文/卞怡

北京時(shí)間5月24日上午，美國太空探索技術(shù)公司的獵鷹9-1.2型運(yùn)載火箭在卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射了其星鏈低軌寬帶星座的60顆衛(wèi)星。這是該公司首次專門針對“星鏈”項(xiàng)目進(jìn)行一箭多星發(fā)射，拉開這一寬帶星座組網(wǎng)建設(shè)工程的大幕。

舊火箭發(fā)射新衛(wèi)星

本次發(fā)射采用了此前飛過兩次的舊第一級(jí)火箭，也就是回收成功后，復(fù)用成功，然后再次復(fù)用，這枚箭在海上無人駕駛駁船上再次進(jìn)行了著陸回收，還再次對整流罩兩個(gè)半罩進(jìn)行了落海回收。

“星鏈”項(xiàng)目將耗資約100億美元，要在不同高度的多個(gè)軌道面上部署近1.2萬顆Ku、Ka和V波段衛(wèi)星。前1584顆衛(wèi)星擬部署到550公里軌道，將分布在傾角為53度的24個(gè)軌道面上。太空探索技術(shù)公司去年2月借“獵鷹9”在加州的一次發(fā)射搭載了兩顆“星鏈”項(xiàng)目前期驗(yàn)證衛(wèi)星。本次發(fā)射的60顆衛(wèi)星有著不同的設(shè)計(jì)，也比那兩顆小。每顆“星鏈”衛(wèi)星重約227千克。60顆衛(wèi)星總重13620千克，使本次發(fā)射成為該公司迄今入軌重量最大的一次發(fā)射，刷新了加滿燃料的“載人龍”飛船3月2日升空執(zhí)行不載人試飛時(shí)創(chuàng)下的原紀(jì)錄。

▲獵鷹9-1.2型運(yùn)載火箭在卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射了星鏈低軌寬帶星座的60顆衛(wèi)星

每顆“星鏈”衛(wèi)星均采用平板式設(shè)計(jì)，配備氪燃料等離子體推力器、大功率天線和能在出現(xiàn)與天上其它物體相撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)發(fā)出警報(bào)的一臺(tái)相機(jī)。星上配備多部高通量天線和單一太陽能電池陣。它們采用利用電和氪氣來產(chǎn)生沖量的霍爾推力器來開展在軌機(jī)動(dòng)、姿態(tài)保持和任務(wù)末期的再入引導(dǎo)?；魻柾屏ζ魇且环N燃料效率高于常規(guī)液體推進(jìn)的推進(jìn)方式。“星鏈”衛(wèi)星還配備了光學(xué)跟蹤器來探測太空碎片，讓衛(wèi)星能夠自主規(guī)避太空中的其它物體，以免發(fā)生碰撞。

獨(dú)特的部署方式

多星部署器通常是利用彈簧或爆炸螺栓等物理分離機(jī)構(gòu)把衛(wèi)星成對或一個(gè)個(gè)地釋放出去。本次發(fā)射的衛(wèi)星部署方式則不同。這些星鏈衛(wèi)星并沒有單設(shè)彈簧或其它部署機(jī)構(gòu)，而是隨著上面級(jí)的轉(zhuǎn)動(dòng)而非常緩慢地部署出去，每顆的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都稍有不同，很像是在桌上把一摞牌攤開。衛(wèi)星間可能會(huì)有少量接觸，但速度很慢，而衛(wèi)星是按能承受這種接觸來設(shè)計(jì)的。從箭上攝像機(jī)傳回的畫面看，衛(wèi)星是一起分離出去，爾后慢慢散開。

▲太空探索技術(shù)公司準(zhǔn)備把1.2萬顆Ku、Ka和V波段衛(wèi)星部署到不同高度的多個(gè)軌道

星鏈系統(tǒng)能干啥？

“星鏈”衛(wèi)星將從數(shù)百公里高的軌道向世界各地發(fā)送寬帶信號(hào)，從而形成覆蓋全球的高速互聯(lián)網(wǎng)連接網(wǎng)絡(luò)。太空探索技術(shù)公司打算最終發(fā)射和運(yùn)營多達(dá)4409顆Ku和Ka波段衛(wèi)星，還打算隨后建設(shè)由另外7518顆V波段衛(wèi)星組成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這將使該公司低軌寬帶星座衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到11927顆。目前全世界在軌工作的衛(wèi)星總共才有大概2100顆。

“星鏈”系統(tǒng)是要提供大帶寬、低時(shí)延的連通服務(wù)，讓目前完全上不了網(wǎng)的人群能夠上網(wǎng)，或是讓網(wǎng)絡(luò)服務(wù)又貴又不穩(wěn)定的地區(qū)享受到經(jīng)濟(jì)而可靠的上網(wǎng)服務(wù)，并為有上網(wǎng)條件但卻很貴的發(fā)達(dá)地區(qū)帶來有競爭力的選項(xiàng)。在有約400顆衛(wèi)星在軌后就開始出售初期服務(wù)，之后將保證衛(wèi)星的生產(chǎn)和發(fā)射滿足用戶需求。該系統(tǒng)要想在經(jīng)濟(jì)上能夠自立，大概需要有1000顆衛(wèi)星。12次“星鏈”發(fā)射將會(huì)保證對美國的覆蓋，24次發(fā)射可覆蓋世界絕大多數(shù)人口，而30次發(fā)射則將足以覆蓋地球各個(gè)角落。太空探索技術(shù)公司對“星鏈”可用容量的預(yù)測高于目前在軌的任何靜地通信衛(wèi)星，且明顯高于廣為人知的任何其它在建低軌星座。

太空探索技術(shù)公司打算借助“星鏈”來多多地創(chuàng)收，以支持馬斯克實(shí)現(xiàn)在火星上建殖民地的目標(biāo)。他說，“星鏈”項(xiàng)目的收入還將會(huì)有助于在月球上建基地。

天文學(xué)家憂心忡忡

5月25日，有天文愛好者注意到，前一天發(fā)射的“星鏈”衛(wèi)星正排著隊(duì)在天上穿過，亮度用肉眼就能輕易看到。它們后來在天上逐漸散開，高度也有所提升，不再那么容易被看到，但不時(shí)還是會(huì)閃耀一下，讓星等增加。這引發(fā)了觀星族和天文學(xué)家的擔(dān)憂。他們擔(dān)心“星鏈”衛(wèi)星在數(shù)量達(dá)到數(shù)百和數(shù)千顆后在天上太過顯眼。這些明亮的衛(wèi)星可能會(huì)干擾天文觀測。不過，在美國，除聯(lián)邦法律禁止做“突兀的太空廣告”之外，目前還沒有涉及衛(wèi)星在夜空中外觀的規(guī)定。所謂突兀的太空廣告是指“地球表面上的人無需借助望遠(yuǎn)鏡或其它技術(shù)設(shè)備就能識(shí)別出來的外層空間廣告”。法律專家稱，僅僅是能從地面上看到衛(wèi)星并不能算作是突兀的太空廣告。

▲準(zhǔn)備發(fā)射

“星鏈”衛(wèi)星由美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）發(fā)放運(yùn)營許可，而其由“獵鷹9”火箭進(jìn)行的發(fā)射則由聯(lián)邦航空局（FAA）發(fā)放許可。這兩個(gè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)的許可證審批程序都未明確地把考慮衛(wèi)星對夜空的影響包括在內(nèi)。天文學(xué)家唯一可以求助的法律手段是向聯(lián)邦法院報(bào)案，包括尋求一項(xiàng)臨時(shí)禁令，來阻止后續(xù)發(fā)射。不過，這樣的官司能否打成令人懷疑，因?yàn)樘煳膶W(xué)家因“星鏈”一類星座而遭受的損害現(xiàn)階段還只是推斷。

▲60顆星鏈衛(wèi)星整齊排列在整流罩中

太空探索技術(shù)公司首席執(zhí)行官馬斯克似乎聽到了這種聲音。他指示手下團(tuán)隊(duì)設(shè)法讓后續(xù)衛(wèi)星別再那么光亮，以降低反照率，并向天文學(xué)家和公眾保證，“星鏈”星座應(yīng)該不會(huì)給天文觀測帶來問題。他說，“星鏈”衛(wèi)星可通過機(jī)動(dòng)來降低反射率。

交通管理惹人關(guān)注

“星鏈”是正在研建的幾個(gè)商業(yè)低軌寬帶項(xiàng)目之一。一網(wǎng)公司2月份發(fā)射了其擬由648顆衛(wèi)星組網(wǎng)的星座的前6顆衛(wèi)星，2020年初之前擬再發(fā)射多達(dá)100顆。依靠億萬富豪杰夫·貝佐斯的支持，亞馬遜公司也正打算加入建設(shè)衛(wèi)星寬帶星座。

▲太空探索技術(shù)公司星鏈星座示意圖

▲整流罩上的任務(wù)標(biāo)識(shí)

FCC今年4月批準(zhǔn)太空探索技術(shù)公司把前1584顆Ku和Ka波段衛(wèi)星部署到比原計(jì)劃有所降低的一條軌道上。這些衛(wèi)星將采用550公里的軌道，而非此前向FCC提出的1150公里。本次發(fā)射的衛(wèi)星就是要前往這一軌道。衛(wèi)星預(yù)定入軌高度為440公里，接下來要利用自帶電推力器爬升到550公里工作軌道。后續(xù)Ku和Ka波段衛(wèi)星擬采用1200公里軌道，而V波段衛(wèi)星擬采用340公里的極低軌道。太空探索技術(shù)公司在給FCC的申請材料中還說，新改的550公里軌道將有助于加快其Ku和Ka波段星座的組網(wǎng)部署。它說，它打算超越FCC所規(guī)定的部署節(jié)點(diǎn)要求。按FCC的要求，該星座須在獲準(zhǔn)后6年內(nèi)將半數(shù)衛(wèi)星部署入軌，而整個(gè)系統(tǒng)則需在9年內(nèi)全部部署到位。

太空探索技術(shù)公司和其它想要發(fā)射成百上千顆新衛(wèi)星的準(zhǔn)商業(yè)寬帶服務(wù)商所提出的方案引發(fā)了空間交通管理方面的擔(dān)憂。在其5月23日發(fā)射的60顆“星鏈”衛(wèi)星中，有3顆對地面指令已沒有反應(yīng)，似乎已報(bào)廢，將會(huì)自然離軌，并在地球大氣層中燒掉。此外，另有5顆衛(wèi)星仍處在向550公里預(yù)定工作軌道的路上，還有5顆依舊在較低的初始軌道上開展測試。太空探索技術(shù)公司在發(fā)射前就曾強(qiáng)調(diào)，這些衛(wèi)星其實(shí)仍是實(shí)驗(yàn)性的，將用來驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)，在軌報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)較高。將它們送入較低的軌道可保證其能在幾年內(nèi)離軌。按類似的報(bào)廢率，政府和工業(yè)界官員擔(dān)心擬由數(shù)千顆衛(wèi)星組網(wǎng)的巨型星座會(huì)把數(shù)百顆廢棄衛(wèi)星留在低地軌道上。那些系統(tǒng)有些擬采用較高的軌道，衛(wèi)星可能要經(jīng)過幾百年時(shí)間才能自然離軌。業(yè)內(nèi)人士呼吁建立監(jiān)管制度來改善太空可持續(xù)性，否則就需要接受處罰或其它懲罰。

在太空探索技術(shù)公司去年提交給FCC的“星鏈”系統(tǒng)許可證修改申請中，太空探索技術(shù)公司稱，調(diào)低前期衛(wèi)星工作軌道將改善空間環(huán)境的安全性，因?yàn)檐壍勒{(diào)低后的衛(wèi)星即便不帶推進(jìn)，也會(huì)在報(bào)廢后約5年內(nèi)再入大氣層。較低的軌道還意味著能讓“星鏈”與一網(wǎng)和電信衛(wèi)星公司等競爭對手?jǐn)M建的互聯(lián)網(wǎng)星座拉開更大的間距。該公司還稱“星鏈”衛(wèi)星還配備了光學(xué)跟蹤器來探測太空碎片，讓衛(wèi)星能自主規(guī)避天上其它物體，以免發(fā)生碰撞。此外，有95%的部件將在每顆衛(wèi)星壽命終結(jié)時(shí)在地球大氣層中快速燒掉，而這優(yōu)于所有現(xiàn)行安全標(biāo)準(zhǔn)，且未來迭代設(shè)計(jì)將進(jìn)一步邁向完全崩解。

▲低延遲，大帶寬

▲太陽能電池板打開示意

相關(guān)鏈接：

低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)一般是指多個(gè)衛(wèi)星構(gòu)成的可以進(jìn)行實(shí)時(shí)信息處理的大型的衛(wèi)星系統(tǒng)，其中衛(wèi)星的分布稱之為衛(wèi)星星座。低軌道衛(wèi)星主要用于軍事目標(biāo)探測，利用低軌道衛(wèi)星容易獲得目標(biāo)物高分辨率圖像。 低軌道衛(wèi)星也用于手機(jī)通信，衛(wèi)星的軌道高度低使得傳輸延時(shí)短，路徑損耗小。多個(gè)衛(wèi)星組成的通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)真正的全球覆蓋，頻率復(fù)用更有效。蜂窩通信、多址、點(diǎn)波束、頻率復(fù)用等技術(shù)也為低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信提供了技術(shù)保障。低軌道衛(wèi)星是最新最有前途的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。美國北方天空研究機(jī)構(gòu)對全球中低軌通信衛(wèi)星星座進(jìn)行了盤點(diǎn)，全球至少有15家公司已經(jīng)對外公布其星座計(jì)劃，并且大部分公司表示在五年內(nèi)推出自己的第一代星座系統(tǒng)。太空探索技術(shù)公司的“星鏈”是世界上正在研建的幾個(gè)商業(yè)低軌寬帶項(xiàng)目之一。一網(wǎng)公司今年2月份發(fā)射了其擬由600多顆衛(wèi)星組網(wǎng)的星座的前6顆衛(wèi)星，計(jì)劃在今后兩年里再發(fā)射幾百顆。亞馬遜公司也正計(jì)劃建設(shè)由數(shù)千顆衛(wèi)星組成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。國外已經(jīng)發(fā)射和提出的低軌寬帶星座，衛(wèi)星總數(shù)已經(jīng)超過萬顆。