影響衛星通信可用性的四個常見威脅及對我國的啟示

發布日期：2024-01-09 09:08:32  瀏覽次數：2986 來源：天翼智庫

衛星通信系統由地面段和空間段組成，地面段包括主控中心、監測中心及信關站，空間段包括衛星星座、星間鏈路和星地鏈路，本文聚焦于衛星通信服務的可用性，從“黑客網絡攻擊”、“反衛星武器攻擊”、“競品競爭”和“空間天氣干擾”這四個維度，討論我國應對空間段威脅的若干策略。

衛星面臨的威脅

在2023年11月10日的中國2023數字科技生態大會上，中國電信提出“衛星即服務S+”的理念，致力于整合多方衛星資源能力，為客戶提供多元網絡融合的一站式衛星通信服務。在衛星通信扮演更關鍵角色的未來，我國需要秉持底線思維、努力確保衛星通信服務在極限場景下的連續性和可用性，從而鞏固國家安全。具體而言，需要關注以下四個影響衛星通信服務可用性的因素：

黑客網絡攻擊是衛星服務隨時面臨的數字“軟威脅”。各國黑客針對衛星通信系統無線鏈路、載荷和衛星平臺的劫持、干擾、竊聽和攻擊等從未停止。在2022年的俄烏沖突中，俄羅斯黑客頻繁對烏方及歐美衛星展開轟炸，如使用AcidRain數據擦除軟件，入侵歐洲Viasat衛星的管理網絡，強行覆蓋掉了設備閃存并使地面接收器宕機，重創了烏軍方通信；俄黑客組織Killnet曾對SpaceX的“星鏈”系統發起了分布式拒絕服務（DDoS）攻擊，試圖阻止該司為烏克蘭邊境地區提供網絡服務；23年6月，親瓦格納雇傭軍集團的黑客“反水”攻擊了俄衛星網絡服務Dozor，竊取及公布了700份重要文件，并使為俄電力、油田、軍方和聯邦安全局（FSB）提供服務的衛星終端設備發生故障，以致交換機重啟、服務器信息被銷毀。

反衛星武器是衛星服務在極限場景下面臨的物理“硬威脅”。目前各國軍方的主流手段，是利用激光或電磁波武器，從空天側癱瘓衛星。比如俄羅斯研發的佩列斯韋特激光武器系統，可以瞄準方圓1500公里內的敵方衛星，用高能量的光束破壞敵方衛星的太陽能電池板、天線、攝像頭、光學傳感器等關鍵部件，從而擾亂其與地面控制中心的通信；美軍方面，今年也斥資約66億美元，從L3哈里斯公司采購了30套Meadowlands 電磁戰系統，此系統以中俄為假想敵，可通過電磁波“致盲”位于美國領土上空的敵國衛星控制系統。

中長期，競品的“先登先占”將嚴重制約我國衛星通信服務的可擴展性。一是頻率軌道資源的耗盡。美方競品SpaceX計劃發射衛星4.2萬顆，但據測算近地軌道僅可容納約6萬顆衛星，那么根據ITU規定的衛星頻軌“先登先占”原則，我國或許將面臨“有星無軌”的困境；二是密集的他國衛星不僅會干擾現有的信號傳輸，造成衛星鏈路的混亂和不穩定，也可能增加空間碎片和衛星碰撞的風險，進一步威脅到我國衛星安全。

太陽風暴等空間天氣會對衛星硬件功能造成間歇性損傷。2022年2月，當SpaceX剛發射一批總數49顆的星鏈衛星時，地球就突然遭遇G2級太陽風暴襲擊，導致38顆衛星未能爬上軌道，墜回大氣層燒毀，這一事故令SpaceX公司損失超過10億美元，約占該司當年營收額的四分之一。

若干啟示

衛星易遭攻擊的根源在于近年搭載組件的開源化。總體而言，近年黑客對衛星的攻擊呈現全鏈條化和碎片化特征，衛星服務傳統上所依賴的“隱匿式安全”（即通過隔絕外界對衛星固件防護結構的認知來實現消極安全）已經隨著衛星軟件開源、衛星結構知識的普及而弱化，衛星行業需要采取更主動的安全策略；而在內部安全架構方面，SpaceX的馬斯克認為，只有降低衛星服務供應商的數量，才能將黑客滲透衛星系統的機會最小化，同樣對我國衛星產業鏈的國產化、自主掌控力提出要求。

緩解衛星面臨的物理威脅需要依靠外交與科技手段。針對激光類的反衛星武器，目前并無有效攔截手段問世。而針對電磁波干擾，可以采取提升衛星功率的策略應對：在2022年9月的俄烏星鏈電子戰中，俄軍的“提拉達-2S”衛星干擾系統曾成功阻止了“星鏈”航天器與地面站、空基站的交互。但隨后“星鏈”的自動化系統采取了提升功率的策略克服，并恢復通信。

頻軌資源的瀕臨耗盡倒逼我國航天產業超前規劃衛星發射。以美國“星鏈”和英國“Oneweb”為首的國際大型低軌衛星正在加速組網，目前已落實的在軌衛星超過4000顆，遠超我國的約300顆，差距巨大；同時，在軌的安全運營也不容忽視：有報道稱，馬斯克的星鏈衛星已經發生了數萬次避碰事件，值得警惕。

及時有效的極端空間天氣預警系統是衛星安全運營的堅實底座。據不完全統計，近90%的衛星電路系統故障都與太陽異常活動有關，如太陽耀斑、日凌現象和星食現象，都會中斷衛星通信。而更具威脅的太陽風暴，會導致地球的磁層劇烈擾動，造成地面電路、通信設備及各種衛星受損甚至失效。鑒于此，打通天氣預警的信息壁壘須得到充分重視。

對我國加強衛星通信安全的建議

重視衛星開源軟件供應鏈斷供威脅和代碼風險，并簡化服務外包層級。加強衛星固件安全的當務之急，是梳理我國國產衛星的開源軟件使用情況，利用國家大基金注資并牽頭打造國家級衛星開源網絡安全生態和開源平臺，減少衛星漏洞和固件缺陷；在航天和通信類央企側，可充分調動自有資金，加強向衛星運營的上游產業鏈擴張和安全技術自研，以期實現衛星全生命周期技術和運作的國產化、內部化。具體方向上，應優先掌握具備高數據傳輸密級的衛星載荷技術、具備高級訪問控制策略的飛行控制技術和具備完善防火墻策略的衛星通信技術，打造輕量級、具有一定容錯能力的衛星網絡防護體系、降低暴露面。

用外交或科技手段對反衛星武器進行約束。如外交部軍控司可在聯合國框架下，加緊開展多邊外層空間軍控談判，力求達成“有限反衛星試驗禁令”，避免各國反衛星武器的規模化落地；同時，應在政策、資金和人才面適當傾斜，增加衛星安全關鍵技術的重大科研立項，逐漸普及大功率抗干擾衛星載荷，并加強大容量新型儲能電池系統研發，在遭到干擾的極端場景下，可采取透支電力、提升發射功率的策略克服。

依托新型舉國體制，大力支持“天通”等系列國產自主衛星系統的研制與發射。應由國資委牽頭，設立專職的發射規劃小組，協調航天系央企與通信系央企的經營訴求，統籌天基和陸基的通信資源、超前布局空天地一體化的融合6G通信技術，利用“先登先占、先占永得”和“公平規劃”兩種國際公認方式進行頻軌搶注；撥付專項資金，加強衛星監測系統的建設，提高對衛星活動的監控和控制能力；加強國際合作，建立碰撞風險評估和預警系統，通過衛星追蹤技術和AI模型，預測風險事件并采取相應的避碰措施。

建立國家空間天氣監測預警中心、高校科研機構、衛星合作商的極端空天氣候聯合預警機制。定時監測太陽風暴的能量和磁場強度等參數，及時調整工作參數，并對衛星通信客戶設置郵件、短信預警服務；鼓勵衛星運營商在保證國家安全的前提下，加強國際合作，與各國衛星公司建立信息合作機制，商洽共享空間天氣數據和應急資源；考慮安排冗余衛星替補預案，在部分衛星直面太陽活動影響時，安排其他衛星提供應急過渡服務；對科研機構撥付專款，加強衛星基礎設施的抗干擾能力研究項目投入，適當采用“硬件模塊冗余設計”的思路，以多余資源投入的代價換取運作穩定性，努力提高我國衛星的整體抗輻射韌性。