“星链”军事化应用的未来发展与启示
本文摘自《远望智库2023年战略研究报告之专题三高科技与高端战争研究（2023上）》| 远望报告
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俄乌战争爆发后，马斯克的“星链”卫星在乌克兰高调启用，并迅速介入到军事行动中，为乌克兰政府、国防和关键基础设施部门提供连接互联网的冗余网络支持。这也成为“星链”卫星在军事领域的首次亮相。美国在这次俄乌战争中对“星链”卫星的军事化能力进行全面测试，发现其具有巨大的战争潜力。接下来，美军计划推动“星链”卫星不断升级，逐步嵌入到美国军用的通信网中，为美军全球作战提供通信保障，让它变成一种具有民用基础的军用卫星。“星链”卫星发展到今天，仅数年时间已经成为一个非常重要的通信核心，堪称美国军民两用技术的一个巅峰之作。
一、“星链”系统概况
SpaceX公司于2015年成立下属的“星链”部门，专责“星链”近地轨道宽带互联网通信卫星的研发与运营。“星链”卫星属微小卫星，单颗质量仅260千克，采用“一箭多星”方式，使用运载力达23吨的“猎鹰9号”火箭单次推送60颗星入轨。目前，SpaceX公司正同步着手建设地面站和卫星间高速通信线路，大幅提升系统建网效率。
“星链”卫星采用模块化设计，已实现大规模批量制造，目前产能是每月120颗，单颗卫星研制成本低于100万美元。“星链”卫星通过太空探索公司的可回收火箭发射，单星发射成本约50万美元。随着产能提高和发射技术的改进，未来卫星的造价和发射成本还能进一步降低。
截至2023年2月，Space-X共发射“星链”卫星3800余颗，目前在轨3100多颗。“星链”现有星座规模与组网结构几乎可无差别覆盖除两极之外的所有地区。按照这个构想，马斯克成立的太空探索技术公司拟于2019年至2024年间在太空近地轨道发射万颗通讯卫星，构建一个巨型3层卫星网络。 这3层网络分别位于距离地面340千米、550千米和1150千米的轨道上，最终使所有卫星形成一个巨大的“星座”，提供覆盖全球的全天候、高速率、低成本卫星互联网服务。 根据计划，SpaceX共将发射万颗“星链”卫星。
目前，“星链”卫星目前在轨的为和两个版本。其中，版本为2019年5月至2021年5月底发射，重量约260千克，不具备卫星间激光通信能力，每颗卫星对位于其地面覆盖范围内的地面站网络接口依赖严重；版本于2021年9月14日开始发射升空，每颗重量约260千克，相对版本的主要变化是装备了卫星间激光通信设备，具备卫星间激光通信能力。
早期的星链卫星是没有办法互相直接通信的，卫星之间如果要进行通信必须通过网关地球站中转，这会导致星链服务无法覆盖到没有办法建立地球站的地方，而版星链卫星最大的改进之处就是具备了卫星间激光通信能力。自2021年9月14日第一批改进后的卫星发射入轨，后续发射的卫星均加装激光星间链路组件，从而可实现空中星链卫星之间的信息传输和交换，数据可以在卫星之间直接传输。如此一来，星链卫星之间在轨道上的直接通信大大减少了对地球站的依赖，也可以说彻底解放了星链信号的覆盖能力，提升了星链系统的低延迟服务保障能力。
目前，“星链”比“星链”重了5倍，通信能力比“星链”高出10倍。通信卫星的重量越大，可搭载的转发器数量就越多，处理能力就越强。当前“星链”在美国部分地区的最高测速达到301Mbps，10倍提升之后速度将超千兆。
“星链”卫星单体重量预计达吨，因猎鹰火箭在体积和角度方面无法满足“星链”的入轨要求，SpaceX计划使用新的运载火箭“星舰”将卫星送至轨道。“星舰”可以发射有效载荷的重量大约是“猎鹰9号”火箭的10倍。
“星链”卫星的优势在于：传输速率高、覆盖范围广、卫星数量多、成本低、整体生存能力强、地面终端外形小和易于前沿部署等。目前，“星链”主要在北美、欧洲、大洋洲、亚洲等地的50个国家正式运营。2023年2月迄今已有超过2万套“星链”终端在乌克兰使用。
2022年12月1日，美国联邦通信委员会(FCC)批准SpaceX公司发射其第二代“星链”的7500颗卫星，并允许该公司开始部署该系统，同时开始审查该公司的29988颗卫星发射提案。紧接着12月3日，SpaceX公司就公布了其明显带有军事化特征的“星盾”方案，由此可见，“星盾”计划主要依托第二代“星链”卫星实现功能。SpaceX公司将“星盾”定义为服务于国家安全的卫星星座，区别于星链的商业化运行，“星盾”专为美军、政部门服务，目前主要提供遥感、通信和载荷托管三方面服务，并且“星盾”在星链数据加密服务基础上使用额外加密技术来保证托管载荷数据处理安全性，以满足官方需求。“星盾”星座实际上是“星链”星座的军用版。
二、“星链”系统军事应用的发展趋势
美军通信高度依赖地球同步轨道卫星，因此他们无法承担高价值卫星损失的后果。为了规避风险，美军提出“马赛克战”思维，让低价值、网络化、类似神经元的带自组织能力的系统来替代高价值武器，这样即使敌人摧毁了部分节点，剩余节点依然能形成强大的能力。SpaceX公司的“猎鹰”火箭具有快速部署能力，可根据战场需要，在短时间内快速部署大量“星链”卫星，这是太空“马赛克战”的基础。未来SpaceX公司很有可能将根据美军方需求，依托现有“星链”平台，通过对外合作开发、集成任务载荷等形式，研发相应侦察、打击专用卫星平台。SpaceX公司未来与美军方的合作将进一步深化和扩展，空间军事应用技术与平台将成为其未来研究开发的重要方向。
（一）使电磁空间作战环境复杂化
根据SpaceX公司2021年8月推出的计划，“星链”卫星版本即将推出。版卫星数量高达近3万颗，将分布在328至614千米高度的近地轨道，能比版本卫星提供更高通信带宽和更低延迟。卫星体积将有所增大，太阳能电池板发电功率也将有所增加。在此情况下，新的版本“星链”卫星装备各型专用预警侦察监视、导航授时、电子干扰的可能性大为增加，其未来在电磁空间作战方面的应用也将明显扩展。太空电磁空间装备的大幅增加将使得太空电磁空间对抗环境复杂化，并有可能成为未来太空对抗的重点内容，这一点值得警惕。
（二）增强冗余网络通信能力
美军方与“星链”的深度融合将为美军提供冗余通信指挥能力，增强其在复杂电磁环境中的生存能力。美军方正在推动“星链”等卫星通信网络的军事应用，验证其在“多域战”中的潜力。美空军从2018年开始，就对“星链”卫星终端在军用加油/运输机平台应用进行测试评估；美陆军2020年5月与SpaceX公司签署协议，对“星链”卫星跨网络数据传输能力进行为期3年的合作研发测试；在美陆军2020年“融合项目”演习中，也突出了对商业卫星在网络通信、对地遥感侦察等领域的应用验证，目标是将传感器到射手的时间由20分钟压缩至20秒以内。
2022年3月，美国空军驻犹他州希尔空军基地的第388战斗机联队对支持F-35A“闪电”II隐形战斗机在前线的敏捷作战部署进行了高速通信测试，而其中的关键就是“星链”卫星。这次测试项目的细节包括F-35进行降落和备战时的数据传输，数据从“星链”卫星传输到终端，再从终端传输到空军数据转接器，最后传输给F-35进行作战数据和信息的更新。试验结果证明，通过“星链”卫星，数据传输速度比之前提升了30倍。
此外，“星链”还将有效解决对潜通信问题。核潜艇深潜海底数百米，行踪保密，机动灵活，进行及时、高效通信难度大。目前使用的长波通信虽然覆盖范围大，但是传递内容少，使用繁琐且易出错。“星链”覆盖全球的通信能使核潜艇无论在何处都能通过释放专用通信浮标完成通信。
（三）增加侦察监视能力
2017年8月，Space X公司向美国专利局提交商标注册申请时，“星链”的应用范围扩展到了卫星成像、遥感等侦察领域。如果未来“星链”卫星搭载光学观测载荷，利用数量优势，就可以大大缩短侦察的重访时间，甚至对重点地域实现24小时不间断的光学监测，具备高分辨率与高重访率的全维全天候全天时侦察监视能力。若“星链”卫星的光学观测载荷与人工智能相结合，则可实现对监视目标的自动识别及分类跟踪。图像识别系统对真假目标识别率高，抗干扰能力强，可实现对地面及大目标移动物体的实时侦察。“星链”卫星与美国本土地面传输站相结合，能够构造天地一体的监测体系，将大大增强美军全球和区域战场动态感知能力，特别是各种武器系统的集成协同作战能力。
（四）提升导弹预警能力
“星链”卫星拥有发射全向波束的能力，可对航天器进行遥测、跟踪和控制，进而转变为运载火箭/导弹的计算、模拟、预测的高精度系统，为后续的拦截工作提供情报支援。“星链”在导弹早期预警方面意义非凡。拦截弹道导弹的最佳方法就是发射前或飞行早期将其击毁，如将“星链”中部分卫星构建成导弹预警卫星，则可实现对地面导弹基地实时监控。在导弹发射升空阶段进行预警和拦截，大幅提升反导效果和成功几率。“星链”一旦与美国部署在东亚的“萨德”、“宙斯盾”、阿利•伯克-3型驱逐舰及陆基监视系统等共享态势感知信息，将能快速把获取的导弹发射信息及时传输给美军及其盟友的反导系统，大幅提高拦截成功率。
（五）发展导航定位能力
美国俄亥俄州立大学多模态保证导航自动车辆研究中心对“星链”卫星的导航定位功能进行了推算，他们在经过复杂算法建模后，发现“星链”卫星可以实现地球表面8米的定位精度。而这还仅仅只是6颗“星链”卫星带来的定位效果，如果连接更多的卫星，最终可以达到GPS导航卫星米到5米的精度，甚至可以为GPS制导炸弹提供目标数据。美军GPS卫星的通信速度只有百比特/秒（bps）量级，无法传输关于目标实际位置更新更精确的数据信息。而“星链”卫星通信速度可达数百Mbps，GPS接收器精度更高，通过软件升级以及同现有GPS信号相结合，可将“星链”打造成卫星定位和导航系统。
使用即时轨道和时钟数据的“星链”定位系统将使用户的位置精度达到30cm以内，而占用“星链”的下行带宽不会超过1%，耗电不超过%。由“星链”卫星组成的导航定位系统，可作为GPS的备份，增强美军导航定位能力冗余。但GPS之所以能够被军用，一个核心原因就是采用了伪随机码技术，干扰信号强度是它本身信号的100倍时，依然能正确接收。用“星链”的多普勒效应去定位，对信号频率非常敏感，因为在军事电子对抗中对定频信号的压制干扰相对容易。因此，这种方法的抗干扰能力不符合军用要求，更适合作为GPS受干扰时的备用导航定位手段。
（六）增强空间电子对抗能力
“星链”卫星搭载电子战装备后，可增强对地面及空间目标的射频辐射源监测能力及电子干扰能力。太空低轨层目前已经成为各国角逐的焦点，随着各国低轨卫星项目的纷纷上马，未来的低轨层电磁空间作战装备大幅增加，军用电子信息装备数量的激增必然导致对抗装备数量的激增，而在空间直接进行干扰明显具有距离优势和无障碍优势。目前美军已在发展专门用于地面射频辐射源监测的太空电子战装备，而“星链”集成相关装备亦具有较强可行性。同样，“星链”亦可搭载专门对低轨卫星目标进行电磁侦测和攻击的电子战装备，以在必要时瘫痪对手低轨卫星的电磁空间作战能力。
（七）发挥通信中继作用
目前，美军还做不到直接将“星链”终端设备集成到F-35体内。一旦F-35要执行高度隐身的作战任务不能携带电子吊舱时，“星链”的终端可以装在无人僚机上，然后由无人僚机通过军用数据链共享给F-35和F-22，打造“先进战术无人中继平台”。“星链”既然能为F-35传输数据，也就意味着能为美军其他战机传输数据，特别是B2和B21隐形轰炸机，一旦集成“星链”系统，其隐身和作战能力将会得到巨大地提升。2019年，美军还曾利用“星链”进行过无人机指挥测试，证明它可以突破无人机的通讯瓶颈，让操作员能同时指挥大量无人机执行集团化的军事行动。
三、几点启示
随着美国军方对低轨星座军事需求的不断提升，“星链”卫星将在未来战争中发挥越来越重要的作用。一旦万颗“星链”星座完成部署并投入运行，必将颠覆未来战争的形态。空间安全作为国家安全体系中的重要组成部分，必须得到充分的重视，我国也需要进一步发展航天产业技术，发展完善自主可控的卫星能力体系，从而提升现代军事作战能力，提高国家太空安全体系能力，保障国家安全并提升国际地位。如何有效应对“星链”所构成的电磁空间作战威胁将是我们考虑的重点。
（一）星座能力综合化是星座的重要发展方向
各国都非常重视这一技术趋势，并期望能够在打造大型综合星座上抢占先机。“球体”星座即充分体现了俄罗斯的野心。此外，美国太空开发局SDA也曾推出国防空间体系架构(NDSA)，期望打造一个具有数据和通信、跟踪、监视、感知、导航等八项综合能力的军用体系架构。
目前我国在通信、导航、遥感等几方面的卫星应用都在迅速发展，在各行各业都发挥了举足轻重的作用。然而现有应用总的来说相对独立、各成体系，并未实现应用能力与服务的有机融合，一定程度上限制了信息的获取与利用效率。应通过融合卫星服务能力，发展通导遥一体化应用，并打造综合性服务能力的星座。这就要求要在现有基础上进一步提高技术与服务能力，促进各应用的集成创新发展，构建一体化的服务体系，进而为整个行业带来新的发展空间，为信息社会发展提供一个重要的基础设施。
（二）激光通信技术是星座体系化的重要手段
美国是世界上最早开展空间光通信研究的国家，目前已经实施了多个有关卫星激光通信研究计划。除美国军方，代表美国政府的NASA和商业航天的SpaceX公司都在进行空间激光链路的验证工作。欧洲开展空间激光通信技术研究同样较早，有较为明确的规划并取得了一定突破。日本的卫星激光通信技术研究也发展较快，开展了一系列演示验证。我国在空间激光通信技术领域的研究相对起步较晚，但近年取得了较为显著的成果与突破。研究激光通信技术，能够加速体系化星座的构建，满足未来航天活动日益增长的需求，发挥其在民事与军事应用的潜力，这也是俄罗斯“球体”星座带给我们的重要启示。
（三）商业化发展是星座建设的重要推动力
卫星通信、导航、遥感是重要的空间基础设施，在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、电力调度、生态环保、防灾减灾和公共管理等国民社会经济的关键领域都发挥着重要作用。十四五规划中也多次提出，要加强新兴信息基础设施建设，完善卫星通信、导航、遥感等空间基础设施。因此，发展卫星应用产业，并带动一大批下游产业的发展，充分发挥其商业价值，将进一步推动经济高质量发展，实现价值倍增与溢出效应。
（四）加快建设低轨卫星星座是紧迫的战略任务
应发挥举国体制的优势，从国家战略需求和市场需求出发，统筹规划、集中资源发展低轨卫星星座。同时将市场的良性竞争、优胜劣汰与政府的政策、资金、技术支持相结合，既发挥国企的主力军作用，又发挥民企的生力军作用。在天基网络信息体系建设的各个环节吸纳各界优势资源、集中优势力量，在工程实践中不断探索协同创新的路径和模式。同时，必须加大太空民用军事一体化的研究与投入，发挥军民融合、集中力量办大事的优势，加快攻克可回收火箭技术、卫星小型化技术，降低卫星发射成本，建设我国的低轨巨型卫星星座，形成后发优势，抢占低轨的战略制高点，塑造和应对未来的战争形态，维护我国的太空权益，打赢与强敌的未来战争。
