盧旺達要發30萬顆衞星！太空圈地背後的算計與亂象_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！12-05 10:12
各個國家和衞星公司為了爭奪有限的軌道資源和頻段，總共提出了超過100萬顆衞星的發射申請。但這只是一場“紙上”的衞星盛宴，絕大部分衞星不會真正發射。虛假繁榮的背後，暴露出現有衞星管理體系的滯後和太空擁擠帶來的問題，是時候調整規定、修補漏洞了。
撰文 | 李賢煥
且不説這個國家有沒意願和必要實現這一目標，就算要實現，按照現有人類的火箭能力，或許需要超過100年才能部署完成。但這一沒有人會當真的目標，就這麼堂而皇之地出現在了國際舞台上，以正式文件申請的形式提交給了聯合國下屬機構。
或許是因為發展得太快了，衞星行業的矛盾和混亂在顯現。盧旺達例子只是其一，事實上，近年來各國提出的衞星計劃都極為雄偉，預計發射總數量甚至達到了百萬級。但實際上，如今地球軌道上的衞星仍不到一萬顆，計劃中的衞星多數並沒有被造出來，只是永遠停在紙上而已。
原因何在？簡單的問題涉及到各國及各公司的航天願景、航天任務的製造及發射成本、管理體系的迭代等複雜因素。本文我們以一個最新的研究入手，拆解龐大的衞星體系的“亂象”以及背後的種種原因動機，進一步看清，未來我們的衞星要如何管理？人類衞星產業的發展要走向哪裏？
從100萬顆“紙”衞星説起
近日，一篇發表在《科學》雜誌上的文章指出，2017年至2022年期間，各國向國際電信聯盟（ITU）提交的文件顯示：各家計劃發射的衞星超過了一百萬顆，涉及300多個衞星星座。
這是一個相當離譜的數字。綜合各國航天機構的統計，目前在地球軌道上的人造衞星數量約為7000-8000顆，其中相當部分已經不在工作狀態。由此看來，目前各國提出申請的衞星數量，超過這個數字的100倍。
前置申請，是目前建設星座系統的規定動作。在發射衞星之前，一個國家的政府部門必須提前數年時間向ITU提出衞星計劃，後者作為一個監管機構，為各方協調無線電頻譜，確保衞星之間不會互相打架，即新的衞星信號不會影響甚至淹沒現有的衞星信號。
先不説可行性，百萬衞星計劃不管事實與否，產生的問題都是明顯的：
1、如果這些申請涉及的衞星裏，多數如約上天，意味着未來幾年時間裏會有數千枚火箭點火昇天，衞星遍佈軌道會讓太空變得更加擁擠，碰撞、信號衝突的問題會大幅加劇；
2、如果各運營商壓根不打算發射這些衞星，即這些衞星停留在“紙上”，他們或許是為了先佔一個衞星位置、吸引投資者注意，或是最終把無線電頻譜倒賣出去，但這也就暴露出現在的管理體系有明顯的漏洞，已經跟不上航天產業的進展。
是誰在申請？
其實，多數申請都肉眼可見的非常蹊蹺。典型的是盧旺達政府在2021年9月向ITU提交了兩個衞星星座申請，總數超過30萬顆，在全球範圍內都引起了轟動。相比之下，目前發射衞星最多的SpaceX，總數也就在5000顆左右。位處東非的盧旺達，至今仍是聯合國公佈的世界最不發達國家之一，經濟以農牧業為主，但糧食仍不能自給。這個人口僅有1000餘萬、面積不到兩個北京大的國家，2020年的人均GDP不足一千美元，全國GDP約為110億美元，這個數字遠遠不夠他們造出這麼多的衞星。
穿透盧旺達政府背後的實際申請人，我們能進一步看到衞星運營商們的數字遊戲。事實上，這份通過盧旺達政府提交的申請，其背後的發起者是來自法國的公司E-Space。除此之外，這家公司還在2023年通過法國官方提交了一份超過10萬顆的衞星星座計劃。
但他們從未想過要實際發射這麼多，公司CEO在公開場合的表態是“至少發射3萬顆”，而他們的產品開發總監的口徑則是“只有幾千顆衞星”。
正如他們所為，一家公司在不同國家、地區提交申請是一個相當常見的操作。比如運營着600餘顆衞星的OneWeb，已經通過三個國家（墨西哥、法國和英國）提交了6118顆衞星的文件；SpaceX則通過美國、挪威、德國、湯加提交了涉及數萬顆衞星的文件申請。
類似的做法也可以在船運行業看到。由於法規和執法力度更加寬鬆，運營成本更低，全球44%以上的船隻註冊在巴拿馬、利比里亞和馬紹爾羣島這三個國家。
通過申請、獲得衞星軌道，後續進行轉賣賺錢也是動機之一。比如湯加，這個太平洋上的小島國家從來沒有發射過衞星，但曾在上世紀80年代申請獲得了9個衞星軌道，然後轉手租出去賺了數百萬美元。如今他們再次看上了衞星生意，SpaceX在2023年10月通過湯加提交了接近3萬顆的衞星申請文件。
此外，包括中國、德國、西班牙、挪威、法國和所羅門羣島等大大小小的國家，都向ITU提交了大量的衞星文件申請。“但引起我們興趣的不僅僅是這些龐大數字，”英屬哥倫比亞大學研究生、前述論文作者之一伊萬·賴特在接受採訪時表示：“我們越深入研究這些星座的問題，就越發現ITU的監管已經完全落後了。”他表示，由於資金問題、政局變化或技術問題，許多“紙上”的衞星永遠不會被髮射。
申請了為什麼不發？
首先是能力。
人類把東西送上太空的能力是有限的。統計顯示，2022年全球共執行186次軌道發射，成功178次，涉及8個國家和地區，把2497個有效載荷和24名航天員送入軌道。在不計算今年數字的情況下，這已經是火箭發射次數最多的一年，可以視為現階段全球最大的運送能力，最多就是兩千餘個。照這個速度，一百萬顆衞星發完需要四百多年。
然後是成本。
以最受關注的Starlink為例，摩根士丹利曾估計Starlink衞星的製造成本為每顆100萬美元，而馬斯克曾公開表示單顆衞星的成本有望降至50萬美元。由於Starlink未公佈衞星製造成本，且具體數字會隨着技術迭代、生產規模擴大而持續變化，本文取其區間，再以人民幣兑美元匯率7:1進行估算：Starlink的單顆成本約為350萬至700萬元人民幣之間。作為對比，浙商證券在2022年9月發佈的研報指出，我國目前低軌通信衞星的平均造價大約在3000萬元左右。
由於Starlink衞星規模已經達到5000顆，遠超同行，因此在同級別衞星裏，業界普遍認為SpaceX能將衞星成本壓至最低。但即便如此，造衞星，尤其是衞星組網仍是一個耗資百億美元起步的龐大生意。
還有佔據成本結構近一半甚至更高的發射成本。
SpaceX自家的獵鷹9火箭是全球唯一實現常態化重複使用的運載火箭，平均單次發射載荷質量達到11.13噸，成功回收的次數已超過100次，顯著降低了進入空間的成本。目前，獵鷹9低地球軌道發射服務的公開報價約為人民幣2.6萬元/千克（需要注意，這是對外報價而非成本價）。相較於市面上其他火箭發射服務，價格便宜了一半甚至更多。
在全方位獲得成本優勢的情況下，Starlink才勉強成為觸碰到盈利線的低軌衞星星座。SpaceX總裁兼首席運營官Gwynne Shotwell在接受媒體採訪時表示，Starlink 預期在2023年開始盈利。Starlink系統預計每年成本約為24.1億美元，去年開始，Starlink在全球用户已經超過100萬。
從這個維度再看別的製造成本、發射成本均高於SpaceX的公司，挑戰和質疑聲都不小，盈利更是難以期待。因此大家對這門極度費力但未必討好的生意，大筆投入時的謹慎與保守都顯得非常合理。
不發為啥要申請呢？
這時候再看涉及到100萬顆的衞星申請文件，當所有人都知道計劃不會被執行的時候，不管是企業還是各國政府前仆後繼地遞材料，必然是有相當切實的利益考量，除了作秀（商業和政治層面），還有重要的戰略意義：搶佔軌道資源。
衞星的軌道和頻段被視為一種戰略資源，不僅有限，還有優劣之分，因為不同頻段的傳播損耗不同，所以各方需要爭搶更好的位置。在國際上，對於衞星頻率和軌道資源，主要採用“先佔先得”的方式。因此，發達國家率先發射衞星，佔據優先位置，導致優質軌道和頻率的擁擠現象。而收到各家申請的ITU就是負責協調和管理衞星軌道的組織。
此外，不同軌道的情況也不相同。
比如在距離地面約3.5萬公里的地球靜止軌道，衞星多以單顆存在，因此軌道資源較為充足，ITU對該軌道的管理想對簡化，當衞星的10-15年壽命結束時，通常會被人為控制上升約300公里高度，進入衞星“墳墓軌道”成為太空垃圾，原先的位置就會被釋放出來。
但大家爭搶激烈的低地球軌道就不一樣了，成百上千顆低軌衞星需要在2000公里以下的不同高度組成星座網絡，它們並不存在一次性全部退役的情況，當部分衞星損壞或壽命結束時，運營商通常將會發射新衞星來進行補充，而不是釋放整個軌道資源。所以情況會變成“先佔永得”，後來者未來可能面臨沒有軌道可用的被動情況。
在地球低軌300-1000公里的軌道高度上，最終能容納多少顆衞星？這個問題有多種版本的答案。但可以確定的是，人造衞星安全性會成為一個愈發棘手的問題。假如已申請的衞星裏有10%最終被髮射上去，近地軌道會多出10萬顆衞星而變得更加擁擠，衞星之間如果碰撞，將產生大量太空碎片，這反過來又會導致更多的碰撞。
在這樣的背景下，SpaceX去年12月向監管部門提交的文件顯示，Starlink衞星的自動避碰系統在2020年12月1日至2022年11月30日的兩年間，進行了26037次軌道避碰演習，平均每顆都進行了超過10次變軌，可見威脅是真實存在的。
不管從哪個角度推演，儘管太空無限大，但留給後來者的太空空間將變得越來越小，軌道資源將成為一個重要的門檻。
怎麼辦？
矛盾變得愈發激烈，百萬“紙”衞星的現象表明，現行的衞星管理體系已經不足以支撐衞星行業的健康成長。
當然在很大程度上，這也是行業發展速度超出了過往預期造成的。參考航海業發展，我們在15-17世紀的大航海時代才開始涉足大洋，而後工業革命、現代船運技術的發展把我們拉入現代航海業的時代。從那時候開始，佔全球海洋麪積6成以上的公海該如何管理？各國在曠日持久的拉鋸中才逐漸形成了現在的共同治理體系。
太空開發就是新的大航海時代。而對於距離地面100公里以上的外太空，那是一片空間更大、目前管理也遠遠更為粗糙的空間。
此外，太空也是一個極度需要秩序的場域。衞星在軌道上運行，像行走在太空上的高速公路，飛行速度動輒每秒7-8公里，一旦碰撞產生更多碎片，後果將是無人能夠承受和挽救的。在這種背景下，太空衞星管理涉及對衞星軌道、頻譜、太空碎片、國際合作等多個方面的監管和協調，對於確保太空活動的安全性、可持續性和有效性至關重要。
這對ITU提出了更高的要求，這個聯合國下屬的機構成立時間甚至早於聯合國本身，以每三到四年為週期讓193個會員國坐在一起，商討全球通信領域的新規則。他們並不是沒有努力，在2019年，ITU會員國通過了一項針對衞星星座組網的規定：在首次發射後兩年內發射10%的衞星，在五年內發射50%，並在七年內完成整個星座的發射。
當時這一規定的出發點就是為了避免讓公司佔着軌道不發衞星的行為。其中有一條細則，“非規劃衞星網絡空間電台頻率指配的規則啓用時限為七年。”即第一顆衞星可以在提交文件後的7年內發射。這裏就存在漏洞，在如今這個大家超量提交申請的背景下，這句話可以理解為：大家需要等待7年時間才能確認這些“紙”衞星是假的。而且根據ITU的規則，衞星星座成功申請後，7年時間裏未使用的情況下，最終的結果僅是“無線電頻率和相關軌道資源有效性到期，”説明這樣的“佔位”行為並沒有太多成本和懲罰。
前述文章作者表示，ITU應該考慮加速這個過程，同時，還可以引入一些收費機制，對大規模或投機性的申請進行限制。
顯然，是時候調整規定、修補漏洞了。11月20日至12月15日，世界無線電通信大會在阿聯酋舉辦，前述文章作者在文章裏指出，ITU應該趕快修訂新規，解決衞星星座現有的亂象。
作者在接受媒體採訪時表示，今年的會議將會重點關注衞星星座相關的問題，同時也提出了參考思路，比如限制每個星座中衞星的數量、對更大規模申報的更高費用、或是採取類似“收押金”的做法，讓公司申請衞星軌道時先交錢，在衞星結束服役後再把“押金”取回等等。
只要能夠讓公司、政府們別胡亂申請，一方面有限的衞星軌道資源將能被更好地利用起來；與此同時，ITU也將能夠更清晰地看到各方的真實意願，以此預測未來衞星的數量，進行相應的軌道、頻率安排，最終減少無線電頻率干擾和衞星間碰撞的風險。
此外，美國聯邦通信委員會 (FCC) 對衞星進行的較嚴格管理也值得參考。去年，FCC通過了一項新規，要求處理好衞星的“後事”，即低地球軌道衞星必須在任務結束後的五年內由運營商進行清理，避免成為在地球軌道上不受控制的垃圾。
這可不是説説而已。近期，美國電視公司Dish成為第一個因為這條新規被處罰的衞星運營商。Dish表示其運營的一顆衞星在退役時燃料不足，無法移動到“墳墓軌道”，公司因此領到一張15萬美元的罰單。雖然數字不大，但受此影響，公司股價大跌，導致市值蒸發1億美元。
隨着法規變得更加細緻，業界判斷未來對太空碎片進行清理的需求將大幅提升。事實上，清理太空垃圾本就是近幾年商業航天領域創業的方向之一。這些提議和新規指向了一個更有秩序、細緻管理的空天時代。
而未來對太空的管理，眼下最迫切要做的就是處理好那上百萬顆“紙”衞星，前述文章作者説，“地球軌道是屬於全人類的有限資源，我們應該維護好它。”
參考文獻
[1] https://theconversation.com/over-the-past-six-years-governments-proposed-launching-over-one-million-satellites-but-where-will-they-all-go-215979
[2] https://www.space.com/million-satellites-congest-low-earth-orbit-study-shows
[3] https://www.astronomy.com/science/study-satellite-traffic-jam-calls-for-urgent-changes/
[4] https://adf-magazine.com/2022/08/rwanda-plans-to-launch-satellite-constellations/
[5] https://phys.org/news/2023-10-itu-tighten-orbit-satellites.html
[6] https://www.space.com/how-many-satellites-fit-safely-earth-orbit
[7] https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2221343120
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