文/ 遲惑

2020年是人類在和平時期遭遇災(zāi)禍最嚴(yán)重的年份之一，新冠肺炎疫情不但奪去了超過百萬人的生命，也造成了整個世界在政治、經(jīng)濟(jì)上的嚴(yán)重割裂。世界航天頂住了疫情的打擊，雖然遭受了一些損失，但還是取得了重要的成就。因中國航天已另有文章敘述，本文僅盤點(diǎn)2020年國外航天的發(fā)展情況。

深空探索異彩紛呈

2020年度的星際探索活動有不少亮點(diǎn)：歐空局的太陽軌道器發(fā)射升空；阿聯(lián)酋和美國的火星探測器同時搶抓發(fā)射窗口，競相奔向火星；日本的隼鳥二號小行星探測器完成了長達(dá)6年的漫長旅途，終于帶著“龍宮”小行星的樣本回到了地球；美國的奧西里斯-雷克斯探測器雖然遭遇了采樣事故，但是畢竟成功抵達(dá)了“貝努”，而且采集了超過人們預(yù)期的樣品，也應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是一次成功。

▲ 太陽軌道器是在英國設(shè)計(jì)制造的

▲ 太陽軌道器運(yùn)行示意圖

太陽軌道探測器

2020年2月10日，歐空局從美國佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角發(fā)射了全新的太陽軌道探測器，開始了飛向太陽的科學(xué)考察和冒險之旅。

太陽軌道器的主要任務(wù)是探索太陽以及太陽領(lǐng)域，為人們解讀關(guān)于這兩個領(lǐng)域的很多基礎(chǔ)問題，是太陽探測領(lǐng)域的一個重大進(jìn)步。探測器將部署在環(huán)繞太陽飛行的軌道上，距離太陽最近的時候只有0.228個天文單位。這是人類有史以來第一次把探測器送到離太陽如此之近的地方來實(shí)施現(xiàn)場觀測，并且拍攝高分辨率圖像。另外，太陽軌道器還將第一次離開黃道面，實(shí)現(xiàn)相對于太陽赤道超過30度的軌道傾角，在這個軌道上拍攝太陽圖像，以及對太陽極區(qū)進(jìn)行光譜學(xué)觀測。

2021年11月前，太陽軌道探測器要實(shí)施兩次金星引力牽引變軌和一次地球引力牽引變軌，進(jìn)入太陽系的最內(nèi)層，打開所有科學(xué)儀器實(shí)施觀測。

第一次通過近日點(diǎn)將發(fā)生在2022年3月，距離太陽0.33個天文單位。太陽軌道器最終環(huán)繞太陽飛行的軌道周期是180天，也就是說大約每6個月就要抵達(dá)一次近日點(diǎn)。探測器軌道的選擇與金星軌道是“共振”的。金星的公轉(zhuǎn)周期是224天，也就是說探測器每運(yùn)行6圈左右，就能夠和金星交會一次。一開始，太陽軌道器的軌道傾角和金星差不多。但是每交會一次就能利用金星的引力來把軌道傾角提高一點(diǎn)。這就意味著，它每轉(zhuǎn)一圈就能從一個不同的角度來觀測太陽。太陽軌道器的工作壽命為4年，在任務(wù)末期，它相對于太陽的軌道傾角會達(dá)到17度。如果4年任務(wù)之后，太陽軌道器沒有被曬壞，還能繼續(xù)工作，那么就可以繼續(xù)提升軌道傾角，最終達(dá)到33度。

火星探測競賽

▲ 即將出廠的希望號

▲ 測試中的希望號探測器

2020年的火星探測競賽，可能是美蘇月球競賽之后人類最壯觀的一次星際探測競賽。我們先來看一下時間線：

7月19日，阿聯(lián)酋出資、美國研制的希望號火星探測器由日本H-2火箭發(fā)射升空。這是今年火星競賽中第一個起跑的。不過它的任務(wù)也最簡單，用于實(shí)施環(huán)繞火星的飛行和觀測。8月17日，“希望號”完成了第一次軌道修正，向火星奔去。不過此后，阿聯(lián)酋航天局沒有再公布新的動態(tài)，這意味著“希望號”要在現(xiàn)有軌道上飛行很長時間。

7月30日，在中國的“天問一號”啟程一周之后，美國宇航局的“火星2020”由宇宙神-5火箭發(fā)射升空?！盎鹦?020”的任務(wù)非常專一，就是把一個人類迄今為止功能最強(qiáng)的漫游車“毅力號”送上火星，大量采集火星巖土樣本，等待后續(xù)探測器前來取走。不得不說，在信息公開這件事上，任何航天局都沒有美國宇航局做得更好。美國宇航局不但持續(xù)更新“火星2020”的信息頁面，一件件介紹有關(guān)的任務(wù)和攜帶的設(shè)備，甚至還提供了一個實(shí)時動態(tài)、無級縮放的交互式視頻頁面，讓訪問者按喜好拖動，用上帝視角任意觀察“火星2020”和太陽系各種天體的實(shí)時相對位置。到截稿時，“火星2020”基本處在太陽和火星的連線上?；鹦枪D(zhuǎn)的速度更快一些，這樣，到2021年2月，火星就會追上并且捕獲“火星2020”，為“毅力號”著陸創(chuàng)造條件。

▲ 火星2020的星際飛行器

小行星探測一“去”一“回”

2020年的小行星探測活動有兩個亮點(diǎn)。首先是美國宇航局的奧西里斯-雷克斯探測器成功抵達(dá)“貝努”小行星，實(shí)施了采樣活動，此為一“去”。而日本的“隼鳥2號”小行星探測器帶著從“龍宮”小行星采集的樣本回到地球，實(shí)現(xiàn)了日本、也是人類第二次小行星實(shí)地采樣，此為一“回”。

“隼鳥2號”是航天界一直在關(guān)心的型號。因?yàn)樗w行時間長、工作模式復(fù)雜，所以一直受到國際宇航界的高度關(guān)注。

12月5日，直徑40厘米、重16千克的“隼鳥2號”返回艙攜帶著來自“龍宮”小行星的樣本，降落在南澳大利亞的伍默拉自然保護(hù)區(qū)。

▲ “天車”和“毅力號”聯(lián)合測試

▲ “毅力號”鉆探大塊巖石的想像圖

▲ “龍宮”小行星外觀

作為“隼鳥2號”的主人，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）進(jìn)行了密切跟蹤，第二天下午就找到了返回艙。

這次回收成功也意味著“隼鳥2號”的主要任務(wù)成功結(jié)束。它歷時6年，航程超過50億千米。

返回艙送回日本后，將在真空和氮?dú)鈼l件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析

“隼鳥2號”是日本第二次小行星采樣返回任務(wù)，技術(shù)挑戰(zhàn)性和復(fù)雜程度都非常高。該探測器于2014年12月由三菱重工公司的H-IIA火箭發(fā)射升空，并于2018年6月抵達(dá)目標(biāo)“龍宮”小行星，在這顆直徑1千米的小行星附近停留了18個月，對這顆天體的成分、表面溫度和磁場進(jìn)行了測繪和調(diào)查，并在其表面部署了3個著陸器。

▲ “隼鳥2號”的外形

“隼鳥2號”的采樣機(jī)構(gòu)，是在“隼鳥1號”基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，它有一根1米長的采樣桿，頭部是喇叭狀。在采樣的時候要點(diǎn)燃炸藥，發(fā)射一枚5克重的鉭金屬彈丸，擊中“龍宮”表面，打出碎片，然后用“喇叭”來收集這些碎片。用這么復(fù)雜的方式所采集到的樣品重量大約是100毫克；然后再次取樣，獲得存在于地表下面的小行星原始物質(zhì)。它們沒有受到空間環(huán)境的侵蝕，能體現(xiàn)小行星的原始成分。

據(jù)說，“龍宮”是在太陽系早期形成的，從那時到現(xiàn)在，它們的成分相對來說沒有什么變化。科學(xué)家們認(rèn)為可能是這類行星通過撞擊，把水和有機(jī)物質(zhì)送上了地球。

返回艙的成功回收，并不意味著“隼鳥2號”任務(wù)的終結(jié)。由于其離子發(fā)動機(jī)的氙氣燃料還剩下一半，“隼鳥2號”又調(diào)頭返回深空，通過地球的引力彈弓效應(yīng)，執(zhí)行一項(xiàng)擴(kuò)展任務(wù)。

▲ “奧西里斯-雷克斯”采集小行星“貝努”表面樣品藝術(shù)概念圖

“隼鳥2號”將在2026年飛越小行星2001C21，然后再繞地球飛行兩次，2031年7月與一顆新目標(biāo)小行星1998 KY26會合。1998 KY26是人類從未造訪過的天體。它的直徑只有30米，自轉(zhuǎn)周期只有10多分鐘。這對交會提出了新的挑戰(zhàn)，但也提供了一個難得的機(jī)會。

美國“奧西里斯-雷克斯”的采樣過程頗為驚險?！皧W西里斯-雷克斯”的目標(biāo)是一顆叫做“貝努”的小行星。它的頭部裝有一個叫做“觸摸式取樣裝置”（TAGSAM）的樣品收集裝置，采樣成功后，用機(jī)械臂將TAGSAM移動到艙內(nèi)的適當(dāng)位置，然后密封起來。

10月20日，TAGSAM成功地壓緊在貝努小行星表面幾秒鐘，采集到了不少物質(zhì)。然而，因?yàn)椴杉锰嗔?，幾塊比較大的石子頂開了密封容器入口處的聚酯薄膜擋板，一些樣品漏了出去，好在容器內(nèi)部還剩下不少樣品。

之所以會發(fā)生采集過量，是由于“貝努”的表面很脆弱。它并不是一塊完整而堅(jiān)硬的石頭，更像是由一堆碎石組成。在短暫的接觸中，TAGSAM頭部扎入“貝努”大約有半米深。如果換成一名航天員踏上去，會沉到膝蓋或更深。不過，這樣的深度采集可以得到更多原始物質(zhì)，而不是被陽光照射后失去了揮發(fā)性的物質(zhì)樣品。

▲ “奧西里斯-雷克斯”上的觸地后即離開式樣品獲取機(jī)構(gòu)

▲ 在廠房中被吊起的“奧西里斯-雷克斯”

亞利桑那大學(xué)負(fù)責(zé)這次任務(wù)的但丁g勞雷塔說，根據(jù)圖像分析，這次意外導(dǎo)致大約數(shù)十克樣品漏到了宇宙里。按照原來的計(jì)劃，要通過一個旋轉(zhuǎn)動作來測量采集樣品的質(zhì)量，從而有效計(jì)算探測器的轉(zhuǎn)動慣量，進(jìn)而給出控制參數(shù)。但是這樣一個動作會把更多樣品漏出去。于是他們決定盡快把密封容器送回艙內(nèi)，跳過了對樣本進(jìn)行稱重的動作。10月26日和27日，控制人員花了大約36個小時，才用機(jī)械臂將TAGSAM密封容器移動到樣本返回艙，小心謹(jǐn)慎地驗(yàn)證其是否鎖定到位，然后封好。這個過程聽起來好像就是操作一個機(jī)械手而已，但是貝努小行星距離地球很遠(yuǎn)，無線電信號跑上一個來回要半個小時，所以操作員們發(fā)出指令后，等半個小時才能看到結(jié)果，然后再發(fā)出下一條。

但不管怎么說，這是一次前所未有的成功任務(wù)。研究人員從“奧西里斯-雷克斯”發(fā)回的圖像判斷，密封容器里至少有400克樣品，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了計(jì)劃采集的60克。2023年9月，“奧西里斯-雷克斯”將返回地球。

2020年深空探測年最大的失落者，或許就是歐洲和俄羅斯合作的“火星生命2020”計(jì)劃，因?yàn)槭艿揭咔橛绊?，雙方都不能確保在8月的時間窗口發(fā)射，于是只能繼續(xù)推遲下去，變成“火星生命2022”。這個計(jì)劃本來打算在2018年實(shí)施發(fā)射，但當(dāng)時就因?yàn)槊绹詈骄痔倍e失窗口，真是命運(yùn)多舛。

航天發(fā)射任務(wù)有喜有憂

2020年度國外共進(jìn)行了75次航天發(fā)射，69次成功，6次失敗，共將1000多顆衛(wèi)星和3個深空探測器送入太空。還有11是次與國際空間站相關(guān)的發(fā)射任務(wù)，其中4次是載人飛行。另外，還有1次X-37B的試驗(yàn)飛行和3次無載荷或模擬載荷發(fā)射。

“電子號”個頭雖小故事卻多

在2020年執(zhí)行發(fā)射任務(wù)的公司中，比較有趣的是火箭實(shí)驗(yàn)室公司，它可以被稱為本年度最善于為自己的型號起名的公司。這家企業(yè)雖然運(yùn)營著世界上最小的火箭“電子號”，但是雄心壯志卻一點(diǎn)也不小。在2020年，火箭實(shí)驗(yàn)室公司實(shí)施了6次發(fā)射，除了1月30日為美國國家偵察局實(shí)施的發(fā)射，另外5次都有著極具特色的名字。

6月13日，電子號火箭實(shí)施了年度第二次飛行?；鸺龜y帶了美國國家偵察局的一顆偵察衛(wèi)星，波士頓大學(xué)和美國宇航局的各一顆立方星從新西蘭起飛。或許因?yàn)檫@次任務(wù)原本是從3月29號推遲過來的，后在5月份和6月11日又推遲了兩次，所以任務(wù)的名字叫做“現(xiàn)在別攔著我”（Don’t Stop Me Now）。

7月4日，電子號火箭實(shí)施年度第三次飛行，所攜帶的主載荷是日本佳能電子公司的CE-SAT-IB地球觀測衛(wèi)星。佳能是世界知名的相機(jī)制造商，所以這次任務(wù)被叫做“拍照或者此事沒有發(fā)生”（Pics Or It Didn’t Happen）。然而一語成讖，火箭第二級在燃燒期間發(fā)生意外，星箭俱毀。

▲ “電子號”1月30日為美國國家偵察局發(fā)射NROL-151衛(wèi)星，圖為廠房中的整流罩，上面有此次發(fā)射的徽標(biāo)

▲ 6月13日，電子號火箭經(jīng)過兩次推遲后終于實(shí)施了年度第二次飛行

▲ 7月4日，電子號火箭實(shí)施年度第三次飛行時發(fā)生意外，星箭俱毀

▲ In Focus

▲ Don’t Stop Me Now

8月30日，經(jīng)過整改，電子號火箭實(shí)施了年度第四次發(fā)射。公司為這次任務(wù)起了一個鼓舞人心的名字“我不相信還能做得更好”（I Can’t Believe It’s Not Optical）。這次發(fā)射的特殊之處在于，只攜帶了一顆卡佩勒公司的雷達(dá)對地觀測小衛(wèi)星，質(zhì)量只有100千克?；蛟S是因?yàn)樯洗问鹿手笸炊ㄋ纪矗拔也幌嘈胚€能做得更好”任務(wù)執(zhí)行得相當(dāng)順利。

10月28日，佳能公司再次提供了一顆CE-SAT-2B地球觀測衛(wèi)星，連同行星實(shí)驗(yàn)室公司的9顆“鴿群”遙感立方星，一起用電子號火箭發(fā)射升空。這次，火箭實(shí)驗(yàn)室公司不敢再胡言亂語了，給任務(wù)起了一個名字叫“專注”（In Focus）?！皩Ｗⅰ笨偙热亩庖獜?qiáng)，這次發(fā)射同樣順利進(jìn)入了軌道。

11月19日，電子號火箭實(shí)施了一次重要的發(fā)射——嘗試回收火箭第一級?！半娮犹枴笔且环N小型火箭，沒有空間和載荷余量來采用“獵鷹9號”那種返回發(fā)射場、垂直回收的模式，因此它選用了航天飛機(jī)助推器的降落傘海上回收模式，任務(wù)名稱也因此而叫做“交還發(fā)件人”（Return to Sender）。本次發(fā)射把整整30顆小衛(wèi)星送入軌道，之后第一級成功濺落在新西蘭海域。

電子號火箭的第六次發(fā)射是在12月15日實(shí)施的，載荷是日本Synspective公司的一顆雷達(dá)成像衛(wèi)星。這家企業(yè)打算發(fā)射30顆雷達(dá)成像小衛(wèi)星來覆蓋全球，特別是拍攝亞洲地區(qū)的大都市，為城市規(guī)劃和管理服務(wù)。因?yàn)槔走_(dá)衛(wèi)星可以在夜間成像，因此這次任務(wù)被命名為“貓頭鷹之夜開始了”（“Owl’s Night Begins”）。

▲ The Owl’s Night Begins 整流罩

目前還不知道2021年，電子號火箭的各次任務(wù)都會起什么名字。但如果這股風(fēng)潮在整個商業(yè)航天界流行起來，我們也許會看到更多的創(chuàng)意吧。

事故多發(fā)的一年

▲ NROL-151任務(wù)徽標(biāo)

▲ Return to Sender

▲ Pics Or It Didn’t Happen

2020年度是航天發(fā)射事故比較多的一年，有6次之多。這也是可以理解的，畢竟在疫情沖擊之下，航天已經(jīng)比其他行業(yè)做得好很多了，出現(xiàn)一些事故再正常不過。

2020年第一個發(fā)射失敗的，是伊朗的“西末爾各”火箭。2月9日，它在試圖發(fā)射扎法爾1地球觀測衛(wèi)星的時候沒有能夠成功。不過伊朗2020年干得不錯，兩個月后的4月22日，伊朗就用卡西德火箭成功發(fā)射了“諾爾”軍事衛(wèi)星。雖然美國方面認(rèn)為“諾爾”衛(wèi)星并沒有成功，伊朗也沒有放出衛(wèi)星拍攝的圖像，但“卡西德”火箭肯定是把一個載荷推進(jìn)到了第一宇宙速度，使伊朗成為世界上第11個成功發(fā)射衛(wèi)星的國家。

緊接著發(fā)射失敗的，是大富豪布蘭森爵士的空射火箭“運(yùn)載器一號”。這枚火箭從宇宙少女號波音747載機(jī)上起飛后，并沒有能夠進(jìn)入軌道，而是墜入了大海。“運(yùn)載器一號”本來打算在2019年年初發(fā)射，后來推遲到2019年夏天，然后繼續(xù)推遲，在這個過程中，還丟掉了一網(wǎng)星座的發(fā)射合同。

7月4日，火箭實(shí)驗(yàn)室公司的電子號火箭發(fā)射失敗。

▲ 2月9日，伊朗在嘗試發(fā)射扎法爾1號地球觀測衛(wèi)星的時候沒有能夠成功

▲ 8月30日，電子號火箭將卡佩勒公司的雷達(dá)對地觀測小衛(wèi)星發(fā)射升空

9月11日，美國阿斯特公司研制的“火箭3.1”小型運(yùn)載火箭在阿拉斯加的太平洋航天港發(fā)射時遭遇失敗。這枚兩級火箭原本是為了響應(yīng)美國國防高級研究計(jì)劃局的快速響應(yīng)發(fā)射項(xiàng)目而研制的，此前已經(jīng)多次因?yàn)榧夹g(shù)、天氣因素錯過發(fā)射窗口。這次發(fā)射原本計(jì)劃在8月2日進(jìn)行，由于高空風(fēng)速太大、落區(qū)海面有船而推遲到8月30日，結(jié)果還是天公不作美，只能繼續(xù)推遲。9月11日火箭起飛后，第一級還沒有燒完就發(fā)生了故障，火箭直接墜毀。好在這次發(fā)射沒有攜帶有效載荷，未造成更多損失。12月16日，該公司再次嘗試發(fā)射“火箭3.2”由于末級速度不足，未能入軌，以失敗告終。

▲ 10月28日，電子號火箭一箭十星發(fā)射成功

▲ 11月19日，電子號火箭一箭30星發(fā)射成功，首次嘗試一級火箭傘降回收

▲ 12月15日，日本Synspective公司的雷達(dá)成像衛(wèi)星搭乘電子號火箭升空

▲ 空射火箭“發(fā)射器一號”

▲ 美國阿斯特公司研制的“火箭3.1”小型運(yùn)載火箭首飛失利

▲ 歐空局“織女星”火箭的事故可以算是本年度損失最大的一次發(fā)射

本年度損失最大的一次發(fā)射是11月16日歐空局“織女星”火箭的事故。本次發(fā)射攜帶了一顆叫做“智慧”的遙感衛(wèi)星，正式名稱叫做SEOSat，還攜帶了一顆法國航天局研制的“塔拉尼斯”空間環(huán)境探測衛(wèi)星，用于研究地球大氣電離層和空間環(huán)境之間的相互關(guān)系。這次發(fā)射原本計(jì)劃6月進(jìn)行，但是因?yàn)橐咔橥七t到了8月25日，再推到9月，又因?yàn)榛鸺旧淼膯栴}繼續(xù)推遲到11月18日。即使如此，最后它還是沒能成功。按照歐空局的說法，是因?yàn)榛鸺系囊粋€插頭接錯了位置?？紤]到“織女星”火箭主要研制活動是在意大利進(jìn)行的，這個疫情嚴(yán)重的國家發(fā)生小的質(zhì)量問題，并不是什么不可理解的事情，但造成的損失卻相當(dāng)大。

衛(wèi)星業(yè)務(wù)有繼承有創(chuàng)新

2020年的衛(wèi)星行業(yè)，有傳統(tǒng)的延續(xù)，也有技術(shù)上的突破和創(chuàng)新。有3件事非常吸引人的眼球，一是5G技術(shù)發(fā)展引發(fā)13顆C頻段衛(wèi)星訂單，二是一網(wǎng)星座的起死回生，三是諾·格公司的衛(wèi)星延壽服務(wù)的開啟。

通信衛(wèi)星市場有熱有冷

C頻段是衛(wèi)星通信行業(yè)最早采用的頻段，也是應(yīng)用最廣泛的頻段。這個上行頻率范圍為5925～6425兆赫、下行頻率3700～4200兆赫的頻段容量不大、通信速度不快，但是廣泛用于各種電話、電報(bào)、傳真、電視轉(zhuǎn)播、數(shù)據(jù)分發(fā)等業(yè)務(wù)，是衛(wèi)星通信行業(yè)的基礎(chǔ)。最近十多年來，C頻段逐漸被Ku、Ka等頻段擠壓，使其越來越邊緣化。一般只有在替代舊衛(wèi)星的時候，才會在新的衛(wèi)星上搭載一部分C頻段的轉(zhuǎn)發(fā)器，沒有人再訂購全新的C頻段衛(wèi)星了。

5G技術(shù)的發(fā)展卻突然打破了C頻段衛(wèi)星被冷落的局面。2020年夏天，世界前兩大地球靜止軌道衛(wèi)星運(yùn)營商國際通信衛(wèi)星公司和SES公司向波音公司、麥克薩爾公司、諾格公司和泰雷斯公司訂購了整整13顆全新的C頻段衛(wèi)星，這在衛(wèi)星采購史上是非常罕見的。主要原因，是為了在美國市場上把一部分C頻段的頻率資源騰出來。從上面的數(shù)字可以發(fā)現(xiàn)，C頻段的上行和下行帶寬分別是500兆赫。根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會的規(guī)劃，要把其中上下行較低的各300兆赫騰退出來給5G業(yè)務(wù)使用。

聯(lián)邦通信委員會在2020年2月批準(zhǔn)了一項(xiàng)計(jì)劃，拍賣大部分C頻段頻率資源。拍賣中標(biāo)者要賠償衛(wèi)星運(yùn)營商更換衛(wèi)星和地面基礎(chǔ)設(shè)施的費(fèi)用。聯(lián)邦通信委員會要求在2021年12月5日之前騰退120兆赫，2023年12月5日之前在騰出180兆赫。

如果能夠按時騰退，美國聯(lián)邦通信委員會將給予衛(wèi)星運(yùn)營商們總額97億美元的獎勵。C頻段衛(wèi)星的技術(shù)難度比較小，僅僅在衛(wèi)星上搭載上下行各200兆赫帶寬的轉(zhuǎn)發(fā)器，費(fèi)用就更少，因此研制成本比較低。哪怕13顆衛(wèi)星的采購和發(fā)射費(fèi)加在一起，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不到97億美元。因此對衛(wèi)星運(yùn)營商來說，這是個穩(wěn)賺不賠的生意。而且C頻段的用戶并沒有消失，這13顆衛(wèi)星入軌之后，還是可以繼續(xù)賺錢的。

▲ 國際通信衛(wèi)星公司是C頻段使用大戶

▲ 衛(wèi)星要騰出C頻段為地面無線通信讓路

▲ FCC主席解釋騰退獎勵政策

在具體采購上，國際通信衛(wèi)星公司從麥克薩爾（也就是勞拉空間公司的母公司）訂購了5顆C波段衛(wèi)星，從諾斯羅普g格魯曼公司訂購了兩顆。SES從諾斯羅普g格魯曼公司、波音公司、泰利斯阿萊尼亞太空公司各買了兩顆。2020年早些時候，歐洲通信衛(wèi)星公司也宣布，打算購買一顆C波段替代衛(wèi)星，但經(jīng)過研究之后發(fā)現(xiàn)，這家公司現(xiàn)有衛(wèi)星上的C頻段閑置資源很多，簡單把一部分頻率關(guān)掉就可以，不需要購買新的衛(wèi)星。

當(dāng)然，這種C頻段衛(wèi)星訂購大爆發(fā)是偶然事件。目前5G在美國只需要這么多頻段，政府不會沒完沒了地補(bǔ)貼衛(wèi)星運(yùn)營商。而且長期來看，C頻段完全淡出衛(wèi)星通信的歷史舞臺也只是個時間問題。

雖然C頻段衛(wèi)星訂購活躍，但其他類型的靜止軌道通信衛(wèi)星市場卻慘淡到無以復(fù)加。

2020年，只有西班牙衛(wèi)星公司、澳大利亞奧普圖斯公司、阿拉伯聯(lián)合酋長國的Yahsat公司和沙特阿拉伯的阿拉伯衛(wèi)星公司各自訂購了一顆不是用來替代的靜止軌道通信衛(wèi)星。具體來說，西班牙衛(wèi)星公司向泰雷茲阿萊尼亞空間公司訂購了亞馬遜Nexus衛(wèi)星，為南北美洲、格陵蘭島和北大西洋海上航線提供Ku波段覆蓋。空客航天防務(wù)公司獲得了為奧普圖斯公司建造奧普圖斯-11衛(wèi)星、為阿拉伯衛(wèi)星公司建造Badr-8衛(wèi)星和為Yahsat建造瑟拉亞-4ngs衛(wèi)星的合同，局面之慘淡史無前例。

造成這種情況的原因有兩個，第一個原因是衛(wèi)星制造商們自己造成的。由于高通量衛(wèi)星的發(fā)明，以前要10多顆、甚至20多顆衛(wèi)星才能提供的帶寬，現(xiàn)在只要一顆就可以了。衛(wèi)星使用者們當(dāng)然大喜過望，雖然衛(wèi)星單價比以前貴了一些，但大大節(jié)省了發(fā)射和保險費(fèi)用，而且高通量衛(wèi)星也僅僅比傳統(tǒng)衛(wèi)星貴兩三倍而已。與此同時，衛(wèi)星用戶的需求量并沒有發(fā)生10倍、20倍的增長，導(dǎo)致市場對衛(wèi)星數(shù)量的需求急劇下降，從10多年前的每年20多顆下降到如今的不到7顆。其次是低軌道寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)的崛起，“星鏈”一次就要送60顆衛(wèi)星入軌，僅僅考察衛(wèi)星數(shù)量的話，是全世界靜止軌道衛(wèi)星好幾年的發(fā)射量。這些衛(wèi)星都采用高通量技術(shù)，單星容量未必小于傳統(tǒng)通信衛(wèi)星。在“星鏈”之外，還有大量其他低軌道寬帶通信衛(wèi)星正在籌劃和建設(shè)，包括“一網(wǎng)”星座，加拿大“低軌電信星”星座，“相對論”星座和中國的兩大星座等。這些衛(wèi)星所能提供的通信容量，會讓傳統(tǒng)通信衛(wèi)星看起來就像撥號電話一樣陳舊過時。

對衛(wèi)星制造商群體來說，好消息是這些低軌道星座的制造合同多數(shù)還是落入了他們手中。畢竟通信衛(wèi)星就是通信衛(wèi)星，制造它們所需要的專業(yè)知識和設(shè)施，并不是可以輕易復(fù)制的。例如一網(wǎng)星座的制造合同由空客公司負(fù)責(zé)，低軌電信星的制造由麥克薩爾公司負(fù)責(zé)。這樣說來，雖然馬斯克的4萬多顆衛(wèi)星都是他自己設(shè)廠建造的，但其他星座的數(shù)量并不少，制造商們接到的衛(wèi)星訂購數(shù)量并沒有減少，反而增加了。

除此之外，各國政府依然在訂購地球靜止軌道的衛(wèi)星，用于軍事通信和導(dǎo)彈預(yù)警等項(xiàng)目。這些訂單數(shù)量不少，至少波音、洛馬、空客、泰雷斯阿萊尼亞這4家公司是可以靠政府項(xiàng)目活下去的。諾·格和麥克薩爾雖然沒有拿到太多靜止軌道衛(wèi)星合同，但有大金額的科學(xué)衛(wèi)星、載人航天合同在手中。

▲ SES公司訂購的兩顆C頻段衛(wèi)星

最后一個市場要素是電視直播衛(wèi)星。這對于很多住在郊區(qū)的美國人來說，是精神生活的必需品。這種衛(wèi)星的壽命大概是15年?？紤]到發(fā)射的先后批次，大概每隔5年就會出現(xiàn)一次直播衛(wèi)星換代的小高潮，帶來一定數(shù)量的訂單。所以，2020年這13顆C頻段衛(wèi)星的訂單，很大程度上可以起到維持衛(wèi)星生產(chǎn)線、維持員工隊(duì)伍的作用，對產(chǎn)業(yè)是有利的。

起死回生的一網(wǎng)

2020年對于低軌道寬帶通信衛(wèi)星來說，不僅僅有“星鏈”的高強(qiáng)度部署，也有“一網(wǎng)”星座的起死回生。

“一網(wǎng)”星座是本輪低軌道寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座創(chuàng)業(yè)熱潮的先行者。在馬斯克提出12000顆乃至42000顆的星座規(guī)模之前，“一網(wǎng)”以900顆的規(guī)模便顛覆了人們的認(rèn)知。但是2020年的疫情對于“一網(wǎng)”來說卻是一場無妄之災(zāi)。因?yàn)橹饕蓶|軟銀公司投資失敗、陷入困境，在2020年3月中止了對“一網(wǎng)”的資金支持，導(dǎo)致這個具有很大潛力的企業(yè)當(dāng)場休克。

▲ 部署完成后的一網(wǎng)星座軌道圖

當(dāng)然，一網(wǎng)公司作為一個擁有核心技術(shù)和良好前景的企業(yè)，不會就這樣走向終點(diǎn)，無非是怎樣重組資產(chǎn)而已。重組活動啟動之初，甚至有中國企業(yè)對此發(fā)生了興趣。但是一網(wǎng)公司股東委員會提出的條件卻有那么一點(diǎn)稀奇：打算把這家企業(yè)最寶貴的資產(chǎn)頻率資源拿出來作為交換條件，吸引新的戰(zhàn)略投資者。衛(wèi)星通信的頻率資源就好比是蓋房子的地皮，是開辦業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，在這樣的條件下，中國買家肯定不會被允許入內(nèi)。

一段時間后，答案終于揭曉。一網(wǎng)公司迎來的“救星”不是一個，而是兩個。首先是英國政府，第二個是印度電信公司Bharti Global。這也讓人們想起了一個經(jīng)常被淡忘的事實(shí)：一網(wǎng)公司的主要活動雖然都在美國展開，但公司其實(shí)是在英國注冊的。

英國政府和印度電信公司一共出資10億美元，競購一網(wǎng)公司45%的股份。其實(shí)這當(dāng)中并沒有什么波折，也沒有什么競爭者，不過談判期間正值西方新冠疫情最為猛烈的階段，因此進(jìn)展緩慢，大量一網(wǎng)公司員工被遣散回家，衛(wèi)星制造和發(fā)射活動也被迫中斷。

到了夏季，疫情因?yàn)闅鉁厣仙兴徑猓嚓P(guān)方才得以辦理相應(yīng)手續(xù)。7月，雙方共同向美國聯(lián)邦破產(chǎn)法院提交的申請才進(jìn)入審查。經(jīng)過3個月的工作，破產(chǎn)法院批準(zhǔn)了這項(xiàng)重組活動。到11月20日，一網(wǎng)公司的重組活動正式完成。不但英國政府和印度電信公司成了新的大股東，還任命了新的總裁。

▲ 一網(wǎng)星座在佛羅里達(dá)的工廠

▲ 一網(wǎng)衛(wèi)星從拜科努爾升空

▲ 震動測試中的一網(wǎng)衛(wèi)星

英國政府和印度電信公司在這場交易中各有出發(fā)點(diǎn)。

英國政府一直對航天事業(yè)沒什么興趣，雖然英國企業(yè)和私人在航天產(chǎn)業(yè)中還是比較活躍的，而政府卻連個航天局都沒有，更沒有官方航天計(jì)劃。但是隨著美國商業(yè)航天的興起和發(fā)展，英國政府似乎如夢初醒，不但成立了航天局，還打算在蘇格蘭北部建立一個航天發(fā)射場。看上去英國政府似乎有點(diǎn)“傻”，但實(shí)際上這是出于一種“不見兔子不撒鷹”的思維和“小政府”立場。由于英國經(jīng)濟(jì)多年毫無起色，制造業(yè)空心化日益嚴(yán)重，稅源枯竭的英國政府也只好出手扶持新興產(chǎn)業(yè)，投資一網(wǎng)公司算是其中一項(xiàng)。英國商務(wù)部長在一份聲明中說：“這一戰(zhàn)略投資表明了政府長期以來對英國航天部門的承諾，以及我們將英國置于太空技術(shù)最新進(jìn)展的最前沿的雄心。”

印度電信公司則是抱著撿便宜的態(tài)度出資的。這種西方高新技術(shù)企業(yè)一般都被股東牢牢控制，想要進(jìn)入其中并且占據(jù)核心的位置，只能靜待這種可以趁人之危的機(jī)會。印度電信公司表示，“我們認(rèn)識到，一網(wǎng)公司有寶貴的全球頻譜優(yōu)先權(quán)，我們受益于迄今為止已經(jīng)投入的33億美元”。

不管這兩家有什么目的，至少挽救了這個星座。根據(jù)美國聯(lián)邦破產(chǎn)法院的文書，一網(wǎng)星座的衛(wèi)星發(fā)射可以恢復(fù)了，12月，新的衛(wèi)星已搭載在俄羅斯“聯(lián)盟”火箭上發(fā)射升空。

商業(yè)化在軌服務(wù)

▲ MEV-1接管901衛(wèi)星的姿軌控

2020年2月25日，美國諾格創(chuàng)新系統(tǒng)公司的“任務(wù)擴(kuò)展航天器”（MEV-1）成功把機(jī)械臂插進(jìn)了國際通信衛(wèi)星901的發(fā)動機(jī)噴管里，實(shí)現(xiàn)剛性對接。隨后接管了這顆衛(wèi)星的姿態(tài)和軌道控制，把它從墓地軌道帶回地球靜止軌道，重新投入使用。這是人類首次以購買“延壽服務(wù)”的形式為在軌航天器提供支持，可以算得上“商業(yè)化在軌服務(wù)”第一單。此后的8月16日，MEV-2發(fā)射升空，并計(jì)劃于2021年與仍在軌道上運(yùn)行的國際通信衛(wèi)星10-02會合，為其提供服務(wù)。

這種“在軌服務(wù)技術(shù)”，實(shí)際上就是用一個服務(wù)機(jī)器人接管燃料耗盡的老舊通信衛(wèi)星，讓它能繼續(xù)保持在軌工作。但是目前，僅有國際通信衛(wèi)星公司是這一服務(wù)的主要客戶，多數(shù)衛(wèi)星公司對在軌服務(wù)技術(shù)并不是很熱情。

▲ MEV-1插入國際通信衛(wèi)星901成功

這也是有原因的。國際通信衛(wèi)星公司為了給一顆衛(wèi)星延長5年壽命，總計(jì)要支付給諾格公司6500萬美元的服務(wù)費(fèi)。而一般的大型靜止軌道通信廣播衛(wèi)星采購價大約是兩億美元左右，發(fā)射服務(wù)費(fèi)大約是5000～6000萬美元，在軌可以工作15年。與MEV-1的對接能讓一顆衛(wèi)星再工作5年，等于省了8000多萬美元。這樣算來，并沒省多少錢。為了1500萬美元，似乎沒有必要如此大費(fèi)周章。

盡管如此，在軌服務(wù)技術(shù)還是有很大的發(fā)展空間的。目前使用的MEV在整個延壽期間都必須與被服務(wù)衛(wèi)星連接，而最理想的在軌服務(wù)航天器，應(yīng)在維修或加注完成后就可以分離待命或準(zhǔn)備下一次任務(wù)。這也是未來真正在軌服務(wù)的方向，諾格公司正在研發(fā)的下一代在軌服務(wù)平臺MPV就是這個思路。

事實(shí)上，有一些孤品衛(wèi)星還是很有價值延長壽命的，最典型的就是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡。這種只造一顆的科學(xué)衛(wèi)星造價高昂，很多關(guān)鍵元器件都是單件定制的，有著巨大的價值，只要還能繼續(xù)工作，就應(yīng)該設(shè)法延長它的壽命。各國都在規(guī)劃各種各樣的空間望遠(yuǎn)鏡，多數(shù)都值得長期維持下去。

SpaceX：抗疫之年最亮眼的那顆星

2020年春季，第一輪新冠疫情在西方肆虐，整個社會經(jīng)濟(jì)生活都遭到了沉重打擊。工廠停工、學(xué)校停課、科研單位回家辦公成為常態(tài)。但是太空探索技術(shù)公司（SpaceX）和馬斯克卻堅(jiān)持推動全年的發(fā)射計(jì)劃不中斷。這種做法是不是符合防疫要求暫且不論，但至少讓美國今年的航天成績相當(dāng)不錯，和不忍直視的抗疫成績形成了鮮明對比。

馬斯克在2020年度實(shí)現(xiàn)了3個重要突破，首先是實(shí)現(xiàn)了載人航天飛行，其次是初步達(dá)成了星鏈星座的組網(wǎng)和測試，第三是正式進(jìn)入了軍火商的行列。

實(shí)現(xiàn)載人航天飛行

太空探索技術(shù)公司在2020年度實(shí)施了兩次“載人龍”飛船的飛行，把6名航天員送入太空。這件事無論對美國還是世界航天的意義都非常重大。特別是2011年航天飛機(jī)退役之后，美國暫時失去了載人航天能力，從國會、政府高層、美國宇航局到航天評論界，都非常希望美國企業(yè)能盡快制造出新的載人飛船，恢復(fù)這項(xiàng)重要的戰(zhàn)略能力。

2020年5月31日，“載人龍”實(shí)施了第一次載人飛行，航天員羅伯特·貝肯和道格拉斯·赫利乘坐飛船安全地進(jìn)入了國際空間站，8月2日安全地返回了地球。這是世界上第一次由一家私營企業(yè)成功研制了載人飛船，也為美國航天注入了一針強(qiáng)心劑。2020年11月16日，“載人龍”第一次正式的業(yè)務(wù)飛行啟動，4位航天員（包括1名日本航天員）成功進(jìn)入國際空間站。

“載人龍”飛船投入使用，不但再次拉開了美國和俄羅斯航天之間的差距，也證明了美國才是西方陣營當(dāng)中真正的航天領(lǐng)袖，無論歐洲還是日本，都不具備獨(dú)立研制載人飛船的決心和能力。

▲ 載人龍飛船首次正式載人任務(wù)

▲ 載人龍飛船發(fā)射升空

“載人龍”的飛行還挽救了國際空間站的未來。隨著俄羅斯航天工業(yè)的衰退和美國航天投資重點(diǎn)轉(zhuǎn)向月球，國際空間站未來如何運(yùn)營、如何維持，就成了個大問題。美國宇航局計(jì)劃在2024年之后實(shí)現(xiàn)國際空間站的商業(yè)化，但這樣做的前提是具備可靠的天地往返運(yùn)輸能力?！拜d人龍”的成功為這樣的想法提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

大量部署“星鏈”

在積極研發(fā)“載人龍”的同時，太空探索技術(shù)公司還在實(shí)施另一項(xiàng)最重要的工作，就是“星鏈”低軌道互聯(lián)網(wǎng)星座的部署。這項(xiàng)工作不但對馬斯克和太空探索技術(shù)公司本身有重要意義，對寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座產(chǎn)業(yè)同樣意義重大。2020年4月，由于疫情影響了公司經(jīng)營，“星鏈”的競爭者一網(wǎng)公司遭到了沉重打擊。主要投資人軟銀公司撤出投資，導(dǎo)致一網(wǎng)公司當(dāng)即破產(chǎn)，經(jīng)過重組，在英國政府的支持下才重新進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。在一網(wǎng)公司“宕機(jī)”的那段時間里，“星鏈”幾乎成了低軌道寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座搞下去的唯一希望。

▲ 第9批發(fā)射的“星鏈”衛(wèi)星和3顆天星C型

▲ 完成測試的載人龍飛船

馬斯克并沒有讓支持者們失望。他在這一年里為“星鏈”做了兩件事，首先是先后發(fā)射14次，送835顆衛(wèi)星入軌，入軌衛(wèi)星總數(shù)達(dá)到了895顆。這已經(jīng)是人類有史以來發(fā)射的規(guī)模最大的星座，也是部署最快的星座。雖然有3%的衛(wèi)星已經(jīng)在軌失效，剩下的衛(wèi)星足夠馬斯克啟動公開測試了。

測試就需要天地聯(lián)通，因此馬斯克在6月發(fā)布了“星鏈”終端天線。8月，太空探索技術(shù)公司發(fā)布了第一輪測速結(jié)果，基本上和地面光纖入戶的速度相當(dāng)。即使考慮到測試的用戶數(shù)量少，這個結(jié)果也還算不錯。雖然“星鏈”正式投入使用后，急劇增加的用戶肯定無法享受到這么快的單用戶速度，不過對4G網(wǎng)絡(luò)都沒有的歐美鄉(xiāng)村地區(qū)來說，這已經(jīng)是救世主的福音了。

▲ 載人龍飛船首次正式載人任務(wù)的航天員（從左至右）香農(nóng)·沃克、維克托·格洛弗、邁克爾·霍普金斯以及日本航天員野口聰一

▲ 整流罩上的STARLINK標(biāo)志

10月，太空探索技術(shù)公司發(fā)布了“星鏈”服務(wù)的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，其中終端購置費(fèi)為499美元——這是DIY安裝的價格，請工人安裝還要加錢；月服務(wù)費(fèi)則為99美元不限時。如果是在中國，這樣高的價格，連上門咨詢的人都沒有，但是在美國已經(jīng)引發(fā)了一片歡呼之聲。大批用戶蜂擁而來幾乎是定局。

躋身軍火商行列

▲ 航天員鮑勃.本肯（左）和道格拉斯.赫爾利（右）

▲ 兩位航天員與獵鷹9號火箭和載人龍飛船合影

▲ 準(zhǔn)備執(zhí)行首次正式載人任務(wù)的載人龍飛船和獵鷹9號火箭

上面兩項(xiàng)工作都消耗了馬斯克的大筆資金。雖然“載人龍”得到了美國宇航局的撥款，但考慮到美國的人工成本，這筆錢也只不過是保本而已?！靶擎湣钡耐度刖薮?，能夠收費(fèi)的日子卻還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有到來。馬斯克從社會上吸引了不少投資，但這些錢都是要還的。因此，他急切地需要找到一個能簽下大筆合同又帶來豐厚利潤的用戶。最好的對象，當(dāng)然是美國軍方。

2020年，馬斯克一共簽下兩筆軍火大單。

▲ 獵鷹9號火箭發(fā)射“星鏈”衛(wèi)星

▲ 在軌道上飛行的SES-2衛(wèi)星

第一單是在“星鏈”衛(wèi)星的基礎(chǔ)上，為美國導(dǎo)彈防御局研制4顆導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星。這個合同是與L3哈里斯公司一起獲得的，后者也要選擇一種衛(wèi)星平臺，來制造4顆導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星。馬斯克得到的合同價值1.4億美元，也就是說每顆導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星價值3000多萬美元。而“星鏈”衛(wèi)星的價格只有100萬美元，可以說利潤豐厚。而且衛(wèi)星上的相機(jī)并不需要由馬斯克自己研制，直接采用多年前美國導(dǎo)彈防御局在歐洲SES-2衛(wèi)星上搭載試驗(yàn)的寬視場紅外相機(jī)。

第二單是和美國國防部直接簽署的，內(nèi)容更為驚世駭俗，是采用馬斯克正在研制的不銹鋼火箭“星船”為美國軍隊(duì)提供海外補(bǔ)給。按照合同要求，馬斯克要嘗試著制造一種載重達(dá)到100噸的“星船”，從美國起飛，經(jīng)過亞軌道飛行后抵達(dá)美國的任何一處海外基地，為當(dāng)?shù)氐拿绹蟊鴤兲峁┪淦鲝椝?、軍需物資。如果取得成功，這將是航天史上的一個重大突破。

除此之外，馬斯克還是2020年國外航天發(fā)射的頂梁柱。他的“獵鷹9號”在這一年里實(shí)施了24次發(fā)射，超過了所有其他型號的火箭。2020年的第一次發(fā)射就是“獵鷹9號”實(shí)施的。而且馬斯克在這一年里沒有發(fā)生過任何發(fā)射失敗和第一級回收失敗，僅僅在9月發(fā)生了一次臨時關(guān)機(jī)、推遲發(fā)射。不過一周之后，“獵鷹9號”還是順利升空。

▲ 重復(fù)使用的獵鷹9號箭體上帶著大量的燒灼痕跡

11月25日的發(fā)射還是“獵鷹9號”第100次升空，也是這枚火箭第一級的第7次重復(fù)使用。所有這些發(fā)生在一家成立只有20年的企業(yè)身上，都可以稱之為奇跡。

▲ “星船”助推器分離的藝術(shù)想像圖