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#星链卫星#

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近年来最引人注目的商业航天计划,美国SpaceX公司的星链计划可以说是其中的翘楚了。从2015年1月该公司正式对外公布星链计划,到2019年5月23日猎鹰9火箭成功将首批60颗星链卫星送入太空,可以说是风头一时无两。

然而,近日大家却忽然发现,星链卫星开始排着队,像下饺子一样,接二连三地受控再入,返回大气层烧毁。截至目前,首批发射的60颗星链卫星只有26颗在轨运行,有26颗已经再入地球大气层烧毁,另外8颗发生了显著的轨道衰变。

这是怎么了?为什么这么多昂贵的卫星,还没投入使用就自行销毁了呢?要回答这些问题,那就需要我们细细捋一下商业航天发展的一些门道。

首先,商业流水线模式下制造的卫星,其价格一般远远低于传统航天模式下制造的卫星。

大家对于航天的印象是“高大上”的代名词。即使是拧一颗螺丝,也需要好几个人来保障确认、取证备查,从零部件、整机到全系统都需要大量的地面测试、试验,这样庞杂的过程自然花费不菲。传统卫星的这种定制化生产模式,单星成本通常高达数千万美元以上,生产周期也至少超过1年。其中最极端的代表就要数詹姆斯·韦伯太空望远镜了,它从1996年就开始筹备,目前已经投资近100亿美元,花费了数千位科学家、工程技术人员20多年的时间,仍然没有发射上天。

然而,当前巨型星座所要用到的卫星已经是另一种制造模式了,即通过流水线化来进行制造。和其他定制卫星不同,巨型星座的卫星是模块化、标准化的产品,适于进行大规模工业量产,所以产品从一开始就考虑了低成本和迭代升级的要求。

2019年7月22日,一网公司正式启用自己先进的卫星批量制造工厂。该工厂开创了利用自动生产、组装流水线进行大规模、低成本卫星生产的模式。工厂目前有两条生产线,每条生产线每天可制造1颗卫星。通过采用这种工业级大规模生产技术,大大缩短了卫星制造的时间,生产成本也可降至传统卫星的1/50。

与一网公司相似,SpaceX公司也建立了自己的卫星制造流水线。该公司在今年7月份提交给美国联邦通信委员会的报告中,就显示其“星链”部门具备每月可建造120颗星链卫星的能力。目前,单颗星链卫星的造价还不到100万美元,随着未来产能的提高,造价还能进一步降低,同时,标准化卡槽的设计也降低了后续卫星升级的难度和要求。

这个规律其实在二战时期就已经被发现。当时,通过大批量的飞机制造,人们发现每当产量翻倍,用于制造飞机的生产时间就会减少20%,相应的制造成本也会下降。早在上世纪90年代,摩托罗拉公司批量生产铱星星座的近百颗卫星,实现了每5天生产1颗铱星,生产成本降低了80%。

其次,SpaceX公司首批发射的60颗卫星本来就是一批试验型的卫星,在后续大批业务型卫星成功发射之后,首批卫星继续在轨运行的意义已经不大了。

实际上,在首批星链卫星成功发射后不久,SpaceX公司在公布这些卫星的在轨运行情况时,就表示有3颗卫星对地面指令没有反应,似乎已经报废。另有5颗卫星仍在向550公里预定工作轨道爬升的路上,还有5颗依旧在较低的初始轨道上开展测试。那些卫星何时或能否最终抵达其工作轨道不得而知。

SpaceX公司称首批发射的60颗星链卫星为“v0.9版本”的卫星,基本上是一次规模空前的测试版本。在2019年11月12日发射的第二批60颗星链卫星就已经升级为“v1.0版本”,其后至今发射的10多批卫星也都是“v1.0版本”的。

相比于“v0.9版本”,“v1.0本版”的卫星在升级Ku波段硬件的同时,增加了许多Ka波段天线,总带宽增加至原来的4倍。

Ka和Ku指的是相似但不同的通信频率。Ku波段通常提供更高的可靠性和云/雨环境容忍度,而Ka波段对环境因素更敏感,但提供了更高的理论带宽。此外,“v1.0版本”卫星可以有效地同时服务于更多的区域。

最后,国际社会对于巨型星座在空间环境方面影响的担忧,可能是未来严重阻碍SpaceX公司网络业务拓展的障碍。该公司利用这批试验型卫星进行大量的主动控制再入试验,将有助于解决这方面的问题。

目前,星链卫星的设计寿命约为5~7年。退役后的几个月内,卫星将会利用星上的推进器自行脱轨。如果推进器失效,由于卫星处在近地轨道,它们也会在1~5年内自然衰减,返回大气层销毁。

另外,“v1.0版本”卫星也已经升级为“100%可分解”的水平。这意味着,当它们重新进入地球大气层时,直到最后一丝聚酯薄膜,都将在到达地面之前燃烧殆尽,从而降低碎片伤害地面人员和财产的风险。

随着航天进入商业化的时代,一些新的、目前看似还挺疯狂的做法可能会层出不穷,这些都需要我们不断回归本源去探索分析,让我们拭目以待吧!