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来源:环球时报

[环球时报记者魏凡]近年来，大型卫星星座成为航天产业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，中国航天科工空总体部当天宣布，将正式启动超低轨道通信与遥感一体化星座建设。这一最终规模超过300颗卫星的大型星座系统，将具备“10分钟内访问全球任何一个地方”的实时业务响应和服务能力，为全球应急救援、火灾监测和防灾减灾等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超低轨道卫星星座有什么优势？

中国航天科技空总体工程部超低轨道综合星座总设计师张南7月13日接受《环球时报》记者采访时表示:“超低轨道的概念主要是从距离地面的高度来划分的。”他说，一般来说，低轨道是指距离地面500-2000公里的轨道高度，遥感卫星一般运行在距离地面500-600公里的高度，我国在建的低轨道宽带通信卫星一般运行在距离地面1000公里的轨道高度。中国空站位于距离地面400公里的轨道上。美国“星链”互联网卫星星座的主要运行高度约为550公里。而超低轨道离地面更近，轨道高度通常在300公里以下。未来中国超低轨道综合星座想要应用的空域范围在150公里到300公里之间。

从国外和国内的情况来看，超低轨道目前还没有大规模的开发和应用，之前也只是进行了一些科学应用实验。张南说，这是因为轨道高度存在残余空气体，会对卫星的运行造成阻力。卫星要想在这个轨道上长时间运行，必然要消耗更多的燃料，付出额外的代价来抵消大气阻力的作用。

张南解释说:“与传统轨道相比，超低轨道的动力环境复杂，稀薄大气阻力和原子氧通量随着轨道的降低呈指数增长。要保持卫星的长期稳定可靠运行，需要抵消较高大气阻力导致的卫星轨道快速衰减，长期运行需要面临诸多技术挑战。”

超低轨道的长期运行虽然需要面临诸多技术挑战，尚未大规模应用开发，但投资价值巨大。美国、日本和一些欧洲国家已经开始了相关的商业或科学探索活动。

张南说，“超低轨道卫星可以处理一些微弱的信号，因为它们更接近地面。在对地观测层面，离地面更近也意味着观测地球时看得更清楚。”超低轨道卫星价值超高。由于轨道高度的降低，对地面的“遥感”变成了“近端”，导致成本更低、观测分辨率更高、传输延迟更短等。，在相同分辨率下，光学载荷重量和成本可降低50%，合成孔径雷达(SAR)载荷重量和成本可降低40%。

可以承载不同的负载。

谈及制定这一前瞻性、战略性大型星座建设计划的初衷，中国航天科技空总体工程部副总经理李告诉《环球时报》记者，目前中国卫星遥感存在“成本高、效率低、应用少”等问题，无法充分保障抢险救灾、应急调度等重大行动对关键信息时效性的迫切需求。因此，中国航天科工空航天工程总体部提出了超低轨道通信与遥一体化星座建设方案，可利用有效载荷成本低、通信时延小、用户终端小型化等优势，构建开放的分布式智能网络化超低轨道空空间基础基地。这些卫星可以承载不同的载荷，辅以先进的星上智能处理、星间直连和星间通信技术，从而更加快速、准确地获取空之间的信息，满足政府、企业乃至个人对空之间决策信息更高精度、高时效性、高可靠性的迫切需求。

据《环球时报》记者了解，中国启动的这一超低轨道综合星座系统空之间的分辨率将达到0.5米，15分钟内空之间的信息可直达用户。通过星上AI智能处理、卫星与用户终端直连、星间通信等功能，可以省略大量地面集中数据处理环节，将空之间的信息直接传输到用户终端，从而孵化出卫星直接服务大众的新产业生态。

李形象地说:“届时，我们可以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并实现图像数据在轨实时处理和智能识别，结果通过星间链路传输，由卫星链路快速分发的应用场景。”据介绍，这些能力可以为应急救援、火灾监测、防灾减灾等提供有效的数据和能力支撑，卫星应用服务平台可以为用户提供常态化的灾害监测预警。突发事件发生后，星间传输和星上智能处理可高效拍摄提取关键信息，依托自主网络可直接传输至车载或便携终端，为一线处置单位和一线指挥机构提供15分钟内高效的灾区现场影像，有效支撑应急救援和辅助决策。

就商业价值而言，一方面，这种超低轨道通信与遥控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征获取，通过销售卫星和用户终端产品(包括软件)、空数据产品和增值服务获取商业利润。另一方面，通过超低轨空地基基地的建设，打造新品质、新领域的产业新生态，为社会汇集承载，实现互利共赢。

需要突破很多关键技术

但为了实现这些目标，项目组需要突破星间协同高效观测、星上智能处理等关键技术。张南表示，该项目计划于2023年完成超低轨道综合星座首颗卫星发射、2024年完成9星业务验证集群发射、卫星数据公共服务平台建设、实时ToC遥感业务应用示范系统建设，直接向用户提供1级服务响应能力和信息。2026-2030年，项目将进入大规模组网阶段。计划2030年完成300颗在轨卫星的组网运行，提供可见光、SAR、高光谱、红外多业务系统，形成全球15分钟响应能力。2030年后，全面建成业务体系，实现10分钟内全球实时业务响应和服务能力。

超低轨道综合星座卫星设计寿命为5年。为了保证卫星长期在轨运行，主要采用两种方式。张南说，首先，从卫星的总体设计来看，卫星外形的气动设计会有针对性地降低卫星的阻力，这样会相对减少卫星维持轨道高度所消耗的燃料量。为了减少气动对卫星姿态的影响，卫星还会进行增加稳定性的设计，比如充分利用卫星的太阳翼，让卫星飞得更稳。此外，随着电推进技术的成熟，相关产品也将应用于超低轨道综合星座卫星。目前，中国许多商业公司都致力于开发小型电力推进产品。这些电推进产品不仅价格更低，而且使用寿命和可靠性也在同步提高。采用这种电推进技术后，卫星维持轨道高度所消耗的燃料重量可以大大降低。

关于超低轨道通信与遥感综合星座的具体研制情况，张南透露，“目前，超低轨道通信与遥感综合星座首星已完成样机产品的设计和生产，首星将搭载光学遥感相机、星上智能处理设备、原子氧探测仪等有效载荷，计划于12月发射。”