低轨告急，超低轨入局：卫星互联网轨道容量拓展新方向

▶ 地球轨道的基本分类

人造卫星的地球轨道通常分为GEO（地球同步轨道，35786公里）、MEO（中地球轨道，2,000-20,000公里）和LEO（低地球轨道）。

图：地球轨道分层示意图

VLEO（超低地球轨道）是位于LEO最底部的一段。目前VLEO的轨道上限高度尚无统一定义，不同出处有350/400/450公里等不同说法。从轨道物理特性来看，400公里是大气阻力的关键拐点，该高度以下的大气阻力效应使空间碎片可自然清除（坠入大气层烧毁），同时也让卫星轨道维持更加困难。本文中采用400公里的说法，同时为了区分VLEO和LEO，定义VLEO位于160-400公里，LEO位于400-2,000公里。

轨道高度直接影响卫星通信的两个关键性能参数：传播时延和覆盖范围。轨道越高，信号传播距离越长，传播时延越大；同时卫星的视场角也越大，单颗卫星可服务的地面区域更广，全球连续覆盖所需卫星数量越少。反之亦然。

各轨道层关键参数与典型应用见下表。

*时延仅考虑传播时延，即距离/光速。

▶ 轨道容量的反直觉真相

一个反直觉的结论是：轨道容量不由物理空间大小决定，而由碰撞级联效应（凯斯勒综合征，Kessler Syndrome）的稳定性决定。

当轨道中的卫星和碎片达到一定密度后，碰撞产生的新碎片会引发连锁反应，最终使整个轨道层不可用。大气阻力是制约连锁反应的关键“清洁机制”——

• 200-400公里（VLEO区域）：碎片受大气阻力减速，数周至数月内即再入大气层烧毁

• 600公里以上：碎片可停留数十年

• 800-1000公里：碎片停留时间以世纪计

因此，低轨容量危机的根本原因并非完全因为物理空间不足，而是大气阻力衰减导致的碎片长期驻留风险。VLEO的本质价值在于，通过向更低高度拓展，利用大气“自清洁”机制，从根本上突破容量天花板。

2025年麻省理工学院发表于《自然·可持续发展》（Nature Sustainability）的研究量化了这一分布：在其建模的200-1000公里范围内，总的可持续容量虽达数千万颗，但99.6%集中在200至400公里的VLEO区域，而400至1000公里（当前LEO卫星的主要部署区）的可持续容量仅占0.4%。

图：LEO/VLEO轨道容量随高度分布图

根据哈佛-史密松天体物理中心天体物理学家Jonathan McDowell的跟踪数据，截至2026年6月7日，国外主要低轨星座规划超5万颗，在轨工作已超过11,000颗。

中国低轨星座同样在加速规划及部署，主要星座及其ITU轨道申请情况见下表。其中，2025年12月25日至31日，我国向ITU提交了约20.3万颗卫星的频轨申请，CTC1和CTC2是其中两个巨型星座，合计超19万颗，由无线电频谱开发利用和技术创新研究院申报。

轨道密度持续攀升的直接后果是碰撞风险的加速上升。Starlink卫星在2024年全年执行了约20万次碰撞规避机动，2025年增至约30万次，同比增加50%。

随着星座规模持续扩大，这一数字仍在快速增长。高碰撞风险正成为低轨星座安全运行的头号威胁，任何一次未被规避的碰撞都可能引发连锁级联效应，危及整个轨道层的可用性。

低轨接近饱和已成现实，但市场需求并未因此止步。面对容量瓶颈，有两个方向可选：上延MEO（中地球轨道），或下探VLEO（超低地球轨道）。

▶ 上延MEO：三大根本性不匹配

MEO适合导航、广播场景，但作为6G卫星互联网的接入层，物理鸿沟难以逾越。在通信场景中，MEO在时延、成本、频谱效率三个维度均不占优，不适合作为低轨容量扩展的主方向。

1. 对实时通信（如VoIP、云游戏、自动驾驶）构成致命劣势：单跳时延比LEO高约10倍 MEO的单跳时延在7-78毫秒，显著高于LEO的1.3-6.7毫秒；

2. 需要更大的卫星天线和终端功率，推高系统成本。路径损耗增加20-30 dB 传输距离增加导致自由空间路径损耗大幅上升；

3. 单星覆盖范围扩大虽然可减少卫星数量，但同时意味着在更大地理区域内无法复用频谱，频谱利用率反而降低。

▶ 下探VLEO：更有希望的路径

VLEO并非新概念，欧空局和日本宇宙航空机构在过去十几年间就已发射卫星验证过超低轨驻留的工程可行性。但这一高度长期未被商业通信利用，主要是大气阻力使卫星维持轨道困难，卫星寿命从十年计降为年计，原子氧腐蚀需全周期防护，工程难度远超常规LEO。

随着电推进和抗原子氧等关键技术取得工程化突破，VLEO长期驻留的障碍逐渐被清除，VLEO成为了扩展轨道容量的重要方向。产业动向也很清晰，FCC已授权SpaceX在300-360公里部署新一代星链，我国频轨申请也大量集中在这一区间。

▶ VLEO核心优势

VLEO的核心通信优势来自轨道高度的降低，主要体现在三个方面。一是时延优势：300公里VLEO的单跳时延约1.0 ms（500公里LEO约1.7 ms），接近地面光纤传播水平，对6G的沉浸式通信、远程操控具有实质意义。二是链路预算优势：路径损耗减少约4.4dB，终端天线和发射功率要求大幅降低，对手机直连卫星场景尤为关键。三是碎片自清洁优势：失效卫星数周至数月内自然陨落，无需专用离轨系统，省下的重量可重新分配给有效载荷。

▶ VLEO核心挑战

VLEO的工程代价同样体现在三个方面。一是大气阻力需电推进持续补偿，构成推力-电力-阻力的闭环约束，太阳风暴期间阻力可瞬时飙升，姿轨控裕量设计要求高。霍尔电推进已在Starlink Gen2上大规模验证，新型号比冲提升约30%；吸气式电推进（ABEP）可从稀薄大气中捕获工质，理论上可减少推进剂携带量，目前仍处于实验室阶段。二是原子氧腐蚀需全周期防护，高速原子氧粒子不间断撞击卫星表面，侵蚀涂层和结构材料，新型防护涂层距在轨长期验证仍有距离。三是寿命与经济性需重新论证——目前全球尚无通信卫星在VLEO连续运行超过3年，卫星寿命仅数年，远短于常规LEO的十数年，经济可行性需在卫星成本、终端成本和运营收入之间重新平衡。

▶ 与LEO的对比

综合来看，相比LEO，采用VLEO会是一场用卫星寿命换性能、用复杂度换容量的权衡。

LEO饱和的趋势难以扭转，VLEO作为其容量扩展的路径，以超低时延、链路预算优势和自清洁特性，将成为主要航天大国必争的下一个轨道层。未来3-5年是6G商用前的关键窗口，加速推进电推进、抗原子氧等工程化攻关以及VLEO星座部署，是在2030年前占据这一轨道层主动权的关键所在。