2024年5月9日，我國(guó)首顆中軌寬帶通信衛(wèi)星智慧天網(wǎng)一號(hào)01星發(fā)射，未來(lái)將通過(guò)星間雙向激光鏈路實(shí)現(xiàn)星座靈活組網(wǎng)，提供全球覆蓋寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。美國(guó)Starlink則在其V1.5和V2.0低軌衛(wèi)星部署超9000個(gè)空間激光器，星間數(shù)據(jù)傳輸吞吐量達(dá)到5.6Tbps，每日傳輸總量超過(guò)42PB。

在以低延遲、低成本為特色的中低軌星座組網(wǎng)需求推動(dòng)下，星間鏈路實(shí)現(xiàn)星間直接通信，降低衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)地面站依賴，增強(qiáng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)覆蓋和通信容量，成為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一，受到學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界廣泛關(guān)注。星間鏈路相關(guān)概念

衛(wèi)星通信主要存在兩種方式，衛(wèi)星-地球鏈路傳輸模式（圖1）所有信息交換均在地面信關(guān)站完成，衛(wèi)星不作信息中繼介質(zhì)。衛(wèi)星-衛(wèi)星鏈路傳輸模式（圖2）即星間鏈路模式，能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星間的直接信息交互，這一模式能夠減少傳輸“跳數(shù)”，降低衛(wèi)星傳輸端到端時(shí)延以及對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)依賴，實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)絡(luò)覆蓋，成為發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

　　圖1 傳統(tǒng)透明轉(zhuǎn)發(fā)模式

　　圖2 星間鏈路傳輸模式

星間鏈路相關(guān)技術(shù)不斷突破，加快全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)進(jìn)程

趨勢(shì)1：星間鏈路數(shù)據(jù)傳輸效率提升，滿足大型星座建設(shè)需求

星間激光通信是一種使用激光信號(hào)在衛(wèi)星之間傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)，較傳統(tǒng)微波通信具有高頻率、高速率、高安全等特點(diǎn)，可利用的頻帶寬度達(dá)GHz級(jí)，無(wú)需向國(guó)際電聯(lián)申請(qǐng)?zhí)囟l段，能夠在真空環(huán)境下實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與衛(wèi)星、飛船、空間站間的相互通信，目前開(kāi)始專注于容量提升，正在由兆比特級(jí)提升至吉比特級(jí)。2016年，歐洲EDRS-A激光通信中繼載荷達(dá)到600 Mbit/s信息速率，為40余顆衛(wèi)星提供中繼服務(wù)。2021年以來(lái)，SpaceX Starlink V1.5和V2.0版低軌衛(wèi)星均加裝光學(xué)空間激光器，通過(guò)星間數(shù)據(jù)交換達(dá)到網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化管理以及服務(wù)連續(xù)性目標(biāo)。2023年，亞馬遜Project Kuiper利用星載激光通信實(shí)現(xiàn)1000公里雙向100Gbps星間鏈路測(cè)試。

趨勢(shì)2：星間鏈路多軌道協(xié)同提高傳輸靈活性，保障衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)健運(yùn)行

不同軌道的衛(wèi)星單獨(dú)組網(wǎng)均無(wú)法滿足天基網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要，星間鏈路支持多軌道協(xié)同，實(shí)現(xiàn)同一軌道面衛(wèi)星和相鄰軌道面衛(wèi)星之間的相互通信，保障衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)彈性靈活與容量冗余。我國(guó)北斗三號(hào)在全球首創(chuàng)相控陣星間鏈路方案，48顆衛(wèi)星在Ka頻段實(shí)現(xiàn)高中軌道協(xié)同，自主定軌、時(shí)間同步等技術(shù)實(shí)現(xiàn)自主可控，星座抗干擾能力較高。2022年底，SpaceX推出的星盾業(yè)務(wù)支持跨軌道通信，通過(guò)同軌道、異軌道衛(wèi)星之間的永久鏈，以及跨軌道交叉鏈，保障軍事衛(wèi)星星座健壯性。

趨勢(shì)3：星間鏈路疊加人工智能技術(shù)滿足未來(lái)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)太空交通管理需求

全球衛(wèi)星發(fā)射量爆發(fā)增長(zhǎng)導(dǎo)致太空軌道成為各國(guó)稀缺資源，日益增多的在軌碎片和太空垃圾也不斷威脅空間基礎(chǔ)設(shè)施安全，包括我國(guó)在內(nèi)，美、歐、俄等陸續(xù)出臺(tái)太空交通管理法案與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。星間鏈路通過(guò)在星上實(shí)現(xiàn)在軌數(shù)據(jù)處理、感知及路由調(diào)度，能夠減少數(shù)據(jù)回傳并提升響應(yīng)速度，未來(lái)與星上人工智能技術(shù)融合，能夠提前感知與其他衛(wèi)星或太空碎片碰撞風(fēng)險(xiǎn)并實(shí)現(xiàn)軌道變軌控制，技術(shù)應(yīng)用價(jià)值不斷提升。

星間鏈路發(fā)展面臨的問(wèn)題、挑戰(zhàn)

1. 星間鏈路面臨路由復(fù)雜、受外界環(huán)境影響大等技術(shù)挑戰(zhàn)

一是對(duì)于大規(guī)模星座（一般由1萬(wàn)顆以上衛(wèi)星組成），衛(wèi)星相對(duì)位置時(shí)刻變化，在異軌道面需要解決鏈路設(shè)置數(shù)目、鏈路切換頻度等問(wèn)題，導(dǎo)致星間路由算法設(shè)計(jì)及調(diào)度難度大。

二是星間鏈路衛(wèi)星之間方位角、仰角和星間距離實(shí)時(shí)變化，導(dǎo)致星載天線的指向范圍變化較大，一般需要具備自動(dòng)跟蹤能力，同時(shí)也會(huì)受到背景噪聲及溫度動(dòng)態(tài)變化影響，降低星間鏈路通信質(zhì)量。

2. 星間鏈路發(fā)展受到頻率資源、產(chǎn)品成熟度以及應(yīng)用范圍限制

一是星間鏈路可用微波頻率（22.55-23.55 GHz）資源有限，頻譜資源緊張，難以同時(shí)滿足多個(gè)大規(guī)模星座的寬帶星間鏈路并行使用，規(guī)模化應(yīng)用難度較大，而激光鏈路（10.6μm）則因?yàn)椴ㄊ沟眯l(wèi)星系統(tǒng)瞄準(zhǔn)、跟蹤相對(duì)困難。

二是星間鏈路的天線或激光終端設(shè)計(jì)復(fù)雜，涉及捕捉、跟蹤、瞄準(zhǔn)和控制等操作，因低軌小衛(wèi)星平臺(tái)同時(shí)安裝多副星間鏈路天線或終端相對(duì)困難，一定程度上限制了星間鏈路應(yīng)用場(chǎng)景。

3. 星間鏈路對(duì)全球星上數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)監(jiān)管提出了更高要求

一是星間鏈路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化，增加了衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)間身份假冒、信息竊聽(tīng)、信息篡改、路由攻擊等威脅，可能導(dǎo)致衛(wèi)星受到非法訪問(wèn)與數(shù)據(jù)竊取。例如2022年2月，Viasat公司KA-SAT商業(yè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)受到攻擊，數(shù)萬(wàn)SATCOM調(diào)制解調(diào)器被毀壞，影響歐洲衛(wèi)星寬帶服務(wù)近一個(gè)月。

二是低軌星間鏈路覆蓋全球，對(duì)于星上傳輸數(shù)據(jù)流通、跟蹤及實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括我國(guó)在內(nèi)受到美、歐、日等各國(guó)政府重視，但在協(xié)議規(guī)范層面尚未達(dá)成廣泛共識(shí)并實(shí)現(xiàn)全球動(dòng)態(tài)監(jiān)管。

我國(guó)星間鏈路發(fā)展展望

1. 技術(shù)融合方面：加強(qiáng)激光通信、高低軌協(xié)同、人工智能等技術(shù)研發(fā)應(yīng)用

美歐在星間鏈路等技術(shù)方面占據(jù)主導(dǎo)權(quán)，建議充分吸納商業(yè)航天力量，針對(duì)高、低軌混合星座星間鏈路開(kāi)展激光通信、路由管理、人工智能等新興技術(shù)融合應(yīng)用。

2. 產(chǎn)業(yè)合作方面：發(fā)揮政策引導(dǎo)作用，開(kāi)展全球星間鏈路資源共享及商業(yè)應(yīng)用

把握與周邊及友好國(guó)家合作機(jī)遇，依托金磚聯(lián)盟、一帶一路計(jì)劃等，將共同發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入雙邊協(xié)議，充分開(kāi)放共享星間鏈路軌道資源，促進(jìn)新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)品、新場(chǎng)景落地。

3. 安全保障方面：建立安全可控的星間鏈路動(dòng)態(tài)監(jiān)管機(jī)制

一是成立衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)安全聯(lián)盟，針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的星間鏈路加強(qiáng)衛(wèi)星設(shè)備間互聯(lián)認(rèn)證及抗干擾、抗截獲、防入侵等安全加密技術(shù)應(yīng)用。

二是在一帶一路框架內(nèi)聯(lián)合有關(guān)國(guó)家制定星上數(shù)據(jù)跨國(guó)監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)NTN手機(jī)直連、北斗短報(bào)文等出海業(yè)務(wù)探索跨國(guó)星間數(shù)據(jù)共享。