卫星支撑着通信、导航、天气预报、农业、灾害应对和国家安全等关键服务。
尽管发射活动增加、成本下降,市场仍由单一运载火箭系列主导;在一项全球样本中,该系列运载了77%的有效载荷。
政府和业界应支持更加多元、走向多极化的发射生态系统,推动多个服务提供商、发射场和轨道选择,以改善太空准入,并增强太空服务供给的韧性。
卫星已悄然成为维系现代社会运转的基础设施的一部分。
卫星帮助农民监测作物和用水情况,为船舶和飞机导航,连接偏远社区,并在洪水、火灾和其他灾害期间提供关键信息。政府依靠卫星进行天气预报、环境监测、通信和国家安全保障。
世界经济论坛估计,全球太空经济规模可能从2023年的6300亿美元增至2035年的1.8万亿美元。其中大部分价值并非来自太空本身的活动,而是来自面向地球上的人们和各行业提供的服务。
然而,所有这些服务都依赖一层不那么显眼的基础设施:以合适的时间和成本,将卫星送入正确轨道的能力。
随着卫星在日常生活中的重要性日益提升,承载卫星进入轨道的系统韧性,也应受到与卫星本身同等的重视。
发射次数增加不一定意味着选择更多
太空准入已显著改善。可重复使用火箭、小型卫星和标准化拼车发射任务降低了成本,使大学、初创企业和新兴太空经济体能够部署航天器。
然而,发射数量增加并不等于形成多元化的发射市场。
根据乔纳森·麦克道尔的《人造空间物体总目录》(GCAT),我们分析了2021年至2026年5月公开记录的有效载荷部署情况,发现全球比较样本中有77%的有效载荷由同一运载火箭系列发射。
由于一致的公开有效载荷级信息往往难以获得,尤其是与国家相关的任务和国防任务,因此分析排除了中国和俄罗斯的卫星。分析也排除了星链卫星,以免单一巨型卫星星座主导结果。
即使排除这些卫星,样本中仍有1,697个有效载荷由领先的运载火箭系列发射,而第二大系列发射了166个。
这种集中度在一定程度上源于真实的技术和商业成功。高频发射、可重复使用系统和可预测的拼车服务扩大了进入轨道的机会,也使原本可能无法实现的商业模式成为可能。
因此,令人担忧的是,发生中断时,卫星经济的大部分领域可能缺少足够的替代选择。
可用的发射服务会影响任务设计
卫星进入太空后,需要运行在适合其用途的轨道上。
轨道高度、倾角、部署时间和当地太阳条件会影响通信覆盖、成像机会、发电能力和航天器寿命。观测特定区域的卫星,可能需要不同于提供宽带连接或跟踪海上活动卫星的轨道路径。
然而,较小的运营商往往不得不围绕可获得的发射服务来设计任务。在拼车发射任务中,主客户或标准化路线通常决定部署轨道。
次级有效载荷必须接受这一目的地,或为额外推进和轨道转移服务付费。我们的数据集表明,这正在影响轨道部署结果。
在全球样本中,58%的有效载荷被送入太阳同步轨道(SSO)——这是一种近极地地球轨道,卫星轨迹与太阳完全同步——另有39%进入其他低地球轨道路径。在被评估为适合执行更广泛低地球轨道任务的有效载荷中,超过一半最终进入了太阳同步轨道。
这并不能证明每颗卫星都被送入了技术上较差的轨道。对于许多地球观测任务而言,太阳同步轨道十分理想。然而,这种聚集现象表明,发射服务的可用性、拼车航线和日程确定性可能会缩小实际选择范围。随着时间推移,任务可能会围绕现有航线进行优化,而非选择最能满足用户需求的轨道。
欧洲展现了这一战略挑战
欧洲将主权和战略自主置于太空雄心的核心位置。但衡量主权,不能只看一个地区是否能够制造火箭或卫星。
主权还必须包括频繁发射、从中断中恢复,以及选择适合任务轨道的能力。
欧洲近期的经历说明了原因。2022年至2024年间,阿丽亚娜5号退役,阿丽亚娜6号遭遇多年延误,俄罗斯联盟号运载火箭的使用渠道中断,织女星-C则在一次发射失败后停飞。欧洲航天局领导层和业界观察人士将其称为运载火箭危机。
其后果具有战略意义,而不仅仅是商业影响。欧洲的卫星导航系统伽利略在一定程度上旨在避免依赖美国的GPS系统。然而,在运载火箭危机期间,由于欧洲缺乏可全面投入使用的本土发射体系,只能使用猎鹰9号发射伽利略卫星。
在我们的欧洲样本中,排除OneWeb后,自2021年以来76%的有效载荷部署由一种运载火箭完成。纳入OneWeb后,这一比例降至54%,主要是因为该星座在大批量部署时使用了其他运载火箭。两种统计口径都显示,欧洲在很大程度上依赖少数几种发射路径。
轨道分布同样显著。排除OneWeb后,欧洲样本中近83%的有效载荷被部署到太阳同步轨道。在被评估为适合执行更广泛低地球轨道任务的欧洲有效载荷中,约68%最终进入太阳同步轨道。
这一问题的影响不限于欧洲。新兴太空经济体面临的选择范围更窄。一个国家可能研发卫星、培养工程师并建立本土应用产业,但进入太空仍依赖外国的发射日程、法规和轨道航线。
韧性需要多极化的发射生态系统
多极化生态系统并不意味着取代成功的服务提供商,也不意味着人为分割需求,而是要确保运营商能够在运载火箭、地区、日程和目的地方面拥有多个可靠选择。
政府可以通过认证多个发射服务提供商执行公共任务、支持通用卫星接口,以及避免围绕单一入轨路线设计项目来提供帮助。公共采购应在考虑眼前最低发射价格的同时,兼顾冗余能力和响应速度。
业界可以将专用发射、拼车服务和轨道转移能力拓展为相辅相成的服务。各地区增设发射场并完善监管框架,也有助于降低地理依赖,让新兴经济体参与该领域附加值更高的环节。
如今,卫星为几乎所有经济领域的关键服务提供支持。承载卫星进入轨道的基础设施,不应只依赖少数几种运载火箭、地区或部署航线。
建设一枚火箭并不能实现太空主权。只有确保永远不必依赖单一选择,才能持续维护太空主权。


