中国启动建设超低轨道卫星星座！计划2030年完成300颗星组网运行

近年来大规模的卫星星座成为航天界发展的重点领域之一。《环球时报》记者7月13日在第九届中国（国际）商业航天高峰论坛上获悉，中国航天科工空间工程总体部当天宣布，将正式启动超低轨通信、遥感一体星座建设。这个最终规模达到300余颗卫星的大型星座系统在最终建成后，将具备“全球任一地点10分钟内查访”的即时业务响应和服务能力，这将为全球应急救援、火情监测、防灾减灾领域提供更加有效的数据和能力支撑。

超低轨卫星星座优势在哪里

中国航天科工空间工程总体部超低轨通遥一体星座总设计师张楠7月13日在接受《环球时报》记者采访时介绍称：“超低轨的概念主要还是从距离地面的高度来划分的。”他表示，通常而言，低轨是指距离地面500-2000公里的轨道高度，遥感卫星一般在距离地面500-600公里的高度运行，我国正在建设的低轨宽带通信卫星一般在距离地面1000公里的轨道高度运行。中国空间站则位于距离地面400公里的轨道。美国“星链”互联网卫星星座的主要运行高度在550公里左右。而超低轨距离地面更近，轨道高度通常在300公里以下，未来中国超低轨通遥一体星座想要应用的空域范围计划将在150公里到300公里之间。

从国外和国内的情况来看，超低轨目前尚未大规模的开发应用，此前只开展过一些科学应用试验。张楠表示，这是因为在该轨道高度上有残留的空气，它会对卫星的运行产生阻力，卫星想要在这个轨道上长时间运行，必然需要消耗更多的燃料，付出额外的代价才能抵消大气阻力的作用。

张楠解释称：“相较于传统轨道，超低轨的动力学环境复杂，稀薄大气阻力、原子氧通量随轨道降低以近指数规律增长，维持卫星长期稳定可靠运行，需要抵消卫星轨道由于更高的大气阻力而快速衰减的影响，长期运行需要面对诸多技术挑战。”

尽管超低轨长期运行需要面对诸多技术挑战，目前尚未规模化应用开发，但投资价值巨大，美国、日本以及一些欧洲国家均已启动相关商业或科学探空活动。

张楠介绍称，“超低轨卫星因为距离地面更近，因此能够处理一些微弱信号，而在对地观测的层面，距离地面更近也意味着对地观测时看得更清楚。”超低轨卫星具有超高的价值，因轨道高度降低，对地“遥感”变为“近端”而获得更低的成本和更高的观测分辨率、更短的传输时延等，可实现同等分辨率下光学载荷重量、成本降低50%，合成孔径雷达（SAR）载荷重量、成本均降低40%。

可以搭载不同载荷

在谈及开展这一极具前瞻性和战略性大型星座建设计划的初衷时，中国航天科工空间工程总体部副总经理李艳彬向《环球时报》记者介绍称，当前我国的卫星遥感存在“成本高、效率低、应用少”等问题，无法全面保障抢险救灾、应急调度等重大行动对关键信息时效性的迫切需求。因此，中国航天科工空间工程总体部提出超低轨通遥一体星座建设计划，可利用超低轨卫星有效载荷成本低、通信时延小、用户终端小型化等优势，构筑一个开放的分布式智能型网络化超低轨空间基础底座。这些卫星可以搭载不同载荷，辅以先进星载智能处理、星端直连、星间通信技术，从而能够更为快速、精准地获取空间信息，满足政府、企业甚至个人对于更高精度、高时效、高可靠空间决策信息方面的迫切需求。

据《环球时报》记者了解，中国启动建设的这套超低轨通遥一体星座系统的空间分辨率将达到0.5米，空间信息能在15分钟内直达用户。通过星上的AI智能处理、卫星与用户终端直连、星间通信等功能，可省去大量的地面集中数据处理环节，实现空间信息直达用户终端，孵化出一个卫星直接服务于大众的新型产业生态。

李艳彬形象地介绍称：“届时我们能够实现第一颗卫星接收用户需求，第二颗卫星拍摄所需信息，第三颗卫星完成智能处理以及实现图像数据在轨实时处理与智能识别，并将结果通过星间链路传输、星端链路快速分发的应用场景。”据介绍，这些能力可为应急救援、火情监测、防灾减灾领域提供有效的数据和能力支撑，卫星应用服务平台为用户提供常态化的灾情监测预警，应急事件发生后，星间传输和星上智能处理可以高效拍摄和提取关键信息，依托自主网络直传至车载或便携终端，在15分钟内为一线处置单元和前线指挥机构提供高时效的灾区现场影像，高效支撑应急救援和辅助决策。

就商业价值而言，一方面，这套超低轨通遥一体星座对热点区域或重点目标进行高分辨率实时观测和目标特性获取，通过销售卫星及用户终端产品（含软件）、空间数据产品及增值服务来获取商业利润。另一方面，通过构建超低轨空间基础底座打造新质新域产业生态，面向社会征集搭载载荷，实现互利共赢。

需要突破诸多关键技术

不过，想要实现这些目标，该项目团队需要突破星间协同高效观测和星上智能处理等关键技术。张楠介绍称，该项目计划在2023年完成超低轨通遥一体星座首发星发射，2024年完成9星业务验证星簇发射，同时完成卫星数据公共服务平台建设，构建即时ToC遥感业务应用示范系统，提供1天级服务响应能力和信息直达用户大众。2026-2030年间，该项目将进入规模组网阶段，计划2030年完成300颗星在轨组网运行，提供可见光、SAR、高光谱、红外多元服务体系，形成全球15分钟响应能力。到2030年以后，完成业务系统全面建设，达到全球范围10分钟以内的即时业务响应和服务能力。

超低轨通遥一体星座卫星的设计寿命为5年，为了保证卫星能够长期在轨运行，主要采用两种途径。张楠介绍称，首先从卫星的总体设计上，会对卫星的外形进行针对性的气动设计，减少卫星的阻力，这样相对而言就能减少卫星维持轨道高度所消耗的燃料量。而为了减少气动对于卫星姿态的影响，卫星还将进行增稳设计，例如充分利用好卫星的太阳翼，这样就能够让卫星飞得更稳。此外，随着电推进技术的日渐成熟，相关产品也将应用在超低轨通遥一体星座卫星上。目前国内已经有很多商业公司在致力于开发小型电推产品，这些电推产品不仅价格更低，而且使用寿命和可靠性也在同步提升，在采用这种电推进技术后，就能够大幅减少卫星维持轨道高度所消耗的燃料重量。

关于超低轨通信、遥感一体星座的具体研制情况，张楠透露称，“目前超低轨通遥一体星座首发星已完成正样产品设计与投产，首星将搭载光学遥感相机、星载智能处理设备、原子氧探测器等有效载荷，计划12月发射。”