低轨卫星互联网综述及其在消防领域应用展望

在新技术的带动下，卫星通信领域正发生着重大变革，以低轨高通量卫星星座为代表的卫星互联网逐步兴起。低轨道（LowEarth Orbit, LEO）卫星星座一般是指多个低轨卫星构成的可以进行实时信息处理的大型卫星系统，其中卫星的分布称为卫星星座。
低轨卫星轨道高度处于 200～2000km之间，轨道周期不超过128分钟，且建设成本相对较低。低轨卫星可用于军事目标探测，相比传统卫星更易获得目标物高分辨率图像。低轨卫星也用于手机通信，卫星的轨道高度低使得传输延时小，路径损耗少，能够提供近似光纤的连接速度，多个卫星组成的通信系统可以实现真正的全球覆盖，频率复用更高。
因此，低轨卫星互联网正成为解决全球网络信息鸿沟的新选项，为天网、地网一体化融合提供了有利的时机和条件，加速了整个社会迈向数字化通信时代。
1 国内外低轨卫星互联网建设与应用现状
1.1 国外低轨互联网星座
目前，全球范围内已经提出多个卫星互联网建设计划，其中具代表性的是：美国的 Starlink、SwarmTechnologies， 英国的 OneWeb 和加拿大的 Lightspeed。

Starlink（星链）由美国太空探索技术公司（SpaceX）设计、部署和运营。主要目标是构建一个覆盖全球、高速、低延迟的宽带互联网网络，为地球上任何地点（包括偏远、农村和海洋区域）提供可靠的网络连接。星链计划发射数万颗小型卫星。截至2025年9月，已发射超过6000颗，部署在距离地球表面约340至570km的低地球轨道上。星链是目前全球最大的卫星星座，拥有300万活跃用户，能够提供从数十到上百兆的网络带宽，部分地区可达千兆。在应急及通信保障方面，星链已在2025年洛杉矶大火、2023年夏威夷毛伊岛大火、加拿大北部 / 阿拉斯加搜救等活动中得到应用，为现场提供视频、图像、发布警报，以及指挥调度等通信保障。

OneWeb 星座的主要目标也是为全球提供宽带连接，但主要面向企业、政府（包括国防、电话网络运营商）。根据最新公布，该星座由648颗工作于Ku/Ka频段的低轨卫星构成，分布在轨道高度为1200km、倾角为87.9°的18个轨道面上，星座容量达 到 7Tbit/s。2024 年，OneWeb向航空市场开始提供服务，最大下行速度达195Mbps、最大上行速度32Mbps。

SwarmTechnologies( 蜂群技术公司 ) 则专注于提供低成本的物联网数据回传服务。SwarmTechnologies 与德国的DryadNetworks ( 树精网络公司 ) 合作，将低轨卫星终端通信模组嵌入到Drayd的林火监测物联网网关产品中，为没有4G甚至2G的场景提供广域回传的骨干网络。该星座每月流量套餐低至5美元，在欧洲和澳洲已有较多应用。
加拿大政府于2024年9月宣布投入21.4亿加元，支持Telesat Lightspeed项目，计划发射198颗LEO卫星组成全球网络，巩固加拿大在全球卫星通信市场的地位，并为加拿大偏远和农村社区提供负担得起的高速宽带连接。Lightspeed强调为商业、政府和国防市场提供高性能、高安全性的连接服务。
1.2 国内低轨互联网星座
卫星互联网作为通信网络基础设施的代表之一，已被我国纳入新基建范畴，意味着以低轨卫星通信系统为代表的太空基础设施建设上升到国家意志层面。在顶层设计方面，“十四五”规划和2035年远景目标纲要提出，要建设高速泛在、天地一体、集成互联、安全高效的信息基础设施。在各省市层面，多项扶持商业航天行业发展的规划政策陆续发布，为促进卫星互联网的发展进一步释放政策红利。从中央到地方陆续出台多个政策支持卫星互联网发展，我国的低轨卫星互联网产业进入了国家统筹、规划和运营的新阶段。
目前，中国的低轨星座呈现出“一国多网”的格局，其中最核心、规模最大的是“中国卫星网络集团”（简称“星网”）主导的星座，并伴有其他商业航天公司的补充。现将我国低轨卫星星座建设情况总结于下表所示。
表1 我国低轨卫星星座发展情况

国内低轨卫星互联网还处于初期发展建设阶段，缺少成熟的应用。在我国由于安全和政策等因素，也无法使用星链等国外卫星星座业务。
2 低轨卫星通信的技术优势
作为未来信息通联方式变革的重要方向，低轨卫星具有构建卫星互联网的独特优势，并使得宽带卫星互联网成为可能。

在系统容量方面，低轨卫星可以实现大规模跨越式增长。对地静止轨道卫星轨位稀缺，全球可布放数量有限，据估算如果全部升级换代为多波束高通量卫星，则全球卫星总容量也仅能达到50Tbps。低轨卫星可利用轨道纵深，采用多层次立体式覆盖，以卫星数量的增加来提升卫星网络总体容量。当前各国提出的低轨卫星系统，数量从几百到几万颗不等，以星链为例，计划总数量超过4万颗，按其公开数据平均单星20Gbps 容量估算，网络总容量将达到800Tbps，相当于在太空建设4万个 5G基站。

在信号覆盖方面，低轨卫星可以真正做到全球连续无缝。低轨卫星改变了静止轨道卫星较为固定的覆盖方式，而是采用横向多颗星协同、纵向多平面布局的方式，且能快速优化弱覆盖区域，实现真正的全球海陆空无缝覆盖。
在通信性能方面，低轨卫星可以拉近到与地面通信相当的水平。传播时延可降低至10ms内，接近地面互联网要求，可提升用户体验和网络效能。链路损耗比静止轨道显著减少，可显著降低星载通信系统的能力要求，并具备复用移动通信网络通信技术标准的基础。
在网络可靠性方面，低轨卫星相对静止轨道可提供更高的健壮性。低轨卫星采用大规模星座式设计，不同于静止轨道卫星单打独斗，低轨卫星网内卫星数量众多，并采用多层协同、冗余覆盖的方式，卫星之间可互为备份，单颗卫星的故障不影响整体网络性能，并可快速进行补充，网络可靠性强。

在接入终端物理特性方面，由于低轨卫星轨道较低，因此接入终端功放射频发射功率不需要设计太高，这大大减轻了设备重量，同时也降低了整机的功耗，以星链接入终端设备为例，重量仅2.9kg、天线长度513mm、宽度303mm，非常易于携带；另一方面由于天空中卫星较为密集，接入终端设备对星入网与传统地球同步轨道卫星终端相比较更为容易。

3 低轨互联网星座在消防领域的应用思考

消防应急通信一般具备时间的突发性、地点的不确定性、地理环境的复杂性、容量需求的不确定性、现场应用的高度自主性等特点，尤其是地震、泥石流、洪水等地质灾害现场，其强大的破坏性一般会造成道路、电力、通信等基础设施损坏，致使短时间内公共通信手段无法正常发挥作用，会出现多个“信息孤岛”和“通信盲区”，通信保障无法依托公网、电力支持能力弱成为普遍现象。受道路损毁影响，动中通、静中通等卫星车辆无法深入灾区，而现有的地球同步轨道便携式卫星通信装备由于容量、通信时延、设备重量、设备易用性、多体制互联兼容性等限制，使用起来较为不便，存在诸多缺点。

由于低轨道卫星互联网的一系列优势，商用后将为消防与应急救援现场尤其是地质灾害现场的应急通信带来质变。未来，我国低轨卫星互联网商用之后，消防救援用户作为行业用户之一，可购买卫星终端和申请SIM卡使用卫星网络，参考天通SIM卡使用前例，可与运营商协商使用应急专用号段以及战时预留带宽等定制化服务，在应急通信、监测预警、和无人机远程控制等领域开展应用。

3.1 应急通信领域
通过低轨道卫星星座进行应急救援现场通信，具有速率高、时延低、广覆盖的显著优点，救援现场数据可实时传递到后方指挥机构，供指挥人员以更全面的视角分析决策；通过低轨道卫星星座构建的战术通信网络还可以遥控大量“无人”机作战平台进行现场大范围侦察和通信保障。利用低轨道卫星星座，用户可采用统一频率进行通信，大幅度提升通信频率利用率，有助于打破不同队伍平台由于体制、装备限制而形成的“信息孤岛”。
3.2 监测预警领域
低轨卫星物联网，以其成本优势未来会成为最具潜力的野外监测预警通信解决方案。尤其是在森林防火领域，无线通信链路是监测的重要纽带，只有建立起可靠的无线传输网络，才能及时传递火灾信息，发挥火险预警、监测等功能，从而快速有效地组织林火扑救工作。随着窄带物联网终端的成本降低，针对目标监测区域规模性部署林火监测终端成为可能，此举既能更早地在阴燃期间感知火情，又能获得更精确的位置信息。但目前大面积的山林缺乏地面无线网络覆盖，如部署监测终端就需要广域且稳定的传输手段。作为万物互联版图的有力补充，不受地理条件影响并具备全天候服务能力的低轨卫星互联网，可以为林火监测终端提供可靠的传输链路。
4 我国低轨互联网星座未来发展趋势
中国卫星互联网建设还需要经历一个较为漫长的投入过程。从我国的基本国情来看，低轨卫星通信系统与 5G 相互融合，取长补短，共同构建全球无缝覆盖的海、陆、空一体化综合通信网，满足用户无处不在的多种业务需求，是未来移动通信发展的重要方向。
 

沈阳消防研究所供稿