铱星计划

定义

铱星计划是美国摩托罗拉公司设计的一种全球卫星移动通信系统，核心是一个由低轨道卫星组成的星座，为用户提供语音与数据传输服务^[1]。系统的名称来自化学元素铱：最初的方案设想在7条轨道上布设共77颗卫星，与铱原子核外的电子数相同，故称铱卫星；后来轨道数计算为6条即可满足要求，卫星总数减为66颗，但名称沿用下来^[1][2]。

按照文献分类，铱星计划一般指以66颗近地卫星构成的全球卫星移动通信系统，其通信网可覆盖到地球表面各个区域^[3]。它是被公认为最早提出、被人们广泛了解的低轨道卫星系统之一^[4]。

原理

铱星星座由6个极地轨道面组成，每个轨道面均匀分布11颗卫星，合计66颗在轨工作的通信卫星，卫星位于距地面约780千米的高度^[5]。卫星轨道经过南北两极，因此覆盖范围可延伸至极地、海洋和陆地蜂窝网络无法到达的偏远地区^[6][7]。

系统最关键的技术特征是星际链路：每颗卫星与同一轨道面上前后相邻的卫星以及两侧相邻轨道的卫星建立链路，每颗星最多与4颗星交叉连接^[8]。通话时，业务可在星间逐跳中继直至抵达目的地附近的关口站，再由地面网络接续，这使系统在很大程度上不依赖遍布全球的地面站点^[9][10]。

早期资料记载，每颗第一代铱星质量约670千克、功率1200瓦，采用三轴稳定结构，单星信道数约3480个，设计寿命5至8年^[1]。也有资料显示每颗星投射多个点波束，在地面形成蜂窝状小区，采用频率复用方式提高频谱利用率，蜂窝区随地球自转而扫过地表^[4]。

与静止轨道卫星通信系统相比，低轨方案缩短了信号传输路径，时延与传输损耗都较小；同时用户终端可直接与卫星联络，无需口径数米的抛物面天线^[1]。

发展历程

1987年，摩托罗拉公司提出这一全球卫星通信设想，随后开展了系统的研究与开发^[11][12]。1990年，铱系统在北京、伦敦、墨尔本和纽约同步发布，同年美国成立了铱系统公司并向世界公布计划^[11]。

1997年5月5日首批5颗铱星入轨，到1998年5月17日星座部署工作基本完成，期间动用美国德尔塔2型、俄罗斯质子K型和中国的长征二号丙改进型等多种运载火箭，分15次发射^[4][1]。1998年11月1日，系统正式开通全球通信业务^[1]。

开通运营不到一年，铱星公司因难以偿还债务，于1999年8月申请破产保护，2000年3月正式破产，此后经过重组和业务重新定位继续运营^[2][10]。

第二代星座称为铱星二代(Iridium NEXT)，由泰雷兹·阿莱尼亚宇航公司(Thales Alenia Space)担任系统主承包商，共建造81颗卫星^[13]。2017年1月至2019年1月，太空探索技术公司用猎鹰9号火箭分8次把75颗新卫星送入轨道，其中66颗投入运行、9颗作为在轨备份；2019年2月完成全部替换，项目投资约30亿美元^[7][9]。替换采取新旧卫星逐颗对位更换的方式，期间未中断对用户的服务^[5]。

应用

铱星系统最初面向需要在全球任意区域通话的移动用户，提供电话、寻呼、传真和数据传输等业务^[4][2]。典型用户包括航海与航空人员、政府机构、石化行业、科研人员和经常旅行的人^[4]。

铱星二代带来了新的业务能力：一是铱星Certus(Certus)宽带服务，为移动场景提供L波段数据连接；二是搭载于卫星上的Aireon系统，通过接收飞机自动相关监视广播数据，实现对全球空域的实时航空监视^[9][14]。

运营重心逐渐转向数据类业务。公司年报显示，截至2023年12月31日，全球计费用户约227.9万户，同比增长14%，其中商用物联网数据用户是主要增长来源^[15]。美国政府业务则依据EMSS合同提供话音与数据服务^[16]。

局限

终端使用条件受限。早期铱星电话在建筑物内或车内往往难以接收信号，用户需要处在天线与卫星之间没有遮挡的位置才能通话，这一限制在系统推广初期就被部分潜在投资者视为重要缺陷^[2]。

市场空间受到地面网络挤压。地面蜂窝移动通信覆盖不断扩大、国际漫游日益普及且资费下降，使铱星高价通信服务的吸引力下降；较早的报道指出，其用户数最高约5.5万，而实现盈利被估算需要数十万用户^[2][12]。

星座维护与更新成本高。铱星系统建设投入巨大，仅第二代星座替换即耗资约30亿美元，公司需要在十余年周期内承担一次完整的星座更新^[9][15]。此外，低轨卫星存在碰撞风险：2009年2月，一颗铱星与一颗已报废的俄罗斯卫星相撞报废，这是历史上首次卫星相撞事故^[4]。

业务能力本身也有边界。早期铱星链路速率很低，语音需大幅压缩，通话存在可察觉的延迟，使用体验与地面移动网络存在差距^[4]。

参见

• 低轨道卫星 —— 铱星星座运行所在轨道类型，是其实现全球覆盖与时延优势的基础。

• 卫星电话 —— 铱星系统最直接的用户终端形态。

• 星际链路 —— 铱星系统不依赖大量地面站的关键技术手段。

• 静止轨道卫星 —— 与铱星低轨方案相对照的传统卫星通信方式。

• 星链 —— 后续出现的大规模低轨卫星互联网星座。