航空知識 文/ 太空精釀

今天晚上27日20：37分開始，在北京西北偏西方向，會看到一串星鏈飛過天空！大約在20：41分，這串星鏈的第一顆進入地影。20：53分，第二批星鏈同相同的位置出現。呼和浩特，北京，石家莊，濟南沿線兩側的許多城市上空都能看到。

如果今天錯過了，28號依然可以看到。28號北京星鏈出現的時間為19：34分和20：46分。各地的觀測信息可以使用heavens-above.com查詢。

什麽是“星鏈”？

注：本文首發於《航空知識》2020-01期，作者：太空精釀。借此大家欣賞“星鏈”之際為大家科普，SpaceX為什麽要發“星鏈”。

“星鏈”是一個SpaceX提出的服務於地麵和低空通信的全球低軌衛星網絡，完整計劃是分布在兩個低軌軌道的共計12000顆衛星。它並不是國際上第一個提出的低軌衛星通信係統，但如今是建造最快也最有可能成型的。早在2018年2月，SpaceX就發射了發射兩顆實驗星，致敬《丁丁曆險記》將兩顆衛星分別命名為“丁丁A”和“丁丁B”，兩顆衛星大獲成功。

2019年5月，SpaceX利用自家“獵鷹9號”火箭，首次發射了“星鏈”第一批60顆衛星，依然帶有實驗性質。而僅半年後就發射了正式組網的首批60顆星，且每次都有很大的技術迭代，例如性價比高的氪電離推進、較強自主變軌能力和Ka/Ku/V波段通信能力、星間鏈路等都有了很大的進步。

本次發射的60枚衛星，最核心的通信能力將集中在Ka/Ku/V頻段。從目前的實驗衛星初步測試結果來看，已經可以實現超過600
Mbps的速度，遠超生活中接觸到的網速。其長遠設計指標在1 Gbps以上。

近日，SpaceX又獲批了30000顆衛星發射指標，這意味著“星鏈”被允許的發射極限是42000顆衛星。這組數據意味著什麽？要知道，截至目前人類曆史上總共僅發射過8000餘顆衛星。在實際運行中，12000顆就足以實現全部設計目標。

SpaceX此前主業並非低軌衛星通信網絡，但它轉向這個領域也有著巨大的長遠考量。作為一個有著超強技術創新能力的商業航天公司，
SpaceX手裏有一係列世界領先的航天產品：世界唯二可回收複用火箭（“獵鷹9號”和“獵鷹重型”）、世界唯一可回收複用貨運飛船（“龍”）、世界唯一可回收複用載人飛船（“龍-2”）、世界現役最強火箭（“獵鷹重型”還有測試中的大獵鷹重型火箭和火星探測飛船（“大獵鷹”火箭和“星艦”），已然是個航天大國的標配。

SpaceX戰績斐然：自從2015年12月首次實現“獵鷹9號”火箭回收以來，SpaceX在4年內共計執行了55次任務，僅有一次地麵測試時故障，這個成功率很高。憑借優異的表現和低廉的價格，SpaceX
“血洗”了國際航天發射市場。4年內（截至2019年11月13日），美國共計有109次發射，SpaceX獨占55次，極大擠壓了洛克希德馬丁、波音、諾格這三大軍工巨頭的發射市場。單在2019年，就逼迫聯合發射同盟的“德爾塔M+(5,4)”和“德爾塔M+(4,2)”兩型火箭退役。

“獵鷹”9號在性價比方麵已經超越“德爾塔”4重型、俄羅斯最強的“質子”M/M+和中國“長征”5號。

即便戰績如此輝煌，SpaceX也僅在2016年勉強開始盈利，但這些產品依然有很大的缺點：很難實現大規模盈利。例如，即便SpaceX做到一年20枚火箭發射、每枚賺取1000萬美元純利潤，也僅為2億美元利潤而已，甚至無法應對某次失敗造成的損失和賠償。為獲得更高利潤、利用利潤進一步進行科技研發、擴大自己的航天帝國，SpaceX把目光瞄向了低軌衛星通信網絡這一巨大紅海市場。

地球網兜

電話、語音、視頻這類現代人類已經習慣、甚至無法離開的時時通信，需要信號基站、電纜網絡、高軌通信衛星等硬件的支持。然而，世界遠比城市中人們想象的廣闊，大量的海洋、荒原、冰川、沙漠、高山地區人煙稀少，非城市區域占據了地球麵積的95%以上，建立基礎通信設施成本巨大，遠超城市人口密集區。但又不得不建，遠洋海運、空中交通、科考勘探等與人類生活中息息相關的應用都需要鋪蓋麵更廣的通信網。以客運飛機為例，現在部分航空公司提供的機上通信服務一般是通過高軌通信衛星實現，但價格極其昂貴。筆者近期體驗的某航空公司機上Wi-Fi價格高達10美元/小時，但網速僅夠處理一些文本和少量圖片。

低軌衛星通信網絡的市場到底有多大也是眾說紛紜，從數百億到萬億美元的評價都有。但可以確定的是，它的潛力不可低估，即便能取代傳統通信業務中的一小部分，也將是個巨大的市場。以中國移動為例，2017年的營業額接近1000億美元，且利潤豐厚。在這種前提下，空客、穀歌、三星、一網、亞馬遜等公司都提出建立低軌通信網絡，但之所以進度如此之慢、甚至取消，有個很重要的問題依然在於建設成本。

低成本星箭係統

而SpaceX的巨大優勢恰好是：低成本。衛星建造由批量化生產的微小衛星構成，單價可以低至100萬美元左右；發射升空由自家極低成本的“N手”火箭完成，“獵鷹”9號可一次部署至少60顆，而“獵鷹重型”理論上則可部署數百顆。總費用預計能在150萬美元/顆，遠遠低於其他公司提出的方案。

因而，理想情況下，“星鏈”全係統12000顆衛星的總建設成本大約在180億美元左右，即便認為這些衛星壽命在6年左右、每年需要替換約2000顆，也僅是每年30多億美元的運營成本，這遠不是其他係統能夠做到的低成本，比起潛在的百億千億市場可能微不足道。

如果考慮到軍用價值，前景可能更為廣闊。世界最知名的例子莫過於“銥星”係統的死而複生：曾經的第一代“銥星”係統經曆了還未開始全麵營業就破產的慘劇，但後來的軍用訂單不僅讓它死而複生，還積累了足夠的利潤建立起第二代係統。有意思的是，剛剛建立的第二代“銥星”係統全是SpaceX火箭發射完成的。

在本次發射任務之前，“星鏈”也為軍方做了實驗，美軍一架C-12運輸機實現了610
Mbps的網絡通信速度，通訊時延僅幾十毫秒。這不僅遠高、遠快於軍用通信衛星的網絡服務，SpaceX的報價或許也僅是軍星的九牛一毛。

不過，SpaceX的“星鏈”係統也並非沒有缺點。一方麵，這些衛星數量已經超過了以往所有衛星的總和，上萬顆衛星在太空，一旦故障、發生碰撞等會產生大量的太空垃圾。另一方麵，也有天文學家抱怨這麽多衛星會幹擾天文觀測質量，影響科研。

為了應對這些挑戰，“星鏈”係統在設計時也進行了優化。一方麵，軌道高度偏低依然存在一定稀薄大氣，微弱的阻力會在幾年內將衛星自然帶入大氣焚毀，SpaceX在設計時也選擇了100%能焚毀的材料；另一方麵，氪離子電推進係統也會在衛星壽命末端工作，自主進入大氣焚毀。不過最終效果如何，還待進一步觀察。

航天改變生活，例如GPS和北鬥衛星導航係統已經完全顛覆了人類對時間和空間的認知。低軌衛星通信網絡，或許會成為影響我們生活的下一個爆發點。

華客網：抬頭看！今晚，期待已久的“星鏈”來了！