2024年5月9日，我國首顆中軌寬帶通信衛(wèi)星智慧天網(wǎng)一號01星發(fā)射,，未來將通過星間雙向激光鏈路實現(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Starlink則在其V1.5和V2.0低軌衛(wèi)星部署超9000個空間激光器，星間數(shù)據(jù)傳輸吞吐量達到5.6Tbps,，每日傳輸總量超過42PB。

在以低延遲,、低成本為特色的中低軌星座組網(wǎng)需求推動下,，星間鏈路實現(xiàn)星間直接通信，降低衛(wèi)星通信系統(tǒng)對地面站依賴,，增強衛(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)星傳輸端到端時延以及對地面網(wǎng)絡(luò)依賴,，實現(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)進程

趨勢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,，可利用的頻帶寬度達GHz級,，無需向國際電聯(lián)申請?zhí)囟l段，能夠在真空環(huán)境下實現(xiàn)衛(wèi)星與衛(wèi)星,、飛船,、空間站間的相互通信，目前開始專注于容量提升,，正在由兆比特級提升至吉比特級,。2016年，歐洲EDRS-A激光通信中繼載荷達到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,，SpaceX Starlink V1.5和V2.0版低軌衛(wèi)星均加裝光學空間激光器，通過星間數(shù)據(jù)交換達到網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化管理以及服務(wù)連續(xù)性目標,。2023年,，亞馬遜Project Kuiper利用星載激光通信實現(xiàn)1000公里雙向100Gbps星間鏈路測試。

趨勢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)健運行

不同軌道的衛(wèi)星單獨組網(wǎng)均無法滿足天基網(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,。我國北斗三號在全球首創(chuàng)相控陣星間鏈路方案，48顆衛(wèi)星在Ka頻段實現(xiàn)高中軌道協(xié)同,，自主定軌,、時間同步等技術(shù)實現(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3：星間鏈路疊加人工智能技術(shù)滿足未來衛(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)增長導致太空軌道成為各國稀缺資源,，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，包括我國在內(nèi),，美,、歐、俄等陸續(xù)出臺太空交通管理法案與國際標準,。星間鏈路通過在星上實現(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險并實現(xiàn)軌道變軌控制，技術(shù)應(yīng)用價值不斷提升,。

星間鏈路發(fā)展面臨的問題,、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)

一是對于大規(guī)模星座（一般由1萬顆以上衛(wèi)星組成）,，衛(wèi)星相對位置時刻變化,，在異軌道面需要解決鏈路設(shè)置數(shù)目、鏈路切換頻度等問題,，導致星間路由算法設(shè)計及調(diào)度難度大,。

二是星間鏈路衛(wèi)星之間方位角,、仰角和星間距離實時變化，導致星載天線的指向范圍變化較大,，一般需要具備自動跟蹤能力,，同時也會受到背景噪聲及溫度動態(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,，難以同時滿足多個大規(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）則因為波束窄使得衛(wèi)星系統(tǒng)瞄準、跟蹤相對困難,。

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

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

一是星間鏈路拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化，增加了衛(wèi)星節(jié)點間身份假冒,、信息竊聽,、信息篡改、路由攻擊等威脅,，可能導致衛(wèi)星受到非法訪問與數(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)近一個月。

二是低軌星間鏈路覆蓋全球,，對于星上傳輸數(shù)據(jù)流通,、跟蹤及實時監(jiān)控，包括我國在內(nèi)受到美,、歐,、日等各國政府重視，但在協(xié)議規(guī)范層面尚未達成廣泛共識并實現(xiàn)全球動態(tài)監(jiān)管,。

我國星間鏈路發(fā)展展望

1. 技術(shù)融合方面：加強激光通信,、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)主導權(quán)，建議充分吸納商業(yè)航天力量,，針對高,、低軌混合星座星間鏈路開展激光通信、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)揮政策引導作用，開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家合作機遇,，依托金磚聯(lián)盟,、一帶一路計劃等，將共同發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入雙邊協(xié)議,，充分開放共享星間鏈路軌道資源,，促進新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)品,、新場景落地,。

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

一是成立衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)安全聯(lián)盟，針對復(fù)雜環(huán)境下的星間鏈路加強衛(wèi)星設(shè)備間互聯(lián)認證及抗干擾,、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)國家制定星上數(shù)據(jù)跨國監(jiān)管標準,，針對NTN手機直連,、北斗短報文等出海業(yè)務(wù)探索跨國星間數(shù)據(jù)共享。