「スターリンクモデル」はスターリンクと競争できるでしょうか?私の国における衛星インターネット開発の機会と課題

地上のモバイル基地局や光ファイバーネットワークを効果的に補完する衛星インターネットは、従来の通信では到達が困難なエリアやシナリオをカバーできます。これは、将来の6Gシステムにおける空、陸、海の統合ネットワークを構築するための重要なリンクです。 2020年、わが国は初めて政策レベルで衛星インターネットを「新インフラ」の通信ネットワーク情報インフラに組み込み、その重大な戦略的意義を明確にしました。 2022年、「スターリンク」システムが某戦場指揮システムで重要な役割を果たし、衛星インターネットの発展が差し迫っていることを改めて証明した。

スターリンクシステム

衛星インターネットの開発は 1980 年代に始まり、3 つの主要な段階を経てきました。2000 年以前は、主に狭帯域通信、主に低速音声サービスでした。 2000年から2014年までは、低速の音声およびデータサービスによる狭帯域通信でした。 2014年以降は、高速、低遅延、大容量データといった特徴を備えたブロードバンドインターネットが主流となりました。より代表的な衛星群は米国の「スターリンク」システムです。

スターリンクシステムは、米国スペースX社が2015年に立ち上げた衛星インターネットプロジェクトです。2019年から2024年の間に12,000基の低軌道衛星を配備し、2027年までに42,000基[1]を展開し、世界最大の巨大衛星群ネットワークを形成し、地球全体をカバーする高速で低遅延のインターネットアクセスを提供する計画です。当初の目的は、特に現在インターネットにアクセスできない遠隔地において、世界規模でインターネット サービスを提供することでした。これまでに、スターリンクは4,600機以上の衛星を打ち上げ[2]、少なくとも46の国と地域に関連サービスを提供してきました[3]。実際のテストでは、最大ダウンロード速度は400Mbpsに達し、最大アップロード速度は約18Mbp​​s、遅延はわずか27msで、従来の衛星インターネットアクセスサービスよりも大幅に優れています[4]。 2022年には、ある指揮系統に情報伝送、情報収集、ドローン制御のためのスターリンク設備が統合され、有線ネットワークが破壊されても内部通信ネットワークが構築され、中断のない指揮が実現できるようになった[5]。

衛星インターネット資源をめぐる競争

衛星インターネットの構築には一定数の衛星が必要です。衛星の場合、軌道と周波数帯域のリソースは希少なリソースであり、国際的な慣行では通常「先着順」となります。

衛星軌道には、高軌道（GEO）、中軌道（MEO）、低軌道（LEO）などがあります。その中でも、LEO軌道は、単一星のカバレッジ能力がGEO軌道やMEO軌道よりも弱いものの、星座ネットワークを通じて広範囲のシームレスなカバレッジを実現でき、リンク損失や伝送遅延が最小限（10ms以内）で、端末処理能力の要件も低く、将来の衛星インターネットの要件に適しています。スターリンクシステムの衛星群の第1フェーズは、軌道高度約550kmの衛星4,408基で構成され、第2フェーズは、軌道高度約340kmの衛星7,518基で構成され、第3フェーズまでに打ち上げが予定されている3万基の衛星はすべてLEO低軌道を使用する。地球のLEO軌道には約6万個の衛星を収容できると推定されており、スターリンク衛星がまもなくその大部分を占めることになり、宇宙大国間の激しい競争を引き起こしている[6]。第13次5カ年計画期間中、我が国は「紅岩」や「紅雲」などの低軌道衛星インターネット計画を提案しましたが、衛星の数はわずか400基余りでした。 2021年4月、我が国は衛星インターネットの設計、構築、運用を専門とするChina StarNet Companyを設立しました。同社の衛星群計画「スターネット計画」では、12,992基の低軌道衛星（軌道高度500～600KMの衛星6,080基、高度1,145KMの衛星6,912基）を打ち上げ、巨大な衛星群システムを構築する予定だ。

周波数帯域リソースに関しては、C、KU、KA 帯域が衛星通信で一般的に使用されています。C 帯域は主に静止軌道で使用され、周波​​数が低く、利得が低く、アンテナ サイズが大きく、耐干渉性が強く、伝送チャネルが安定しています。現在、利用可能なリソースは飽和傾向にあります。 KUバンドは周波数が高く、利得が高く、アンテナサイズが小さいため、受信機器にとって便利です。これは衛星通信に最適な周波数帯であり、利用可能なリソースは比較的飽和状態にあります。 KA バンドは周波数が高く、周波数帯域の帯域幅が広くなります。高速衛星通信に最適な周波数帯であり、利用可能なリソースも比較的飽和状態にあります。 Starlink システムが占有する周波数は、主に KU と KA の 2 つのゴールデン周波数帯域に分散されており、第 3 フェーズのコンステレーションではより高い E バンドが使用されます。我が国の「スターネットプロジェクト」は、2020年9月に国際電気通信連合（ITU）に「GW」ブロードバンド衛星群計画の周波数割り当てファイルを提出しました。送信周波数帯域は主にKA帯域とより高い周波数のV帯域に分布しています。

それにもかかわらず、当社の衛星インターネットコンステレーションプロジェクトの多くは現在初期テスト段階にあり、未解決の問題がまだいくつか残っています。しかし、資源をめぐる戦いは衰えず、宇宙大国が追い上げている。したがって、まだ道のりは長いのです。

開発のインスピレーション

世界最大かつ最も技術的に進歩した衛星群であるスターリンクシステムは、通信やリモートセンシングなど多くのシナリオで優れた役割を果たしてきましたが、学ぶ価値のある問題も数多く抱えています。

まず、他の宇宙船に簡単に脅威を与える可能性があります。スターリンクシステムの運用開始以来、EUの宇宙船と我が国の宇宙ステーションとの接近遭遇が数多くありました。主な理由は、スターリンク衛星の展開が「オールインワン」ではなく、最初に非常に低い軌道に送られ、その後、自力で目標軌道まで推進されるためです。非常に弱いホール電気推進技術を使用しているため、推進プロセス中に他の宇宙船に遭遇した場合、時間内に姿勢を調整することが困難です。

第二に、軌道が低いとメンテナンスコストが大幅に増加します。スターリンクシステムの容量を増やすために、システムの運用軌道は当初の1150KMから550KMと340KM（600KMより下の大気圏には空気がある）に短縮されました。一定の動作抵抗があり、衛星は頻繁に軌道高度を調整する必要があります。そのため、衛星の設計寿命は 7 年ですが、実際の平均寿命はわずか 5 年です。そのため、スターリンクシステムが導入された後は、毎年衛星の20％（約8,000基）を補充する必要があり、衛星群の維持コストが大幅に増加します。

3 つ目は、衛星間リンク技術によりリンク伝送性能が向上することです。 「スターリンク」衛星は、V0.9（重量227KG）、V1.0（重量260KG）、V1.5（重量277KG）、そして現在はV2.0（重量1.25T）と、いくつかのバージョンを経てきました。 「Starlink」はバージョン V1.5 以降、衛星間レーザーリンクを採用しており、地上ネットワークや信号ゲートウェイへの依存度が大幅に低下し、システムの地上セグメントの複雑さが軽減されています。同時に、宇宙セグメントでの中継伝送は、情報伝送の損失と遅延に大きな最適化効果をもたらします。

衛星インターネットの発展において、米国は常に国際的に最前線に立ち、資源獲得競争においても多くの「優位性」を獲得してきました。分析と研究を通じて、我が国の衛星インターネットの発展について何らかの洞察を得たいと考えています。さらに、新バージョンの「スターリンク」衛星のサイズが大幅に大きくなったことで、機能拡張の可能性が間違いなく高まりました。将来の「スターリンク」は、単純な商用通信システムではなくなるかもしれない。今後、その軍事的応用はますます積極的になると予想されます。したがって、衛星インターネットの開発は緊急の課題です。

参考文献

[1] 百度百科事典: Starlink、https://baike.baidu.com/item/%E6%98%9F%E9%93%BE/15519513?fr=ge_ala、2023 年 4 月 27 日。

[2] SpaceXのファルコン9ロケットが47基のスターリンク衛星の打ち上げに成功、「スペースウィンドウ」（539）、https://mp.weixin.qq.com/s/xZt6XwLtBI3CFNYDNCiwtw、2023年6月24日。

[3] 2023年の世界宇宙ミッションの展望：SpaceXの軌道上の衛星の数は4,000を超え、Starlinkブロードバンドは現在53か国に進出し、加入者は100万人を超えています、https://www.shangyexinzhi.com/article/7985588.html、2023年5月7日。

[4] スターリンクの何がすごいのか？ https://baijiahao.baidu.com/s?id=1754501993603071083&wfr=spider&for=pc、2023年1月9日。

[5] 新華網：「スターリンク」が打ち上げられ、「スターウォーズ」が始まる：スターリンクプロジェクトの軍事的利用法は？ 2022年1月18日。

[6] 「新インフラ」構想に基づく中国の衛星インターネット産業の発展に関する白書、2020年5月29日。

著者: サン・ジンシン

部署：中国移動スマートホームオペレーションセンター