986至1994年在烏拉圭回合談判中達成的承諾,主要針對增值電信服務[3]。1998 年2 月生效的《WTO 基礎電信服務協(xié)定》是電信服務市場準入的關(guān)鍵所在?！禬TO 基礎電信服務協(xié)定》包括具有約束力的市場進入承諾[4]。除《服務貿(mào)易總協(xié)定》及《WTO 基礎電信服務協(xié)定》外,“參考文件”是另一個具有法律約束力的文件,包含一系列監(jiān)管原則。WTO 成員可通過將“參考文件”附加在他們的承諾計劃文件中的方式做出遵守其中列出的監(jiān)管原則(保護競爭、互聯(lián)互通、普遍服務、許可證發(fā)放保持透明、獨立監(jiān)管和稀缺資源分配與使用公正等)的承諾。目前,WTO 共有包括中國在內(nèi)的108 個成員作出了電信服務承諾[5]。其中,99個成員承諾在基礎電信領域擴大競爭,82個成員承諾遵守“參考文件”中列出的監(jiān)管原則。2008年7月之后,WTO 服務貿(mào)易談判再未取得重大實質(zhì)性進展,電信行業(yè)也是如此。但是,GTAS也為有意向的國家在其框架下發(fā)起專門的低軌巨型星座服務談判回合提供了可能。根據(jù)“服務貿(mào)易談判指南和程序”[6],“請求-報價”是啟動和開展服務貿(mào)易磋商的主要方式。WTO成員可向其他一個或多個成員提出進一步承諾的請求,然后相關(guān)成員在他們的初始報價中明確他們愿意如何以及在多大程度上接受所請求的承諾。在談判結(jié)束之前,服務貿(mào)易理事會將對談判成果進行評估。盡管很多國家已經(jīng)做出了一些開放電信服務的承諾,但是各國普遍對電信服務準入仍設有很高的政策壁壘和門檻。

與GTAS 相比,CPTPP 將談判方式由正面清單模式轉(zhuǎn)向負面清單模式[7];監(jiān)管主體和措施更加明確,設立電信委員會,并提供了多元化的電信爭端解決機制;對電信相關(guān)貿(mào)易進行了專章規(guī)定,更為細致。在電信領域,CPTPP比GTAS更加先進、更加開放,電信市場準入更加自由化,更加有利于低軌巨型星座發(fā)展。在CPTPP 機制下,是有可能通過電信委員會進行低軌巨型星座相關(guān)規(guī)則專門研究和談判的。但是,目前CPTPP 締約方和市場體量仍較小。若中國、美國甚至是歐洲國家能夠加入CPTPP,則可為低軌巨型星座發(fā)展提供更大市場。

1.2 與地面通信網(wǎng)絡融合——擴大市場

與地面通信網(wǎng)絡融合是低軌巨型星座運營商擴大市場的主要途徑。與地面通信服務融合,可以讓低軌巨型星座服務直達普通用戶,其用戶規(guī)模將可增長數(shù)個數(shù)量級。目前,低軌巨型星座服務尚未實現(xiàn)與地面通信系統(tǒng)的真正融合。低軌巨型星座或獨立提供服務,或通過地面關(guān)口站與互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)實現(xiàn)聯(lián)通;與現(xiàn)有地面移動通信系統(tǒng),如第五代移動通信系統(tǒng)(5G),尚未能實現(xiàn)融合。對于低軌巨型星座運營商來說,與地面系統(tǒng)融合的理想狀態(tài)是,終端用戶使用地面系統(tǒng)的終端(如手機)可以直接接受低軌巨型星座的服務,終端可以根據(jù)物理連接需求在低軌巨型星座網(wǎng)絡與地面網(wǎng)絡之間智能切換確定最優(yōu)傳輸路徑,終端用戶無需考慮也無法察覺物理層的網(wǎng)絡切換?？紤]到5G 核心標準(《IMT-2020 無線電接口的詳細規(guī)范》(ITU-R M.2150))已經(jīng)發(fā)布且包括低軌巨型星座在內(nèi)的衛(wèi)星通信未能較好地融入5G 標準,未來與地面通信網(wǎng)絡融合的需求將主要集中在與6G 融合方面,核心是在6G 的國際標準中實現(xiàn)融合。

在5G 國際標準的制定過程中,國際電信聯(lián)盟(ITU)和第三代伙伴工程(3GPP)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。ITU 負責制定概念、要求和流程,批準發(fā)布最終規(guī)范;3GPP則側(cè)重于按照ITU 的要求來制定具體的標準。ITU-R 下設第5 研究組(SG5)的WP5D 工作組具體負責5G 標準的審定和發(fā)布。目前,ITU-R 只是在前期研究工作中,提出了星地5G融合的4種應用場景[8];WP5D 發(fā)布的5G 接口標準(《IMT-2020 無線電接口的詳細規(guī)范》)[9]將RDSS緊密地融入了5G 系統(tǒng)之中,但是低軌巨型星座沒能較好地納入5G 系統(tǒng),目前并未有實質(zhì)性的接口標準等內(nèi)容。3GPP從R14開始著手開展星地融合的研究工作。在3GPP 名為“面向‘非地面網(wǎng)絡’中的5G 新空口”研究項目中,定義了包括衛(wèi)星網(wǎng)絡在內(nèi)的非地面網(wǎng)絡的部署場景。在非地面網(wǎng)絡與地面5G 融合的網(wǎng)絡架構(gòu)上,3GPP提出了星地融合的4種網(wǎng)絡架構(gòu)初步模型,還對衛(wèi)星5G 場景中的傳輸延時、多普勒頻移進行了估計,并對在非地面網(wǎng)絡中部署5G 新空口需要做的適應性修改進行了討論。3GPP對包括低軌巨型星座在內(nèi)的衛(wèi)星通信與地面網(wǎng)絡的融合,目前主要停留在研究層面。

低軌巨型星座并沒能融入已經(jīng)發(fā)布的5G 標準之中,一方面歸因于低軌巨型星座技術(shù)和服務尚處于發(fā)展的初級階段,還有很多技術(shù)和服務等相關(guān)的實質(zhì)性問題需要解決;另一方面,低軌巨型星座運營商群體力量不強,融合的需求容易被占據(jù)強勢地位的地面移動通信運營商所忽視。為了更好地與地面通信網(wǎng)絡融合,在積極參與3GPP 有關(guān)研究和規(guī)則制定時,低軌巨型星座運營商群體應基于共同利益聯(lián)合研究和制定與低軌巨型星座融合的綜合方案。這種方式將有利于更快更好地實現(xiàn)星地網(wǎng)絡的融合。在此方面,歐洲Sa T5G 企業(yè)聯(lián)盟是一種值得借鑒的形式。Sa T5G 成員單位中,8家為地面網(wǎng)絡運營商,8家為衛(wèi)星網(wǎng)絡運營商。Sa T5G 成功地將衛(wèi)星通信納入3GPP 的5G 路線圖?？上У氖?Sa T5G 中的衛(wèi)星通信,局限于靜止軌道(GEO)和中軌(MEO)衛(wèi)星,尚未涉及低軌巨型星座。

2021年3月,在ITU-R WP5D 工作組第34次大會上,成立了6G 愿景組,負責定義6G 關(guān)鍵能力、開發(fā)6G 技術(shù)、制定6G 標準化和商業(yè)化時間表[10]。面向2030年以后的6G 通信,將是低軌巨型星座融入地面通信網(wǎng)絡的重要機遇。6G 工作剛剛開始,低軌巨型星座運營商需積極參與ITU-R 已建立的6G愿景組的工作,爭取在頂層目標文件中納入低軌巨型星座融入地面移動通信網(wǎng)絡的需求;同時,積極參與3GPP等組織的技術(shù)標準的規(guī)劃與制定,從兩個層面納入融合需求。

1.3 提升用戶體驗——鞏固市場

在低軌巨型星座技術(shù)和市場都成熟穩(wěn)定后,發(fā)展將以改善用戶體驗、鞏固并逐步擴大市場地位為主要目的。此階段的協(xié)調(diào)需求主要體現(xiàn)在兩方面:①用戶終端兼容和一體化。用戶終端是低軌巨型星座服務與用戶直接交互的界面,是提升用戶體驗的重要方面。用戶終端改善的需求主要體現(xiàn)在兼容和一體化上。目前,各低軌巨型星座用戶需使用不同的用戶終端,且每個終端便攜性都比較差。在低軌巨型星座發(fā)展初期和中期,單個星座的覆蓋、功能和性能都較為局限,用戶體驗較差。除機構(gòu)用戶和特殊用戶,低軌巨型星座較難給普通終端用戶提供好的體驗。用戶終端兼容性和一體化體現(xiàn)在如下兩個方面:不同的低軌巨型星座的用戶終端需要實現(xiàn)兼容和一體化,以及低軌巨型星座用戶終端需要與地面移動通信用戶終端(也就是手機)兼容和一體化。②建立低軌巨型星座服務標準體系。這對建立統(tǒng)一的市場和統(tǒng)一的服務標準是十分有益的,也是各行業(yè)發(fā)展的普遍規(guī)律。服務質(zhì)量標準及相關(guān)標準體系是保障低軌巨型星座提供全球統(tǒng)一的服務質(zhì)量的重要措施。在低軌巨型星座服務市場發(fā)展到一定程度、終端用戶群體大幅擴大后,這將是運營商和終端用戶都希望看到,對保持低軌巨型星座行業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展、鞏固市場地位具有長遠的正面影響。

ITU 和3GPP 等現(xiàn)有國際協(xié)調(diào)機制可為協(xié)調(diào)上述需求提供平臺。ITU-R 下設的SG4“衛(wèi)星服務”和SG5“地面服務”都會涉及低軌巨型星座協(xié)調(diào)業(yè)務,但是并不聚焦于低軌巨型星座業(yè)務。3GPP也主要聚焦于地面移動通信標準,低軌巨型星座乃至整個衛(wèi)星通信業(yè)務在3GPP的工作中并不占據(jù)重要地位。為了滿足低軌巨型星座運營商和用戶群體的需求,可參考Sa T5G 的模式,由企業(yè)和有關(guān)研究機構(gòu)建立類似于行業(yè)標準協(xié)會的國際協(xié)調(diào)機制,具體開展標準協(xié)調(diào)和制定工作。在取得階段性成果后,再向3GPP 以及ITU 提出協(xié)調(diào)需求,在更高層面的標準中體現(xiàn)低軌巨型星座相關(guān)內(nèi)容。

2 建設層國際協(xié)調(diào)需求

建設層涵蓋用戶終端(不含)以下的、支撐低軌巨型星座面向用戶提供服務的設施及相關(guān)活動。更具體地,建設層包括在軌衛(wèi)星星座、地面關(guān)口站、星間鏈路等設施及相關(guān)活動。下面按照低軌巨型星座建設的流程來對建設層國際協(xié)調(diào)需求進行分析。

2.1 頻率軌位協(xié)調(diào)

各低軌巨型星座的軌道高度和頻率較為相近,且頻率與地面通信系統(tǒng)用頻較為接近。開展頻率軌位注冊與協(xié)調(diào),是低軌巨型星座建設需要解決的基礎性和前置性問題。頻率軌位協(xié)調(diào)包括至少兩個層面。

(1)ITU 頻率劃分規(guī)則層面。低軌巨型星座運營商普遍希望將更多的可用頻段劃分給衛(wèi)星業(yè)務,不希望ITU 給低軌巨型星座部署施加過多不必要的限制。這些規(guī)則統(tǒng)一體現(xiàn)在《ITU 無線電規(guī)則》中。

(2)實施層面。實施層面又包括兩個方面:①低軌巨型星座之間以及低軌巨型星座與其他衛(wèi)星系統(tǒng)和其他頻率相關(guān)業(yè)務之間的頻率協(xié)調(diào),這主要是指頻率申請和按照ITU 相關(guān)程序開展的協(xié)調(diào);②在出現(xiàn)頻率干擾后,各方需要建立快速的響應和處置機制。

ITU 為頻率協(xié)調(diào)制定了較為完善的規(guī)則,協(xié)調(diào)機制也已較為明確,但是在滿足低軌巨型星座協(xié)調(diào)需求方面仍有所欠缺,仍存在可完善的地方。2019年世界無線電通信大會(WRC-19)形成的非靜止軌道(NGSO)星座部署的里程碑規(guī)則主要適用Ku、Ka和Q/V 等頻段,在未來很長一段時期內(nèi)將會保持穩(wěn)定。其他頻段的頻率使用規(guī)則也是低軌巨型星座建設關(guān)注的問題。ITU 現(xiàn)有的衛(wèi)星網(wǎng)絡國際協(xié)調(diào)包含了衛(wèi)星網(wǎng)絡信函協(xié)調(diào)、衛(wèi)星網(wǎng)絡雙邊協(xié)調(diào)會談以及衛(wèi)星網(wǎng)絡多邊磋商會談/會議等多種類型的機制,已經(jīng)較為完備,但是協(xié)調(diào)效率較低,耗時較多,后續(xù)仍需繼續(xù)完善?？臻g頻率協(xié)調(diào)組(SFCG)是航天機構(gòu)間的頻率協(xié)調(diào)機制。根據(jù)SFCG 目前的職權(quán)文件,通信衛(wèi)星相關(guān)頻率協(xié)調(diào)并未納入其工作范圍。低軌巨型星座運營商可考慮推動SFCG 將通信衛(wèi)星納入工作范圍,在航天機構(gòu)層面加強頻率協(xié)調(diào)工作、統(tǒng)一立場,共同在ITU 爭取發(fā)展利益。

2.2 設施共享

低軌巨型星座設施共享可以分為如下方面

(1)地面關(guān)口站共享。地面關(guān)口站建設涉及到用地、大型天線建設、地面光纖鋪設、運營、管理與維護等多方面工作,需要花費大量的人力和物力。如果能夠?qū)崿F(xiàn)站址、天線、光纖以及運營人員的共享,就可以在多個運營商之間分擔大量的成本。從商業(yè)角度來說,是符合低軌巨型星座運營商的利益的。

(2)測控站和在軌運行支持能力共享。為保證星座在軌運行,低軌巨型星座運營商需在全球布站,7×24 h 值守。雖然測控站數(shù)量沒有地面關(guān)口站多,但是也會涉及到用地、大型天線建設、地面光纖鋪設、運營、管理與維護等多方面工作。多個運營商共享設施和資源,分擔成本的需求也是存在的。

(3)其他需求。低軌巨型星座衛(wèi)星數(shù)量巨大,對發(fā)射有著長期的需求,目前的地面發(fā)射設施需求還不能完全滿足未來低軌巨型星座發(fā)射的需求。在未來,存在共享或共建發(fā)射場的需求。為降低投資成本,共享衛(wèi)星研制設施(如圖1 所示的衛(wèi)星總裝廠房)和相關(guān)試驗設施的需求也是存在的。面向更遙遠的未來,還有可能出現(xiàn)專用空間交通管理衛(wèi)星、空間物體移除衛(wèi)星的共享需求。

圖1 一網(wǎng)公司現(xiàn)代化衛(wèi)星工廠Fig.1 Modern satellite factory of OneWeb

目前國際上尚未有專門針對地面關(guān)口站、測控站、在軌運行、發(fā)射設施、衛(wèi)星研制設施以及公共服務性質(zhì)航天器的協(xié)調(diào)機制。上述協(xié)調(diào)需求都是商業(yè)利益驅(qū)動的,需要由有需求的企業(yè)自行發(fā)起?？紤]到空間網(wǎng)絡安全等因素,上述設施的共享可能會受到政治、外交和國防等因素的干擾。

2.3 系統(tǒng)互聯(lián)互操作

系統(tǒng)互聯(lián)互操作主要包括星間鏈路互聯(lián)、星上處理能力共享、上行和下行數(shù)據(jù)傳輸鏈路互聯(lián)互操作以及地面關(guān)口站的互聯(lián)互操作等。一方面,可以提升資源利用率,通過充分利用多個星座的星上鏈路、處理和數(shù)據(jù)傳輸以及地面接收處理的能力,可以起到“1＋1＞2”的效果;另一方面,不同低軌巨型星座之間實現(xiàn)互聯(lián)互通和互操作,是用戶終端兼容和一體化后進一步實現(xiàn)低軌巨型星座系統(tǒng)融合的必然要求。

不同星座地面關(guān)口站的互聯(lián)互通和互操作可以遵守地面網(wǎng)絡的標準協(xié)議(如TCP/IP),技術(shù)和標準已經(jīng)比較成熟。星上的互聯(lián)互通和互操作目前還處于發(fā)展階段,現(xiàn)存機制在協(xié)調(diào)制定統(tǒng)一的接口和技術(shù)標準方面取得了一些成績;但是,在標準的可用性、工作效率等方面尚不能滿足低軌巨型星座發(fā)展需求。

空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(CCSDS)主要開展空間網(wǎng)絡互聯(lián)服務、任務運行與信息管理服務、航天器在軌接口服務、系統(tǒng)工程、交叉支持服務和空間鏈路服務等6個領域的工作,與低軌巨型星座系統(tǒng)互聯(lián)互操作需求較為吻合。雖然CCSDS的載荷數(shù)據(jù)格式以及測控數(shù)據(jù)格式相關(guān)標準在行業(yè)內(nèi)接受度較高,但是包括網(wǎng)絡互聯(lián)在內(nèi)的其他標準的普及度并不高。此外,與ITU 國際移動通信標準相比,CCSDS的標準沒有嚴格的試驗驗證和遴選程序,可實現(xiàn)性和經(jīng)濟可行性并不好。如果要得到適合低軌巨型星座大規(guī)模商業(yè)應用的標準,有必要參照3GPP標準制定和驗證程序以及ITU 國際移動通信技術(shù)遴選評估機制,對CCSDS 有關(guān)機制進行優(yōu)化,或是建立新機制專門制定低軌巨型星座標準。機構(gòu)間運行咨詢組(IOAG)是一個致力于促進航天系統(tǒng)全面互操作的機制,主要協(xié)調(diào)政策和接口等較為頂層的事項,技術(shù)層面主要依靠其他組織(如CCSDS等)來制定標準和互操作協(xié)議。IOAG 工作效率并不高,與CCSDS 等組織的工作銜接尚待進一步優(yōu)化。

2.4 衛(wèi)星系統(tǒng)研制和發(fā)射技術(shù)標準化

由于低軌巨型星座規(guī)模巨大,給整個航天行業(yè)帶來了很多前所未有的挑戰(zhàn),這些挑戰(zhàn)包括降低成本、批量生產(chǎn)、批量發(fā)射和供應商自由選擇等。為了降低衛(wèi)星和地面系統(tǒng)的研制和部署成本,提升部署速度,低軌巨型星座運營商之間也存在合力推動技術(shù)標準化的訴求。比如,實現(xiàn)衛(wèi)星與火箭接口的標準化、衛(wèi)星部署器的標準化等,保證低軌巨型星座運營商在衛(wèi)星研制廠商、發(fā)射服務供應商等方面可以實現(xiàn)自由選擇、自由搭配。但是,全球性的航天技術(shù)標準應用并不如地面移動通信領域那樣普遍。特別是在航天器和火箭制造領域,各大國普遍都有自己的標準,標準之間差異較大。

國際標準化組織(ISO)在推動航天技術(shù)國際標準研究與制定方面方面著一定的作用。ISO 的第20技術(shù)委員會名為“航空器和空間飛行器”,專門制定用于研制和維護航空器和空間飛行器的材料、元器件、設備等的標準。該委員會下設10個分委會。其中,第13分委會專門研究空間數(shù)據(jù)和信息傳遞系統(tǒng),目前已發(fā)布86份標準;第14分委會專門研究空間系統(tǒng)和運行,目前已發(fā)布177份標準。ISO 工作效率較低、流程較長,目前所覆蓋的技術(shù)領域尚不全面,所發(fā)布的標準尚不能涵蓋低軌巨型星座標準化需求。

2.5 自由的全球化航天上游市場

為了便利低軌巨型星座部署和維護,低軌巨型星座運營商客觀上存在要求各國開放航天上游市場的需求。這方面的需求集中體現(xiàn)在,降低甚至是去除航天出口控制要求。瓦森納協(xié)定、導彈及其技術(shù)控制制度(MTCR)、美國的國際武器貿(mào)易條例(ITAR)、以及美國對與中國航天合作的“沃爾夫條款”等與上述需求相違背。建立全球較為統(tǒng)一自由的衛(wèi)星研制、發(fā)射、測控和數(shù)據(jù)接收/傳輸市場,對低軌巨型星座行業(yè)的整體發(fā)展是大有裨益的。

ITAR、“沃爾夫條款”以及美國商務部的“實體名單”等,都是美國國內(nèi)管制措施,但是具有全球的影響力。美國這些國內(nèi)機制是限制航天上游市場全球自由開放的主要因素,政治性較強,短期內(nèi)很難有大的變化。瓦森納協(xié)議和MTCR 屬于國際協(xié)定,對航天上游市場全球自由開放有一定影響,在當前的全球安全和政治外交形勢下,短期內(nèi)也很難有大幅放寬的可能。CPTPP 等全球性和區(qū)域性的自由貿(mào)易協(xié)定的磋商,可對放開限制施加一定的影響?？紤]各大國普遍對自由貿(mào)易協(xié)定有較大的熱情,通過自由貿(mào)易協(xié)定來促進航天上游市場全球自由開放或是可行的路徑。

3 影響層國際協(xié)調(diào)需求

影響層是指低軌巨型星座所帶來的主營業(yè)務之外的附加影響相關(guān)活動。下面按照正面和負面兩個維度來分析影響層國際協(xié)調(diào)需求。

3.1 應急通信服務能力——正面影響

低軌巨型星座為人類提供了前所未有的全球無縫覆蓋的通信能力,可帶來應急通信領域革命性變化。低軌巨型星座對地面設施依賴性較低,地球局部發(fā)生的地震、洪災、海嘯等災害對低軌巨型星座服務能力損害幾乎可以忽略不計,且低軌巨型星座用戶終端較高軌更為便攜、速率更高,可為災害監(jiān)測與救援提供應急通信保障。低軌巨型星座將為海上、極地或其他位置遇險的人員的緊急救援提供便利。

2015年,歐洲衛(wèi)星通信公司、海事衛(wèi)星公司、國際通信衛(wèi)星公司等9家衛(wèi)星通信企業(yè)簽署了《危機連接憲章》,建立了衛(wèi)星通信服務人道主義危機救援機制。2018年,上述機制代表與聯(lián)合國世界糧食計劃署簽署“貢獻協(xié)議”。加入該機制的企業(yè)的資產(chǎn)主要是GEO 衛(wèi)星,尚未有低軌巨型星座加入。未來,低軌巨型星座運營商也可以加入該機制,為全球人道主義救援提供通信支援。國際搜救衛(wèi)星組織(Cospas-Sarsat)計劃致力于提供準確、及時和可靠的遇險警告和定位數(shù)據(jù),以幫助搜救當局救援遇險人員。Cospas-Sarsat建立于1979年,1988 年成為政府間組織,成員國包括加拿大、法國、美國和俄羅斯等,另有43個國家和2個組織是準成員。目前,尚未有低軌巨型星座加入該組織。若可在低軌巨型星座上搭載Cospas-Sarsat載荷,將大大增強該組織的服務能力和水平。

3.2 減小數(shù)字鴻溝和扶貧——正面影響

廣大發(fā)展中國家在互聯(lián)網(wǎng)接入和移動通信等方面與發(fā)達國家形成了巨大差距,“數(shù)字鴻溝”越來越大。低軌巨型星座的全球覆蓋將為減小“數(shù)字鴻溝”帶來重要機遇,可為發(fā)展中國家實現(xiàn)“消除貧困”“高質(zhì)量教育”“減少不平等”等多個聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標提供重要支持。

聯(lián)合國發(fā)展計劃署、糧農(nóng)組織、世界糧食計劃署等多個發(fā)展類國際組織以及ITU,都在開展相關(guān)工作,但目前這些組織主要與高軌通信衛(wèi)星運營商合作。低軌巨型星座運營商可以考慮加強與這些組織的合作,為發(fā)展中國家特別是海島國家和最不發(fā)達國家提供適度的免費接入和優(yōu)惠價格接入支持,共同為實現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標做出貢獻,展現(xiàn)低軌巨型星座運營商社會責任擔當,塑造良好公益形象。

3.3 空間碎片——負面影響

低軌巨型星座衛(wèi)星數(shù)量巨大,遠超其他業(yè)務的在軌衛(wèi)星。隨著低軌巨型星座逐步部署,國際社會對其所帶來的空間碎片問題的關(guān)注度越來越高。2020年以來,歐洲航天局、OneWeb等的衛(wèi)星已數(shù)次因與SpaceX 公司的“星鏈”衛(wèi)星高風險接近而緊急在軌規(guī)避。大規(guī)模星座在軌運行大大增加了衛(wèi)星在軌碰撞風險,空間碎片的“凱斯勒效應”將導致低軌空間環(huán)境逐步惡化。一方面,低軌巨型星座運營商急迫希望與其他衛(wèi)星運營商交換在軌衛(wèi)星信息,建設地基空間物體監(jiān)測能力,以更好地進行在軌碰撞預警和規(guī)避。另一方面,各國政府也有加強低軌巨型星座監(jiān)管、構(gòu)建全球空間交通管理體系的愿望,保證低軌巨型星座有序健康運營,保障其他業(yè)務的衛(wèi)星的安全,促進外空活動長期可持續(xù)發(fā)展。

聯(lián)合國外空委是權(quán)威的和平利用外空規(guī)則制定平臺。在此平臺達成的多項外空條約以及外空軟法為協(xié)調(diào)解決低軌巨型星座帶來的空間碎片問題提供了基礎性框架。2007 年通過的《空間碎片減緩指南》和2019年通過的《外空活動長期可持續(xù)性指南》可為低軌巨型星座空間碎片問題的協(xié)調(diào)提供部分指導。盡管聯(lián)合國外空委及其分委會下設的多個工作組和議題可為討論低軌巨型星座相關(guān)空間碎片問題提供平臺,但是這些平臺尚未將低軌巨型星座空間碎片問題列入正式議程,問題的緊迫性和嚴重程度也尚未引起外空委的足夠重視,不能滿足協(xié)調(diào)需求。長遠來看,空間交通管理將可構(gòu)建解決問題的系統(tǒng)性框架。但是,空間交通管理涉及問題龐雜,且受政治外交等因素影響較大,短期內(nèi)各國并不能就國際空間交通管理框架達成一致,寄希望于通過空間交通管理框架來解決低軌巨型星座問題是不現(xiàn)實的。機構(gòu)間空間碎片協(xié)調(diào)委員會(IADC)在研究空間碎片相關(guān)問題、制定有關(guān)標準和指南方面發(fā)揮著重要作用。但是,IADC并沒有監(jiān)督規(guī)則落實的權(quán)威和能力,在低軌巨型星座相關(guān)規(guī)則方面的成果也并不多。

目前靜止軌道通信衛(wèi)星空間交通管理協(xié)調(diào)的民間權(quán)威——空間數(shù)據(jù)協(xié)會(SDA),在AGI公司的支持下建立了空間數(shù)據(jù)中心。國際上主要的靜止軌道通信衛(wèi)星運營商都是其會員,空間數(shù)據(jù)中心為會員分享態(tài)勢感知和交通管理相關(guān)信息提供平臺,并提供交會分析和碰撞預警服務。SDA 目前尚未有低軌巨型星座運營商加入。主動建立在軌空間物體監(jiān)測、信息共享與預警規(guī)避機制,將有助于緩解國際社會對空間碎片問題的擔憂。未來,低軌巨型星座運營商可從參照SDA,建立共用的空間物體監(jiān)測與預警能力。

3.4 頻率干擾響應與處置——負面影響

低軌巨型星座全球部署,衛(wèi)星和地面站數(shù)量巨大,與其他低軌巨型星座以及其他頻率相關(guān)業(yè)務干擾的可能性較大。為了減少干擾的影響,有必要建立頻率干擾快速響應和處置機制。

ITU-R 建立了頻率協(xié)調(diào)機制,可通過這些機制對干擾進行協(xié)調(diào)和處置。ITU 無線電通信局可對干擾情況進行調(diào)查;若無線電通信局調(diào)查難以做出判定,ITU 無線電規(guī)則委員會可以研究并做出調(diào)查結(jié)論。但是,ITU-R 的干擾協(xié)調(diào)機制響應速度慢、效率低、耗時長,并不能適應未來可能頻繁出現(xiàn)的頻率干擾事件響應和處置需求。為了更快地響應和處置干擾,可考慮建立更為有效的協(xié)調(diào)和響應機制。

3.5 天文觀測——負面影響

低軌巨型星座對地基天文觀測帶來了嚴重的影響。根據(jù)國際天文聯(lián)合會(IAU)提交給聯(lián)合國外空委的報告,由于低軌巨型星座軌道較低,使用了高敏感度探測器的現(xiàn)代化望遠鏡能夠檢測到很大一部分過頂衛(wèi)星,低軌巨型星座對寬視場望遠鏡和自動巡視探測望遠鏡的影響尤其明顯。例如文獻[1]認為Rubin天文臺的Simonyi Survey寬視場望遠鏡拍攝的天文圖像,30～40%無法使用[1]。低軌巨型星座對射電天文觀測的影響也很大,IAU 呼吁避免衛(wèi)星波束照射射電天文臺的天線以及天文臺附近的無線電靜默區(qū)。

“星鏈”公司 與頂尖的天文學家和有關(guān)組織進行溝通,并采取多項措施,使其衛(wèi)星在發(fā)射后一周內(nèi)肉眼不可見:采用了可展開的遮陽板,在軌遮擋衛(wèi)星最亮的區(qū)域,以減少對太陽光的反射[11]。但是,僅靠單個運營商采取措施并不能長期保障天文學家的利益,需要建立有關(guān)規(guī)則和協(xié)調(diào)機制,給及時協(xié)調(diào)解決問題提供平臺。

IAU 是目前天文學家討論低軌巨型星座影響的主要學術(shù)平臺。IAU 向聯(lián)合國外空委提交的關(guān)于減少衛(wèi)星對天文觀測影響的建議,已受到越來越多國家代表的重視。作為一個非政府組織,IAU 在協(xié)調(diào)處理該問題方面并不是最合適的平臺。聯(lián)合國外空委平臺雖然權(quán)威,但是決策效率較低、且缺乏有效執(zhí)行機制。低軌巨型星座運營商與IAU 協(xié)作,建立直接的溝通協(xié)調(diào)機制,對低軌巨型星座運營商來說是較為有利的方案。

4 結(jié)束語

現(xiàn)有低軌巨型星座國際協(xié)調(diào)機制主要有3類:自由貿(mào)易類、通信類和外空類。自由貿(mào)易類的核心平臺是WTO,通信類的核心平臺是ITU,外空類的核心機制是聯(lián)合國外空委。從覆蓋面的角度來說,現(xiàn)有國際協(xié)調(diào)機制能夠基本覆蓋低軌巨型星座相關(guān)國際協(xié)調(diào)需求。但是,現(xiàn)有機制普遍存在針對性不強、效率較低等問題,并不能滿足低軌巨型星座發(fā)展需求,亟需建立專門的國際協(xié)調(diào)機制。

低軌巨型星座國際協(xié)調(diào)需求主要集中于兩個方面:一是低軌巨型星座運營商們在市場準入、融入地面網(wǎng)絡、設施共享等方面存在強烈的共性利益訴求,需要彌補機制空白,并集中力量在現(xiàn)有機制中發(fā)揮重要影響,反映自身利益訴求;二是政府監(jiān)管部門在空間碎片、頻率干擾、天文觀測等方面普遍存在對低軌巨型星座進行監(jiān)管的訴求,這些訴求緊迫且對外空環(huán)境的長期可持續(xù)性具有重要意義。因此未來有可能在國際上形成兩種低軌巨型星座協(xié)調(diào)機制,一種服務于運營商利益,另一種則主要用于解決監(jiān)管部門的訴求。

國際協(xié)調(diào)機制是規(guī)則制定和利益協(xié)調(diào)的平臺。當前,我國正處于從航天大國向航天強國邁進的關(guān)鍵時期。在低軌巨型星座方面,我國存在重大發(fā)展利益。為維護國家利益,在未來機制和規(guī)則建立中占據(jù)先機,在加快星座部署的同時,我們也應提前開展相關(guān)機制和規(guī)則的研究。