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“猎鹰”9送60颗“星链”卫星上天 这个看起来最扯淡的星座要开始部署了
 



  发表日期:2019年5月25日   出处:航小宇处        【编辑录入:飞沙


据航小宇处报道:太空探索公司523日使用“猎鹰”9-1.2型运载火箭在卡纳维拉尔角空军站发射了其“星链”低轨宽带星座的60颗卫星。这是该公司首次专门针对“星链”项目进行一箭多星发射。火箭于美国东部时间2230分(北京时间5241030分)点火起飞。“发牌式”的卫星部署将在火箭起飞后约62分钟开始。发射曾定于515日进行,但当天的发射尝试在倒计时进行到距起飞还差约13分钟时因高空风超限取消。太空探索公司次日又宣布,为完成卫星软件更新和对各系统进行“再三检查”,发射要再推约一周。

本次发射采用了此前飞过两次的旧第一级火箭,编号B1049.3。这枚箭在海上无人驾驶驳船上再次进行了着陆回收。它此前参加过的两次发射分别是去年910日在卡角发射“电信星19优势”静地通信卫星和今年111日在范登堡空军基地发射10颗“下一代铱”低轨通信卫星。太空探索公司此前已有两枚5型第一级火箭先后三次飞行。公司首执马斯克曾表示,5型箭被设计成“在无需例行整修的情况下”能反复使用10次,而若“做适当的例行维护”可用100次。

马斯克510日发推特,首度透露了本次发射要携带的卫星数量。他还发了60颗卫星整齐码放在整流罩内的照片,称这些卫星放在直径5.2米的整流罩内显得“很合身”。他还说,这些卫星基于公司未来拟采用的“星链”卫星的“生产设计”。太空探索公司在“猎鹰”9去年2月发射西班牙一颗雷达遥感卫星时搭载发射了两颗“星链”试验卫星,但本次发射的这些卫星有着不同的外观,呈平板形。马斯克在推特中说,首飞可能出错的因素很多。他还说,“小量覆盖”需要再进行6次一箭60星发射,而“中等覆盖”则需再发12次。

马斯克515日向媒体介绍了本次发射及“星链”系统未来规划的情况。他说,这是他见过的最艰难的工程项目之一,而项目迄今实施情况“非常好”。他说,该项目涉及诸多新技术,可能会有部分卫星不能正常工作,甚至还存在所有卫星都不能用的可能,尽管这种可能性很小。他说:“我们不能高兴得太早,但我认为这些卫星设计很棒,而我们已为最大限度地提高成功概率尽了所有努力。”

马斯克说,“星链”系统是要提供大带宽、低时延的连通服务,“最好是能面向全世界,但前提是能拿到监管批文”。他说,这将让眼下完全上不了网的人群能够上网,或是让网络服务又贵又不靠谱的地区享受到经济而可靠的上网服务,并为有上网条件但却很贵的发达地区带来有竞争力的选项。他说,该系统无需等到有近万颗卫星在轨就能有效运行。他说:“我们将在有约400颗卫星在轨后就开始出售初期服务,而接下来将保证卫星的生产和发射走在用户需求前面。”他说,该系统要想“在经济上能够自立”,大概需要有1000颗卫星,而若决定再接着部署更多卫星则更是“好事儿”,因为那意味着该系统需求很旺。

太空探索公司仍在继续为“星链”项目筹集资金。据报道,该项目可能需耗资100亿美元来研制和部署。马斯克称,公司最近的融资活动“获得了超额认购”。他表示,公司有充足的资金来生产和发射足够的“星链”卫星,从而让网络达到开通服务的水平。他还说,公司未来可能会利用“猎鹰”系列火箭每年发射一两千颗卫星。

太空探索公司主管飞行器工程的副总裁琼科萨称,12次“星链”发射将会保证对美国的覆盖,24次发射可覆盖世界绝大多数人口,而30次发射则将足以覆盖地球各个角落。马斯克说,每次发射将能新增约1太比的“可用容量”,而总容量则可增加23太比。卫星运营商在谈到低轨星座时有时会对可用容量和总容量加以区分,因为这些星座通常是按全球覆盖来设计,但却不大可能在有波束可用的所有地方都有用户。太空探索公司对“星链”可用容量的预测高于目前在轨的任何静地通信卫星,且明显高于广为人知的任何其它在建低轨星座。打算建设由300颗卫星组网的星座的电信卫星公司估计其将提供8太比的“可用容量”。一网拟设600颗工作星和50颗备份星的第一代星座每颗星的容量为10吉比/秒,而这意味着该系统理论上将具备6太比/秒的总容量(一网对媒体的相关问询未做答复)。

马斯克说,本次发射的卫星部署方式与人们以往常见的方式有所不同。这些卫星并不单设弹簧或其它部署机构,将随上面级的转动而非常缓慢地部署出去,每颗的转动惯量稍有不同。他说,同正规的卫星部署方式相比,这种显得有些“怪异”的部署方式颇像是把一副牌摊发到桌上。多星部署器通常是利用弹簧或爆炸螺栓等物理分离机构把卫星成对或一个个地释放出去。马斯克说,卫星间可能会有少量接触,但速度很慢,而卫星是按能承受这种接触来设计的。他说:“但我们希望避免为这些卫星设置60个不同的部署机构。我们预计它们能够在部署后很快开机。它们将开始对离子推力器进行加温,并开展多项状态检查。”马斯克说,卫星是否状态良好大概在部署后两三个小时、也就是发射后三四个小时就能知道。

根据太空探索公司515日发布的新闻素材,本次发射的这些卫星每颗重约227公斤,总重13.62吨,将刷新该公司单次发射入轨重量纪录。而马斯克后来又表示,加上载荷支架,本次发射的有效载荷总重达16.8吨(原纪录是20171月“猎鹰”9发射10颗“下一代铱”卫星时创下的,为9.6吨)。

新闻素材称,“星链”卫星采用新型平板式设计,配备氪燃料等离子体推力器、大功率天线和能在出现与天上其它物体相撞风险时发出警报的一台相机。星上配备多部高通量天线和单一太阳能电池阵。卫星采用利用电和氪气来产生冲量的霍尔推力器来开展在轨机动、姿态保持和任务末期的再入引导。霍尔推力器是一种燃料效率高于常规液体推进的推进方式,但绝大多数采用霍尔推力器的卫星都用氙气作燃料。根据美国空军和卫星行业工程师2011年发表的一篇论文,氪比氙要便宜,但推力效率相对较低。马斯克在向媒体介绍情况时也承认选用氪是因为其便宜。

与去年2月发射的那两颗先期试验卫星相比,本次发射的60颗卫星有着不同的设计,个头儿也比那两颗小。新闻素材说,“太空探索公司把‘星链’设计成能利用由数以千计的低轨卫星组成的一个网络实现对世界各地的连续覆盖,进而以低时延、大带宽宽带服务来连接最终用户”;“为制造和发射如此规模的星座,太空探索公司正在利用曾造就了‘猎鹰’1、‘猎鹰’9、‘重型猎鹰’和‘龙’之成功的快速迭代设计理念”。素材说:“正因为如此,‘星链’简洁的设计从可扩展性和能力上说要远优于其第一稿实验性迭代。”太空探索公司说,“本次任务将把卫星工作能力推升到极限”;“太空探索公司预计在前进的道路上会遇到问题,但我们由此学到的东西对于未来建立起一项经济而可靠的宽带服务至关重要”。

太空探索公司总裁兼首席运营官肖特韦尔在5月初的2019年卫星大会上表示,新发射的这批“星链”卫星仍将用于验证,以掌握部署方案,并开始着手组网。她表示,实用型卫星发射将在今年晚些时候启动。肖特韦尔说,除此次发射外,公司打算年内再进行26次“星链”项目下的发射,具体发几次取决于首发情况。

肖特韦尔称,与去年2月上天的两颗相比,本次新发的这些卫星能力更强,但仍缺少网络运行所需的至少一个关键系统,亦即星间链路。她说,本次发射的卫星是压缩版的“试验星”,不设星间链路。但她说,这些试验星有能力很强的星上天线和电推进。本次发射的型号称为“0.9版”,而接下来的型号将是“1.0版”。

马斯克515日对媒体表示,公司第一代卫星虽不设星间链路,但能利用地面站作为中继站,以在全球“地弹”(ground bounce)信号。他称后续各代卫星将采取加设星间链路等升级措施,但并未给出引入这些措施的大致时间。他说,公司希望卫星能在离轨前在轨工作45年时间,然后由更新、能力更强的型号来替代。

马斯克还说,“星链”的用户终端也将会采用相控阵电扫天线。这项技术被公认为对于低轨宽带星座项目的成功必不可少。同传统碟形天线相比,电扫系统能同时跟踪两颗乃至更多颗卫星,而这意味着连接不会因卫星在地平线上的起起落落而丢失。马斯克说,“星链”终端利用公司“芯片”团队所开展的工作,能用不到千分之一秒完成卫星交接,将支持一个总时延在20毫秒以下的系统。他称这些终端大小同小号或中号披萨饼差不多。

虽然大谈要用“星链”来填平数字鸿沟,以让原本不具备上网条件的人们能够上网,但马斯克称这些天线也能用在大多数卫星运营商正在追逐的利润丰厚的航空和海事市场。他说,这些天线还能用于连通汽车。不过,他并未透露这些天线的成本,也没说明其会在何时提供使用。绝大多数电扫天线都太过昂贵,让消费者和小商家根本消受不起。

马斯克说,公司尚未开始尝试为“星链”拉客户,认为应该先牢牢把握星座组网部署进度。他说,一切都顺利的话,公司很可能会在今年晚些时候或明年初开始出售连通业务。他说,公司有意把各电信公司以及希望向偏远地区普及上网服务的各国政府作为签约客户。

马斯克说,公司打算借助“星链”来多多地创收,以支持实现在火星上建殖民地的目标。他说,“星链”项目的收入还将会有助于在月球上建基地。

“星链”卫星将从数百公里高的轨道向世界各地发送宽带信号,从而形成覆盖全球的高速互联网连接网络。太空探索公司打算最终发射和运营多达4409KuKa波段卫星,还打算随后建设由另外7518V波段卫星组成的一个网络。这将使该公司低轨宽带星座卫星数量达到11927颗,而根据布赖斯航天与技术公司58日发表的一篇报告,目前全世界在轨工作的卫星总共才有大概2100颗。这些卫星在该公司设在华盛顿州雷蒙德的一座设施批量生产。

美国联邦通信委员会(FCC4月份批准太空探索公司把前1584KuKa波段卫星部署到比原计划有所降低的一条轨道上。这些卫星将采用550公里的轨道,而非此前向FCC提出的1150公里。本次发射的卫星就是要前往这一轨道。卫星预定入轨高度为440公里,接下来要利用自带电推力器爬升到550公里工作轨道。初期的“星链”卫星轨道倾角将是53度,从而能覆盖世界人口的绝大部分。后续卫星将会被送往极轨道,以实现全球覆盖。后续KuKa波段卫星拟采用1200公里轨道,而V波段卫星拟采用340公里的极低轨道。

太空探索公司等想要发射成百上千颗新卫星的准商业宽带服务商所提出的方案引发了空间交通管理方面的担忧。在去年提交给FCC的“星链”系统许可证修改申请中,太空探索公司官员称调低前期卫星工作轨道将改善空间环境的安全性,因为轨道调低后的卫星即便不带推进,也会在报废后约5年内再入大气层。较低的轨道还意味着能让“星链”与一网和电信卫星公司等竞争对手拟建的互联网星座拉开更大的间距。在新发布的新闻素材中,该公司称“星链”卫星还配备了光学跟踪器来探测太空碎片,让卫星能自主规避天上其它物体,以免发生碰撞。新闻素材说:“此外,这一设计有95%的部件将在每颗卫星寿命终了时在地球大气层中快速烧掉,而这超越所有现行安全标准,且未来迭代设计将进一步迈向完全崩解。”

太空探索公司在给FCC的申请材料中还说,新改的550公里轨道将有助于加快其KuKa波段星座的组网部署。它说,它打算超越FCC所规定的部署节点要求。按FCC的要求,该星座须在获准后6年内(2024329日之前)将半数卫星部署入轨,而整个系统则需在9年内全部部署到位。

肖特韦尔说,不包括“星链”发射,太空探索公司今年共准备发射1821次。这一发射频度同前两年基本一致(201718次,去年21次),但低于该公司2017年预计的年发3040次。肖特韦尔说,由于预计商业需求会大增,太空探索公司把其制造能力提高到了年产40枚火箭,但那一市场繁荣局面后来并未出现。不过她说,这倒是让公司有了非常充裕的能力来发射“星链”系统。

“星链”是正在研建的几个商业低轨宽带项目之一。一网2月份发射了其拟由600多颗卫星组网的星座的前6颗卫星,打算在今后两年里再发射几百颗。依靠亿万富豪杰夫·贝佐斯的财力支持,亚马逊公司也正打算加入这场卫星宽带星座建设竞赛,拟建设由数千颗卫星组成的一个网络。

本次发射可能会再次对整流罩两个半罩进行落海回收,但并未使用在“重型猎鹰”火箭411日第二次发射时从海里捞回来的两个半罩。马斯克在那次发射后曾表示,那两个半罩会在今年晚些时候再次参加发射任务,届时将用来发射“星链”卫星。从去年初开始,该公司已在几次发射任务中尝试利用架在名为“史蒂文先生”的回收船上的一张巨网来捕获整流罩。为能捕到整流罩,回收船要在乘可控翼伞下降的整流罩下方快速机动。在几度与成功失之交臂后,该公司在船上改装了更大的网,但这一张网捕捉办法迄今还是一无所获。

不过,太空探索公司倒是已从海水中捞回了一些整流罩。利用“史蒂文先生”在入水前抓捕整流罩意在避免整流罩在盐水中受损。该公司对在海上溅落的“龙”货运飞船进行翻修的经历表明,对从海水中捞回的设备进行整修很费时间。不过,太空探索公司首执马斯克后来表示,对从海中捞回的整流罩做清洁处理并不会让整流罩复用变得得不偿失。

“猎鹰”9和“重鹰”发射所用整流罩长约13米,直径5.2米。为便于回收,太空探索公司在罩上加装了航电设备、推力器和可控翼伞。在“猎鹰”火箭助推级着陆回收和复用技术业已得到证明后,该公司正把整流罩复用作为降低发射成本的下一步。马斯克去年曾对媒体表示,整流罩造价约为600万美元。他说,“猎鹰”9第一级占发射费用的约六成,上面级占两成,整流罩则占一成。另有一成为发射操作、推进剂和其它处理费用。


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