不簡單！一箭60星 SpaceX拉開“星鏈”組網(wǎng)序幕

北京時(shí)間5月24日上午10時(shí)30分，隨著“獵鷹9”運(yùn)載火箭烈焰升騰、拔地而起，太空探索技術(shù)公司(SpaceX)雄心勃勃的“星鏈(Starlink)”計(jì)劃終于拉開組網(wǎng)序幕。

“星鏈”計(jì)劃有哪些特點(diǎn)?擅長玩火箭的SpaceX造出的衛(wèi)星怎么樣?“一箭60星”又有何技術(shù)難度?

一箭多星 真不簡單

這次發(fā)射并非SpaceX的首個(gè)一箭多星任務(wù)。2018年12月初，在代號(hào)“小衛(wèi)星特快專遞”的發(fā)射任務(wù)中，“獵鷹9”一箭發(fā)射64顆衛(wèi)星。其中4顆衛(wèi)星直接安裝在二級火箭上，另外60顆則分別安放在兩個(gè)“自由飛行器”上。“自由飛行器”先后從二級火箭分離，再各自釋放衛(wèi)星。

“首先，‘一箭60星’與‘一箭10星’在技術(shù)上并無本質(zhì)區(qū)別，只是‘星箭分離’的載荷更多。”星級榮耀空間科技有限公司技術(shù)副總裁張琦告訴科技日報(bào)記者，如此數(shù)量的“一箭多星”，首先要解決的就是分離瞬間大量衛(wèi)星釋放的碰撞問題。即衛(wèi)星要按照預(yù)定程序順利“出艙”且不能相互擦碰。這需要為每一顆衛(wèi)星“量身定做”最佳的分離路線和分離時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)多顆衛(wèi)星的“各行其道”。此外，衛(wèi)星釋放的過程中，火箭的結(jié)構(gòu)角度和重心分布會(huì)發(fā)生改變，姿態(tài)控制系統(tǒng)必須在每一顆衛(wèi)星的分離瞬間保證火箭飛行穩(wěn)定。最后，避免不同衛(wèi)星內(nèi)部電子設(shè)備產(chǎn)生無線電干擾也是技術(shù)人員必須解決的重要問題。

根據(jù)SpaceX公布的任務(wù)簡介，此次發(fā)射并非由火箭將衛(wèi)星挨個(gè)送入預(yù)定位置。二級火箭進(jìn)入高度為440公里的軌道后，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)并釋放衛(wèi)星，之后衛(wèi)星依靠自身的動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到550公里軌道上的指定位置。張琦表示：“如果由火箭直接將衛(wèi)星送入不同的軌道面或同一軌道面的不同位置，則任務(wù)更復(fù)雜、技術(shù)難度更高。”

“星鏈”計(jì)劃 規(guī)模龐大

2015年1月，SpaceX提出“星鏈”計(jì)劃，旨在建立覆蓋全球的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座。“星鏈”最突出的特點(diǎn)就是規(guī)模大。根據(jù)美國聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)在今年4月26日批準(zhǔn)的方案，該計(jì)劃將在高度為550公里和340公里的軌道面上分別“撒上”4409顆和7518顆衛(wèi)星，總數(shù)高達(dá)11927顆，而當(dāng)前全球在軌工作的全部衛(wèi)星不到2000顆!

SpaceX原計(jì)劃到2027年完成“星鏈”部署。5月16日，其創(chuàng)始人馬斯克表示，SpaceX計(jì)劃加快部署“星鏈”，將其生產(chǎn)和發(fā)射速度從每年1000顆衛(wèi)星提高到2000顆衛(wèi)星。如果SpaceX能夠堅(jiān)持這一計(jì)劃，那么兩年內(nèi)“星鏈”衛(wèi)星數(shù)量將超過其他在軌衛(wèi)星之和。

按照馬斯克的規(guī)劃，SpaceX能夠提前兩年建成“星鏈”。但如果仍采用“一箭60星”的發(fā)射方式，每年需要至少執(zhí)行30多次類似的發(fā)射任務(wù)，而2018年整個(gè)美國的火箭發(fā)射次數(shù)僅有34次。

如此龐大的太空計(jì)劃投入自然少不了!“星鏈”的建設(shè)成本預(yù)計(jì)耗資100億美元。馬斯克宣稱，SpaceX最近的融資“已被超額認(rèn)購”，公司有足夠的資金來建造和發(fā)射足夠的“星鏈”衛(wèi)星。“目前看來，我們有達(dá)到運(yùn)營水平的充足資金。”

另外，馬斯克對“星鏈”的盈利前景非?？春谩ＫJ(rèn)為“星鏈”將搶占全球3%到5%的電信市場，年收入3萬億美元。他說，我們相信這是太空探索技術(shù)公司創(chuàng)收的一種方式，將為開發(fā)越來越先進(jìn)的火箭和宇宙飛船提供資金支持。

衛(wèi)星雖小 也有絕活

再強(qiáng)大的星座也要由一顆顆衛(wèi)星組成!事實(shí)上，SpaceX從2015年1月就開始在華盛頓州雷蒙德建設(shè)自己的衛(wèi)星研發(fā)基地，并著手籌建由1000名工程師組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

搞火箭有絕活的SpaceX，造出來的衛(wèi)星也不同凡響。根據(jù)其公布的資料，每顆“星鏈”衛(wèi)星重約227kg，裝有多個(gè)高通量天線和一個(gè)太陽能電池組，使用以氪為工質(zhì)的霍爾推進(jìn)器提供動(dòng)力，配備和“龍飛船”相似的星敏感器高精度導(dǎo)航系統(tǒng)。更重要的是，為了避免密集的衛(wèi)星和太空垃圾發(fā)生“親密接觸”，導(dǎo)致災(zāi)難性后果，“星鏈”衛(wèi)星能夠自動(dòng)跟蹤軌道附近的太空碎片并避免碰撞。

將近12000顆衛(wèi)星，一旦失效是否會(huì)成為太空垃圾?這是“星鏈”計(jì)劃面臨的最大質(zhì)疑，也是FCC審核這一計(jì)劃的重要環(huán)節(jié)之一。記者查閱了SpaceX遞交給FCC的申請材料，發(fā)現(xiàn)其采用了多項(xiàng)技術(shù)來解決這一問題。

首先，“星鏈”衛(wèi)星采用“輕質(zhì)化”設(shè)計(jì)，高層大氣阻力作用明顯，軌道高度550公里的衛(wèi)星失效后將在5年內(nèi)進(jìn)入大氣燒毀，340公里的衛(wèi)星則只需數(shù)十天。在此基礎(chǔ)上，衛(wèi)星都提前設(shè)計(jì)了自毀程序，在壽命末期即自主離軌，并預(yù)留機(jī)動(dòng)能力避免與其他目標(biāo)相撞。550公里的衛(wèi)星將使用推進(jìn)器反推主動(dòng)降低軌道高度，縮短自毀時(shí)間。

最后，“星鏈”衛(wèi)星的部件都經(jīng)過特別篩選，保證其進(jìn)入大氣層后幾乎完全燒毀，避免留下殘骸砸向地面造成人員傷亡。(胡定坤)

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