SpaceX首批60顆「星鏈」衛星升空！開啟太空互聯網新篇章

科技 05-24

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視頻：SpaceX發射Starlink衛星將為全球提供互聯網服務，時長約1分33秒

來源 / 騰訊科技（ID：qqtech）

作者 / 喬輝

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首先火箭把這批衛星部署到440公里的軌道上，然後衛星依靠自身的動力爬升至550公里的既定高度。這批衛星是用於進一步驗證「星鏈」（Starlink）計劃的。今年內，SpaceX將會發射真正用於實際通信的衛星。

預估耗資100億美元的「星鏈」

「星鏈」是SpaceX公司正在研發的「衛星星座」工程，致力於形成一個低成本、高覆蓋的天基全球通訊系統。SpaceX也計劃向軍方和科研機構售賣衛星服務。星鏈網路需要10多年才能構建完成，預估耗資100億美元。

2015年星鏈計劃啟動，2018年2月份，兩顆原型測試衛星進入太空，本次發射是第二批測試衛星，也是首次大規模投放試驗，總共60顆衛星，作為試驗衛星，它們之間並沒有激光鏈路相連，但有與地面通信的能力，隨著後續持續新衛星的發射，早期的這些衛星會被逐漸取代。據計算，如果想對地球進行最小程度的寬頻覆蓋，也至少要360顆衛星才行，720顆衛星能夠完成中等程度的覆蓋。預計最早2020年才能夠開始投入商業運營。

星鏈這個名字起得很有詩意，寓意是通過技術手段把上萬顆衛星鏈接成一張巨大的通信網路。上面我們也提到，本次發射尚屬於試驗性質，衛星和衛星之間還不能採用激光相互通信。在未來，衛星和衛星的通信採用激光，因為傳統的微波通信受到傳輸容量的限制，成為星間通信「瓶頸」。現代的衛星通信在準確的基礎上，需要量大、實時、傳輸距離遠，這要求衛星通信具有更高的傳輸數據率。星間激光通信所利用的激光比微波頻率高3至4個數量級。據通信專家介紹，星間激光通信無需頻率申請許可，而傳統的無線電波頻段是戰略資源，目前國際電聯嚴格管控星載微波頻段，很難申請大容量數據帶寬，激光通信意味著繞開了「管制空路」，獲得了更廣闊的便利空間。星間激光通信具有比微波更窄的波束，信號覆蓋範圍很小，因而具有很好的抗干擾和抗截獲能力。

如何布局12000顆衛星？

根據計劃，星鏈系統總共由大約12000顆衛星組成，這些眾多的衛星分布在三個不同的軌道高度層上。這1萬多顆衛星的軌位資源來之不易，是SpaceX公司與美國聯邦通信委員會（FCC）多次申請的結果。

衛星的布局方式曾經多次進行調整，據最新的消息是：有大約7500顆衛星運行在340公里的軌道上；大約1600顆衛星運行在550公里的軌道上；大約2800顆衛星運行在1150公里的軌道上。

其中，340公里軌道上的衛星採用的是V波段進行通訊，550公里高度和1150公里高度上的衛星採用的Ku和Ka波段。

我們知道，電磁波譜是按照頻率由低到高排列而成的，光也是一種電磁波，只不過頻率更高一些，高達300THz左右。

V波段的頻率為60-80GHz；K波段的頻率為18-27GHz；Ku的含義是比K波段的頻道要低（under），頻率為12-18GHz，Ka的含義是比K波段的頻道要高（above），頻率為27-40GHz。

V波段在通訊中較少使用，星鏈中超過半數的衛星都處於該波段，運行在最低的340公里高的軌道上。換算一下可知，V波段的波長介於6mm到8mm之間，屬於毫米波。前段時間，拍攝黑洞第一幅照片使用的電磁波波長為1.5mm，屬於同一類。

我們再來看一下衛星分布高度的玄機：三層星鏈衛星都是低軌衛星，相比之下，地球同步靜止軌道上的衛星要遠得多，達到了36000公里的高度。低軌的好處是信號延遲短，這當然是由於近的原因，雖然信號以光速前進，但對時間很敏感的儀器來講，還是有很大差別的。同步軌道上的衛星延遲大約477毫秒，星鏈衛星的延遲僅僅25到35毫秒，能夠達到光纖的程度。

據悉，首先完成組網的將是處於550公里高度上的1584顆衛星，這1584顆衛星將分布在40個軌道平面上，每個軌道平面容納66顆衛星，軌道傾角為25度，比其他兩個軌道層上的衛星傾角要小。

大家會注意到，有超過半數的衛星位於最低的340公里的軌道上。在這種軌道上的衛星受到的運行阻力較大，雖然100公里的高度規定為太空，但340公里的高度還是有稀薄的氣體對衛星的運行造成阻力的，不知道SpaceX利用了什麼樣的黑科技來克服這種先天劣勢。

小步快跑，迅速迭代

SpaceX公司高效的運作方式給人留下深刻的印象，從獵鷹1火箭到獵鷹9火箭，從重型獵鷹到龍飛船，都是在迅速迭代過程中逐漸成熟起來的，幾乎沒聽說有「定型」這一說。同樣，在星鏈衛星的研發上，也是本著這種原則，12000多顆衛星不斷發射不斷優化改進。每顆衛星重約227公斤，搭載有一個扁平的高通量天線和單個太陽能發電板。60顆這種衛星也恰恰能夠充分利用獵鷹9的運載能力。

衛星配備先進的離子推進器

每顆星鏈衛星上都搭載有離子推進器（霍爾推進器），能夠調整衛星在軌道上的位置，維持軌道高度，能夠在衛星報廢后的主動脫軌，甚至能夠主動躲避太空垃圾的碰撞等等。

離子推進器在航天器中有著越來越廣泛的應用，雖然這種推進器推力有限，但經過長時間的衝量積累，也能對航天器產生可觀的速度改變。離子推進器最大的優點是比沖大，比沖大意味著能夠減少燃料的攜帶，減輕衛星的重量。

通常，離子推進器大多採用「氙」作為離子源，但星鏈衛星上採用的是氙的同族元素，另一種惰性氣體」氪「做離子源，這可能是後者的價格比前者便宜吧。因為我們都知道馬斯克已經節約到了」撿破爛「的程度，航天愛好者們私下稱他為」破爛王「。因為每次火箭發射，他把能夠回收的東西都回收，除了火箭一級助推器和芯級以外，整流罩也不放過。

每顆衛星的使用壽命大約為5到7年，退役後，推進器主動為衛星減速促使其脫軌，脫軌後的衛星會墜入大氣層焚毀。目前，星鏈衛星能夠做到燃燒掉95%的重量，隨著技術的迭代，未來的衛星能夠做到100%的銷毀，不對對面上的人或建築造成任何可能的傷害。

激烈的市場競爭

我們知道，最近幾年「衛星星座」非常熱門，也是各路衛星公司「講故事」的高頻辭彙。總部位於英國的「OneWeb」衛星公司是SpaceX非常強勁的競爭對手。這家公司幾乎與SpaceX同時提出了相似的衛星部署藍圖。2019年2月28日，OneWeb已利用俄羅斯的聯盟火箭把6顆衛星送入軌道，計劃部署衛星的數量為650顆。