星联网的发展挑战与启示_风闻

战略前沿技术

来源：学习时报

作者：陈鹏

2019年10月22日，美国太空探索技术公司SpaceX的CEO埃隆·马斯克发出了一条推文：“哇，成功了!!”（Whoa, it worked!!）。这条看似普通的推文对于马斯克和SpaceX公司而言却具有重大的意义，它是通过SpaceX公司的星链卫星星座所发出的，它的成功发出也标志着宏大的星链“太空互联网计划”迈出了实质性的一步。紧接着在11月11日，SpaceX用一枚“猎鹰9”火箭将60颗“星链”卫星送入太空，“太空互联网计划”大踏步前进。

事实上，“仰望星空”的远不止SpaceX。2019年2月28日，孙正义旗下软银集团支持的OneWeb就已经将其旗下6颗冰箱大小的卫星通过搭载阿丽亚娜航天公司运营的联盟号火箭发射升空。OneWeb与SpaceX一样，雄心勃勃地想在太空中“星罗棋布”般地落下一颗颗卫星，布局一张太空互联网。OneWeb所编织的网络一共由648颗小型卫星在1200公里左右高度的低空轨道运转，组成一张能遥观寰宇的太空互联网。

此外，全球著名的社交媒体平台脸书公司通过其旗下的PointView于2018年5月向美国联邦通讯委员会提交文件，申请发射其低轨道卫星雅典娜，提供互联网接入服务。2019年4月亚马逊宣布建立代号为“库珀计划”的卫星群，拟发射3236颗卫星。随着这些互联网巨头的蜂拥而至以及众多初创公司如雨后春笋般地冒出，我们似乎又闻到新一轮太空竞赛的味道。

与我们平时所提到的光纤宽带、5G网络等不同，SpaceX和OneWeb旨在用太空中的人造卫星替代埋在地下与海底的光缆和架在地面或者山顶上的基站，通过卫星传输信号来实现高速通信，并通过IP网络汇入互联网，我们也将其称为“卫星互联网”，简称“星联网”。

如此众多的巨头竞相角逐星联网，那么星联网的发展究竟如何？它的发展对于人类社会而言会带来什么福祉？又存在哪些问题和隐患？与此同时，这种狂热的太空竞赛对于我国网络空间的理性发展又有什么样的启示？

星联网的发展

星联网逐步成为地面互联网的有益补充，并延展出新兴互联网应用。众所周知，当今世界正在迈入网络化、数字化和智能化的时代。经过30多年的发展，互联网已经渗透到人类经济和社会的方方面面，甚至在许多人眼中，互联网似乎是生活的一种“必需品”。然而根据统计，截至2019年7月，全世界人口中访问互联网的人数比例为58.8%，这意味全球尚有将近31.8亿人口没有接入互联网。尤其在非洲，互联网的渗透率不到40%。非洲许多区域由于贫穷或者地域条件所限，铺设光缆或者架设地面基站从经济上而言不太可行，因此采用星联网将能够有效地将互联网覆盖到这些区域。SpaceX和OneWeb等星联网巨头都将弥合人类数字鸿沟、实现信息公平作为其口号。此外，星联网忽略沙漠、戈壁、雪山与原始森林等地球上的一些极端地理条件，可以在一些极端和特殊环境下以较低成本实现高速互联网接入。

依托天基星联网，还可以进一步延展广播、电视、通信、气象观测、导航定位、环境监测、减灾救灾等领域的应用，基于星联网的机舱网络服务、物联网、遥感大数据、民用导航等新兴应用场景频现。

星联网推动人类进一步探索未知的宇宙。星联网的发展有助于推动人类对宇宙的探索。通过在太空中部署卫星，并实现卫星与地面的高速通信，犹如在浩瀚的宇宙中为人类部署了无数双眼睛，将人类的触角伸到宇宙的各个角落中。如此这般，人类便都能如西游记中的如来一般，“慧眼遥观，遍周宇宙”。这对于人类探索宇宙提供了更强大的科技手段。事实上，SpaceX公司一直都将人类移民火星作为它的一个伟大愿景。试想一下，假设SpaceX的梦想成功，部分人类或许可以栖居在火星上，火星上的人类可以与地球上的人类联网打“星际争霸”；假设SapceX的梦想成真，在不久的将来，SpaceX公司的年会可以在火星上召开，并通过星联网向全宇宙做视频直播，地球上的人类都可以同步观看。

星联网所带来的问题与挑战

星联网延伸了国家安全的内涵，促使网络空间安全问题日趋复杂。网络空间已经成为与陆地、海洋、天空、太空等同等重要的人类活动新领域，国家主权拓展延伸到网络空间，网络空间安全也成为国家安全的重要组成部分。相对于其他疆域的安全，网络空间安全问题存在其独特性、复杂性和综合性。星联网携带太空疆域的属性，当融合到网络空间中时，会进一步深化网络空间安全问题的复杂性。

星联网使得网络监管形同虚设。星联网的频段通常采用Ku和Ka波段，现有的无线监测技术难以精准实时进行定位。此外，由于卫星覆盖范围广、通信距离远，使用卫星终端的用户之间未经批准与审核便能实现境内或跨境通信，并且轻松绕开国家互联网监管直接接入国际互联网。

在太空中部署的人造卫星可以将任何国家的重要设施和涉及国家安全的机密信息一览无余，这造成了严重的信息泄露问题。如果将星联网应用到军事领域，将会颠覆军事作战形式。通过星联网，可以指挥远程无人机完成侦察、轰炸任务，并能精准摧毁战略目标。通过星联网，可以在未来战场的制天、制网、制信息“三权”争夺中占据主动。通过星联网，可以实现战略监控进而冲破战争迷雾，掌控未来战场制高点。

星联网触发新一轮的太空竞赛，并有可能引发太空灾难。在卫星通信领域，由于相近频率上的信号干扰，原则上不同卫星不允许共用频谱。这使得频谱与轨道资源变成稀缺性战略资源，其战略意义日益凸显。遵循联合国《外层空间条约》的规定，国际电信联盟采用“先登记可优先使用”的抢占方式分配卫星频率和轨道资源。SpaceX、OneWeb等公司申请并发射海量通信卫星，便可抢占大量近地、极低轨道资源和优质的Ku/Ka/V频谱资源，进而形成资源优势并建立行业壁垒，对近地通信卫星星座形成制约。

当越来越多的人造卫星飘在太空中，近地轨道中便塞满了各种品牌的人造卫星，这有可能导致空中交通堵塞，进而引发太空灾难。美国科学家唐纳德·凯斯勒于1978年提出“凯斯勒综合症”理论，凯斯勒综合症指出在太空垃圾过于密集的情况下，一颗卫星偏离轨道或者遭到一颗流星的撞击时会产生连锁反应，进而有大量卫星被毁，变成太空垃圾，对国际空间站等航天器的安全构成威胁。如果引发了凯斯勒综合症，所有碰撞都将指数级地增加又一次碰撞的可能性，导致级联反应，从而严重妨碍未来在近地轨道开展各类通信业务以及其他太空活动，甚至威胁国家乃至地球的安全。2009年2月和2013年1月分别发生过两次严重的卫星碰撞事故，这极大地增加了当前轨道上的碎片数量。近期，根据美国国防部太空监控网络的报道，目前太空中已经有近2.2万个轨道碎片，基于此的模型预测表明，未来200年中，近地轨道的太空垃圾将平均增长30%，到那个时候太空碎片数量已达临界点。

星联网对我国的启示

根据《中国互联网发展报告2019》的统计，截至2018年，在基础设施方面，我国的网民数量超过8.29亿，互联网普及率为61.2%，光纤及接入用户规模达到3.96亿户，全部居全球首位。在核心技术方面，移动支付、5G通信等技术引领全球。在经济领域方面，中国数字经济规模达31.3万亿元，占GDP的比重达34.8%，位居全球第二。整体而言，我国互联网发展处于全球领先水平，尤其是在近10年移动互联网的发展过程中，我国在网络技术与应用领域已经积累了丰富的发展经验，并取得了众多宝贵优势。

星联网是未来网络的重要组成，也是人类迈向万物互联的关键一步。此外，星联网涉及国家安全，因此，把握星联网换道的契机，基于我国广袤的网络应用沃土，将星联网列为我国国家战略技术与产业的重点之一，全面启动星联网发展战略势在必行。

从全球来看，无论是商用火箭发射数量、火箭载荷数量，还是商用卫星发射数量，美国在相关领域都占据相对优势。我国应该借鉴“北斗”成功经验，发挥我国体制和机制优势，通过集中力量、统筹资源来办星联网的大事。应在2013年9月发布的《国家卫星导航产业中长期发展规划》的基础上，依托北斗优势，以通、导、遥一体化智能服务为导向，以星联网发展为契机，制定国家卫星产业战略规划，推动卫星产业的全面发展。应实施全球星联网落地覆盖我国境内的规范与监管，捍卫我国网络与领土安全；应加强核心技术突破，保障我国卫星技术与产业自主可控；应推动相关领域的标准规范制定，竞争频率与轨道资源，提升我国在太空信息领域的话语权和竞争优势。

实施规范与监管，捍卫国家安全。从监管、风险防控等多个角度完善星联网的监管。星联网涉及卫星通信和地空通信，美国空军已经投入近200亿扎建“太空篱笆”，监控外太空轨道空间运行状况，监控反卫星武器和人造卫星活动，我国应从战略角度研究空间信息拦截、加密传输和监控等技术，提升我国信息战的安全防御能力。

星联网威胁无线电安全，针对国内外星联网新型业务模式对军事和反恐等重点安全领域的影响及早预判，在风险分析评估的基础上，加强风险管理应对策略研究，制定可行应对措施与应急预案，提升应急响应和快速处置的能力。

加强核心技术突破，保障卫星产业自主可控。围绕网络体系架构、星座轨道设计、组网技术、传输技术、网络管理与安全技术等，开展星联网技术攻关，尤其在低成本卫星发射技术、一箭多星技术、星间链路技术、高低轨网络协同组网、移动性管理与中继系统网络化等方面实现自主核心技术突破。

从产业链角度，星联网的发展带动的是一整条商业航天产业链，从卫星研制、卫星发射、终端设备到通、导、遥一体化的信息与智能服务。犹如互联网产业的发展带动传统信息与通信产业链一样，应该抓住星联网的发展契机，以核心技术自主创新为突破口，加快推动卫星技术和产业的创新发展。

推动标准规范制定与竞争卫星频率和轨道战略资源，提升国际话语权和影响力。星联网方兴未艾，正处于一个快速发展的阶段，与星联网有关的各项标准都正在讨论和制定中。应加强相关领域的国际标准制定工作，尤其是涉及卫星IP组播、卫星数字视频广播、卫星网络安全、服务质量、多协议标签交换等的星联网协议以及地面与卫星通信标准等。

在经历过军事备战后，美国和俄罗斯几乎占据了全世界80%的优质频段。近些年众多大型星联网企业也在攫取所剩不多的优质频段和轨道资源。应站在战略资源的高度，以国家层面积极布局和规划近地、极低轨道资源和优质的Ku/Ka/V频谱资源的申请，对抗其他国家在相关领域对我国的辖制，为我国在未来天空领域科技与产业发展储备必需的战略资源。