星链三发,星船受挫,SpaceX 的太空备忘录 2019

来源:品玩 颛顼

当一箭 60 星成为星际链路卫星(Starlink)的代名词,SpaceX 早已规划好低轨宽带星座的 2020 计划。只要再发射 4 到 6 次,全美用户就有望率先享受到由卫星宽带提供的高速网络。

SpaceX 的新年第一发锁定在北京时间 1 月 7 日的上午 10 时 19 分,搭乘猎鹰9-1.2 型运载火箭的 60 颗 Starlink 卫星在美国卡纳维拉尔空军站执行了第三次发射任务,并在大约 1 小时后完成了星箭分离。

国产 Model 3 交付现场,马氏 Disco的中国首秀 | 极客公园截取

与此同时,飞赴中国上海的太空狂人马斯克切换了身份,以特斯拉 CEO 的身份参加 Model Y 在华量产的启动仪式。或许是沉浸在开年双响炮的欢愉中难以自拔,在国产 Model 3 交付仪式上,他用一支独创的马氏 Disco舞动全场。

对比新造车的困顿,逐鹿太空只会难上加难。无论是星链之于太空网络通讯,亦或是星船之于火星登陆,最终的冲抵,靠的是马斯克的开拓创新和实干精神。

怀揣着对 2020 年的更高展望,SpaceX 在过去一年镌刻的印记,或许更值得予以留念。

由线到面的天基互联网

鸣响新年的礼炮之前,SpaceX 以火箭 52 次连续发射成功的战绩再次刷新了全球运载行业的新记录。在 2019 年完成的 13 次发射任务中,猎鹰 9 号承担了 11 次发射,另外 2 次出动的是由三台核心助推器并联而成的重型猎鹰。

相比于 52:0 的不败纪录,SpaceX 在 2019 年另一项备受瞩目的战果,当属其在 5 月和 11 月执行的一箭 60 星低轨宽带星座的发射任务。在今年 1 月 7 号发射了第三批星链卫星后,共有 180 颗卫星被送至太空。

在 5 月份进行的首射,外界的焦点主要集中在这 60 颗卫星非同寻常的部署方式。简化后的扁平设计、双列各 30 颗的堆叠式排列,其部署方式有别于传统的正规方式。马斯克形象地比喻道:这种显得有些怪异的部署方式就像是在桌上把一摞牌摊开的过程。

卫星发射的次日,马斯克发布了推文,称卫星一切都好。这 60 颗卫星按照原计划被猎鹰9 号火箭送入 440 公里的预定轨道,再通过氪离子推力器,向 550 公里的最终轨道进发。

绕地旋转的人造星座奇观被荷兰卫星跟踪者朗布鲁克捕捉到,从他公布的视频来看,至少有 56 个物体在上空呈一字排开,犹如一串珍珠在夜空掠过。

而马斯克也成为了星链计划的首席体验师。他在家中装配了一台星链终端。在 10 月 22 日一早,他在其 2900 万粉丝的推特账号发布了一条内容:哇,真能用啊!!,以此来表明自己是通过星链卫星经由太空发送的这条推特。

同日,SpaceX 总裁兼 COO 肖特韦尔表示,公司确信在 2020 年年中就能开始通过星链星座在美提供宽带服务。实现这一点只需要发射 6 到 8 批卫星。不过,落实这一计划的最大难点不是发射卫星,而是如何克服用户终端的设计和工程工作的挑战。

毫无疑问,星链计划是迄今为止数量级最庞大的巨型星座,已有 12000 颗 Starlink 卫星获美联邦通信委员会(FCC)批准。实际上,如果实现全球覆盖,只需要发射 24 次就可以搞定。

虽然官方和马斯克本人尚未确定是否需要数量如此之多的卫星,但考虑到给用户带来更多的容量,以及向用户提供定制服务选项,为 SpaceX 打造全球规模最宏大的低轨宽带星座,提供了必要性支撑。

以量取胜的打法或许有效,可 SpaceX 再次实施的扩张性计划引发了外界争议。去年 10 月中旬,SpaceX 向国际电联提出了频谱申请,希望再增设 30000 颗星链卫星,此举遭到了观星族和天文学家的批评,理由是担心 SpaceX 一旦在太空部署成千上万颗卫星后,极有可能给日常天文观测等活动带来不便。

紧凑的设计和堆叠式排列充分利用了猎鹰九号的发射能力 | Starlink 官网

幸好,SpaceX 总裁兼首席运营官肖特韦尔在 2019 年 12 月 6 日对媒体表示,计划在 12 月底(推延至 2020 年 1 月 7 日)发射的下一批 60 颗星链低轨宽带卫星中,选一颗做特殊涂层处理,以减少反光,从而降低给天文观测造成干扰的可能性。不过,这只是一次实验,目的是寻找最优的解决方案。

星链规划的卫星数目之多前所未有。除了要解决卫星对天文观测的不利影响,如何妥善处置报废的卫星,令政府和工业界官员头疼。在首批星链卫星发射后的一个多月,就有 3 颗卫星离群失联。

在去年 6 月底召开的世界安全基金会空间可持续性峰会上,相关议员按 5% 的报废率估测,他们担心拟由数千颗卫星组网的巨型星座会在低地轨道遗撒数以百计的废弃卫星。

为了防止废弃卫星污染太空甚至发生事故,SpaceX 在卫星设计之初就提早做好了防范。官方表示,那些废弃卫星环绕地球运行一段时间后,最终会被地球引力拉拽下来,并在大气层中火化,以支持太空探索公司对清洁太空环境的承诺。

停靠在厂房,等待出厂的猎鹰九号运载火箭 | Pixabay

低成本独占发射优势

如今,垂直起降技术是 SpaceX 运载火箭的对外名片,其可靠性和技术成熟度已在一级火箭多次复用的实践中得以验证,连续发射并完成回收 52 次就说明了一切。今年 1 月 7 日发射的第三批星链卫星,一级火箭使用的就是之前发射过三次的四手火箭。

这枚火箭第一次发射是在 2018 年 9 月,当时从卡纳维拉尔角发射了 Telstar 18 VANTAGE 通信卫星,并在大西洋的 SpaceX 无人驾驶驳船上着陆。第二次发射是 2019 年 1 月进行,把 10 颗铱语音和数据中继卫星送入轨道,并再次降落在海上无人驾驶驳船上。第三次发射用于 2019 年 5 月第一批星链卫星,最终着陆到 SpaceX 回收船上后,对这枚火箭进行了翻新,为第四次发射任务摩拳擦掌。

事实上,SpaceX 的四手火箭并非只此一艘。早在去年 11 月 11 日用于发射第二批星链卫星的猎鹰9-1.2 型火箭,首次复用的整流罩和第 4 次复用的一级火箭成为了外界重点关注的对象。

此前,这枚一级火箭参加的 3 次发射,分别是 2018 年 7 月 25 日和 10 月 8 日在范登堡空军基地进行的下一代铱一箭十星发射和阿根廷对地观测卫星发射,以及 2019 年 2 月 21 日在卡角进行的印尼通信卫星和以色列创世纪月球着陆器发射。

事后,马斯克表示,这种 5 型箭在设计之初就能满足在无需例行整修的情况下反复使用 10 次,若做适当的例行维护可用 100 次之久。

SapceX 不仅通过星链卫星在全世界掀起了卫星宽带热潮,跃居全世界商业卫星第一舰队的拥有者,而且通过一系列的技术创新来降低成本,让 SpaceX 的火箭发射报价非常诱人。其中,SpaceX 抓住火箭垂直起降回收技术的优势,通过可多次使用的火箭大幅节省了发射成本,提高了发射频次。这意味着一旦调低发射报价,刺激市场需求,SpaceX 同样有能力应付日益增多的卫星客户。

马斯克为猎鹰九号找到了商业创新场景,一项名为 SmallSat rideshare的服务在去年 8 月官宣,提供的服务是在现有的近地轨道发射任务中,为客户提供太空拼车的机会,帮助他们把卫星顺利送上太空。

SmallSat rideshare 能够提供相较于竞争对手更快、更实惠的卫星发射入轨服务 | SpaceX 官网

和以往搭便车最大的区别在于,SpaceX 帮助了小卫星摆脱了主卫星发射时间的约束,即发射时间不再受制主卫星的时间。只要卫星公司提前预约,就可以按照 SpaceX 给出的可选时间准时发射。

SpaceX 官方账号在社交媒体称,拼单业务可为小型卫星制造商提供业内领先的专属服务,且成本仅为传统任务的九牛一毛。这一服务将从 2020 年 3 月起实施,每个月至少一次发射机会,200 公斤重的小卫星收费标准为 100 万美元起,最低报价和一箭 60 星的成本不相上下。若要享受最实惠的价格,需要至少提前一年预约。

首家签单的客户是天上运输企业莫门图斯 (Momentus),该公司将在未来的一次专享拼单的发射任务中,搭乘猎鹰九号把其活力骑乘拖船送上太空。

而加拿大多伦多卫星物联网创企开普勒通信公司在 2019 年 12 月 11 日宣布,已订购 SpaceX 400 公斤的拼单发射能力,用来在明年发射其物联网立方星。拼单发射合同价格与太空探索公司对 200 公斤拼单能力 100 万美元的报价大致相符。

星球穿梭的未来进行时

自成立之日起,SpaceX 的主要目标就是要帮助让人类成为一个多星球物种。马斯克希望创造一种能够使火星旅行的价格降低至 20 万美元的交通工具。

2018 年 9 月 18 日,SpaceX 与日本最大时尚在线网站 Zozotown 创始人、43 岁的前沢友作(Yusaku Maezawa)签订合同。售出整艘超重巨型火箭,成为首位绕月航行乘客。他计划在 2023 年邀请全球 6 至 8 位艺术家,一同乘坐星船进行绕月飞行。

作为替代现役猎鹰九号和重型猎鹰的新运载系统,可完全可重复使用的超重巨型火箭以及星船客运飞行器,肩负着奔向月球和移民火星的重任,其研发难度和成本远高于猎鹰九号和重型猎鹰。

以 SpaceX 研发的载人火星飞船为例,这个在设想中可以将宇航员运送至火星的项目,研发耗资预期达 100 亿美元。要知道,SpaceX 近两年来的营收维持在 20 亿到 25 亿美元之间。即便如此,马斯克未曾因为烧钱而叫停项目。

2019 年 3 月 2 日,猎鹰九号火箭把 SpaceX 研发的第二代龙飞船载人龙送入太空,并于 24 小时后主动对接国际空间站。虽然是一次不载人试飞,但可承载 7 名航天员的载人龙飞船作为现役运量最大的载人飞船,是继 2011 年航天飞机黯然退役后,曾将人类 6 次送上月球的美国,经过 8 年的漫长空档期,终于恢复了将人类送入太空的能力。

但遗憾的是,载人龙飞船在 4 月 20 日发动机试车发生了爆炸事故,直接对 NASA 重启从宇航员上天计划产生了影响。同时,原定不早于 7 月 25 日进行代号为验证2 的载人试飞,也因为这次事故一再推迟。

测试之前的星船 MK1,也是第一枚完整尺寸试验箭 | SpaceX 官网

而耸立在夜空之下,等待起飞的星船 MK1,在 2019 年 11 月 21 日于美国得克萨斯州进行地面压力测试时舱壁爆裂,顶端炸飞。每一次的试验,都是人类实现殖民火星梦想的一次尝试。而每一次的失败,都没有击垮一心期望探月登火的马斯克。

从 2002 年一路至今,马斯克经历过 SpaceX 的频临破产、难以翻身、凝重绝望和身心俱疲。这家公司塑造过不少丰碑,也数次坠入谷底。我们知道这会很艰难,否则也不会叫 rocket science 了,马斯克曾用此话鼓舞员工。

我们得振作起来,拍拍身上的尘土往前走,前面还有好多事要做。已经 20 多个小时没有合眼的马斯克,依然带着坚韧和激情的语气对员工说,“从我个人来说,我绝不会放弃,永远不会。”他告诉同事,只要和他站在一起,就会取得最终的胜利。


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