火箭升空

　　騰訊科技 文：喬輝

　　北京時間 2019 年 5 月 24 日上午 10 點 30 分，太空探索技術公司（SpaceX）一次把 60 顆衛星發射升空，發射地點位于美國佛羅里達州卡納維拉爾角（SLC-40），采用的是成熟可靠的獵鷹9（Block5）運載火箭。根據衛星的重量和數量，可計算出本次發射衛星載荷達 14 噸，但另據馬斯克此前 twitter，這次載荷達 18.5 噸，如果是這樣的話，本次發射幾乎達到了獵鷹 9 運力的極限。

這是此前馬斯克在 twitter 上披露的 60 顆衛星疊放在獵鷹 9 火箭整流罩內的情景

　　首先火箭把這批衛星部署到 440 公里的軌道上，然后衛星依靠自身的動力爬升至 550 公里的既定高度。這批衛星是用于進一步驗證“星鏈”（Starlink）計劃的。今年內，SpaceX 將會發射真正用于實際通信的衛星。

　　預估耗資 100 億美元的“星鏈”

　　“星鏈”是 SpaceX 公司正在研發的“衛星星座”工程，致力于形成一個低成本、高覆蓋的天基全球通訊系統。SpaceX 也計劃向軍方和科研機構售賣衛星服務。星鏈網絡需要 10 多年才能構建完成，預估耗資 100 億美元。

　　2015 年星鏈計劃啟動，2018 年 2 月份，兩顆原型測試衛星進入太空，本次發射是第二批測試衛星，也是首次大規模投放試驗，總共 60 顆衛星，作為試驗衛星，它們之間并沒有激光鏈路相連，但有與地面通信的能力，隨著后續持續新衛星的發射，早期的這些衛星會被逐漸取代。據計算，如果想對地球進行最小程度的寬帶覆蓋，也至少要 360 顆衛星才行，720 顆衛星能夠完成中等程度的覆蓋。預計最早 2020 年才能夠開始投入商業運營。

　　星鏈這個名字起得很有詩意，寓意是通過技術手段把上萬顆衛星鏈接成一張巨大的通信網絡。上面我們也提到，本次發射尚屬于試驗性質，衛星和衛星之間還不能采用激光相互通信。在未來，衛星和衛星的通信采用激光，因為傳統的微波通信受到傳輸容量的限制，成為星間通信“瓶頸”。現代的衛星通信在準確的基礎上，需要量大、實時、傳輸距離遠，這要求衛星通信具有更高的傳輸數據率。星間激光通信所利用的激光比微波頻率高 3 至 4 個數量級。據通信專家介紹，星間激光通信無需頻率申請許可，而傳統的無線電波頻段是戰略資源，目前國際電聯嚴格管控星載微波頻段，很難申請大容量數據帶寬，激光通信意味著繞開了“管制空路”，獲得了更廣闊的便利空間。星間激光通信具有比微波更窄的波束，信號覆蓋范圍很小，因而具有很好的抗干擾和抗截獲能力。

　　如何布局 12000 顆衛星？

首先完成組網的這 1584 顆衛星將分布在 40 個軌道平面上，每個軌道平面容納 66 顆衛星

　　根據計劃，星鏈系統總共由大約 12000 顆衛星組成，這些眾多的衛星分布在三個不同的軌道高度層上。這 1 萬多顆衛星的軌位資源來之不易，是 SpaceX 公司與美國聯邦通信委員會（FCC）多次申請的結果。

　　衛星的布局方式曾經多次進行調整，據最新的消息是：有大約 7500 顆衛星運行在 340 公里的軌道上；大約 1600 顆衛星運行在 550 公里的軌道上；大約 2800 顆衛星運行在 1150 公里的軌道上。

　　其中，340 公里軌道上的衛星采用的是V波段進行通訊，550 公里高度和 1150 公里高度上的衛星采用的 Ku 和 Ka 波段。

　　我們知道，電磁波譜是按照頻率由低到高排列而成的，光也是一種電磁波，只不過頻率更高一些，高達 300THz 左右。

部分電磁波譜

　　V 波段的頻率為 60-80GHz；K波段的頻率為 18-27GHz；Ku 的含義是比K波段的頻道要低（under），頻率為 12-18GHz，Ka 的含義是比K波段的頻道要高（above），頻率為 27-40GHz。

　　V 波段在通訊中較少使用，星鏈中超過半數的衛星都處于該波段，運行在最低的 340 公里高的軌道上。換算一下可知，V波段的波長介于 6mm 到 8mm 之間，屬于毫米波。前段時間，拍攝黑洞第一幅照片使用的電磁波波長為 1.5mm，屬于同一類。

　　我們再來看一下衛星分布高度的玄機：三層星鏈衛星都是低軌衛星，相比之下，地球同步靜止軌道上的衛星要遠得多，達到了 36000 公里的高度。低軌的好處是信號延遲短，這當然是由于近的原因，雖然信號以光速前進，但對時間很敏感的儀器來講，還是有很大差別的。同步軌道上的衛星延遲大約 477 毫秒，星鏈衛星的延遲僅僅 25 到 35 毫秒，能夠達到光纖的程度。

　　據悉，首先完成組網的將是處于 550 公里高度上的 1584 顆衛星，這 1584 顆衛星將分布在 40 個軌道平面上，每個軌道平面容納 66 顆衛星，軌道傾角為 25 度，比其他兩個軌道層上的衛星傾角要小。

　　大家會注意到，有超過半數的衛星位于最低的 340 公里的軌道上。在這種軌道上的衛星受到的運行阻力較大，雖然 100 公里的高度規定為太空，但 340 公里的高度還是有稀薄的氣體對衛星的運行造成阻力的，不知道 SpaceX 利用了什么樣的黑科技來克服這種先天劣勢。

　　為了配合這 12000 顆衛星的通訊，SpaceX 也正在積極向 FCC 申請在地面建造 100 萬個地面站的方案。地面站是為了接收由衛星發送的信號，同時接收由終端用戶和其他地面站發來的信號。

　　小步快跑，迅速迭代

　　SpaceX 公司高效的運作方式給人留下深刻的印象，從獵鷹 1 火箭到獵鷹 9 火箭，從重型獵鷹到龍飛船，都是在迅速迭代過程中逐漸成熟起來的，幾乎沒聽說有“定型”這一說。同樣，在星鏈衛星的研發上，也是本著這種原則，12000 多顆衛星不斷發射不斷優化改進。每顆衛星重約 227 公斤，搭載有一個扁平的高通量天線和單個太陽能發電板。60 顆這種衛星也恰恰能夠充分利用獵鷹 9 的運載能力。

　　在完成這 12000 個衛星的研發后，SpaceX 恐怕不再單單是一個火箭發射公司，也會變成一個相當厲害的衛星制造公司了。

　　衛星配備先進的離子推進器

　　每顆星鏈衛星上都搭載有離子推進器（霍爾推進器），能夠調整衛星在軌道上的位置，維持軌道高度，能夠在衛星報廢后的主動脫軌，甚至能夠主動躲避太空垃圾的碰撞等等。

NASA 測試的離子推進器

　　離子推進器在航天器中有著越來越廣泛的應用，雖然這種推進器推力有限，但經過長時間的沖量積累，也能對航天器產生可觀的速度改變。離子推進器最大的優點是比沖大，比沖大意味著能夠減少燃料的攜帶，減輕衛星的重量。

　　通常，離子推進器大多采用“氙”作為離子源，但星鏈衛星上采用的是氙的同族元素，另一種惰性氣體”氪“做離子源，這可能是后者的價格比前者便宜吧。因為我們都知道馬斯克已經節約到了”撿破爛“的程度，航天愛好者們私下稱他為”破爛王“。因為每次火箭發射，他把能夠回收的東西都回收，除了火箭一級助推器和芯級以外，整流罩也不放過。

　　每顆衛星的使用壽命大約為 5 到 7 年，退役后，推進器主動為衛星減速促使其脫軌，脫軌后的衛星會墜入大氣層焚毀。目前，星鏈衛星能夠做到燃燒掉 95% 的重量，隨著技術的迭代，未來的衛星能夠做到 100% 的銷毀，不對對面上的人或建筑造成任何可能的傷害。

　　激烈的市場競爭

　　我們知道，最近幾年“衛星星座”非常熱門，也是各路衛星公司“講故事”的高頻詞匯。總部位于英國的“OneWeb”衛星公司是 SpaceX 非常強勁的競爭對手。這家公司幾乎與 SpaceX 同時提出了相似的衛星部署藍圖。2019 年 2 月 28 日，OneWeb 已利用俄羅斯的聯盟火箭把 6 顆衛星送入軌道，計劃部署衛星的數量為 650 顆。

　　2015 年，三星公司也提出過一項由 4600 顆衛星組成的衛星星座通信網絡計劃。同年，加拿大公司（Telesat）提出過一個規模較小的，由 117 顆衛星組成的衛星通信網絡，希望 2021 年投入使用。

　　2019 年 4 月，亞馬遜宣布了所謂的“柯伊伯工程”（Project Kuiper），希望在接下來的十年內部署 3236 顆通信衛星。

　　在中國，也有很多國企或私企在摩拳擦掌，準備進入衛星星座這張大網中。

　　從整體來看，SpaceX 具有其他公司都沒有的優勢，那就是用自己的火箭發射自己的衛星，無論從成本角度，還是從可控角度看，都是其他公司難以望其項背的。

　　馬斯克的太空夢想

　　馬斯克是當今世界上最出名的企業家之一，從特斯拉到 SpaceX 都展現出他那旺盛的開拓能力。他曾經表示，希望自己在火星上壽終正寢。這可不是空想，從重型獵鷹火箭的成功飛行到“星艦”飛船的研發，都在一步步接近這個夢想。他掙錢的目的似乎就是為了飛出地球，定居火星，使人類成為多星球物種。

　　據悉，SpaceX 甚至還設想把星鏈復制到火星上去，為將來人類在火星上的活動提供通信保障。但愿馬斯克的步伐能夠再快一些，讓讀這篇文章的朋友也都能夠看到火星上的星鏈衛星布網成功。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的SpaceX首批60颗“星链”卫星升空！开启太空互联网新篇章的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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