文章來自微信公眾號:極客公園(ID:geekpark),原標題:《星鏈三發,星船受挫,SpaceX 的太空備忘錄 2019》,作者:包校千
當「一箭 60 星」成為星際鏈路衛星(Starlink)的代名詞,SpaceX 早已規劃好低軌寬帶星座的 2020 計劃。只要再發射 4 到 6 次,全美用戶就有望率先享受到由衛星寬帶提供的高速網絡。
SpaceX 的「新年第一發」鎖定在香港時間 1 月 7 日的上午 10 時 19 分,搭乘「獵鷹」9-1.2 型運載火箭的 60 顆 Starlink 衛星在美國卡納維拉爾空軍站執行了第三次發射任務,並在大約 1 小時後完成了星箭分離。
國產 Model 3 交付現場,「馬氏 Disco」的中國首秀 | 極客公園截取
與此同時,飛赴中國上海的「太空狂人」馬斯克切換了身份,以特斯拉 CEO 的身份參加 Model Y 在華量產的啟動儀式。或許是沉浸在開年雙響炮的歡愉中難以自拔,在國產 Model 3 交付儀式上,他用一支獨創的「馬氏 Disco」舞動全場。
對比新造車的困頓,逐鹿太空只會難上加難。無論是星鏈之於太空網絡通訊,亦或是星船之於火星登陸,最終的衝抵,靠的是馬斯克的開拓創新和實幹精神。
懷揣著對 2020 年的更高展望,SpaceX 在過去一年鐫刻的印記,或許更值得予以留念。
由線到面的天基互聯網
鳴響新年的禮炮之前,SpaceX 以火箭 52 次連續發射成功的戰績再次刷新了全球運載行業的新記錄。在 2019 年完成的 13 次發射任務中,獵鷹 9 號承擔了 11 次發射,另外 2 次出動的是由三台核心助推器並聯而成的重型獵鷹。
相比於 52:0 的不敗紀錄,SpaceX 在 2019 年另一項備受矚目的戰果,當屬其在 5 月和 11 月執行的「一箭 60 星」低軌寬帶星座的發射任務。在今年 1 月 7 號發射了第三批星鏈衛星後,共有 180 顆衛星被送至太空。
在 5 月份進行的首射,外界的焦點主要集中在這 60 顆衛星非同尋常的部署方式。簡化後的扁平設計、雙列各 30 顆的堆疊式排列,其部署方式有別於傳統的「正規方式」。馬斯克形象地比喻道:「這種顯得有些「怪異」的部署方式就像是在桌上把一摞牌攤開的過程。」
衛星發射的次日,馬斯克發布了推文,稱衛星「一切都好」。這 60 顆衛星按照原計劃被「獵鷹」9 號火箭送入 440 公里的預定軌道,再通過氪離子推力器,向 550 公里的最終軌道進發。
繞地旋轉的人造星座奇觀被荷蘭衛星跟蹤者朗布魯克捕捉到,從他公布的視頻來看,至少有 56 個物體在上空呈一字排開,猶如一串珍珠在夜空掠過。
而馬斯克也成為了星鏈計劃的首席體驗師。他在家中裝配了一台「星鏈」終端。在 10 月 22 日一早,他在其 2900 萬粉絲的推特賬號發布了一條內容:「哇,真能用啊!!」,以此來表明自己是通過星鏈衛星經由太空發送的這條推特。
同日,SpaceX 總裁兼 COO 肖特韋爾表示,公司確信在 2020 年年中就能開始通過「星鏈」星座在美提供寬帶服務。實現這一點只需要發射 6 到 8 批衛星。不過,落實這一計劃的最大難點不是發射衛星,而是如何克服用戶終端的設計和工程工作的挑戰。
毫無疑問,星鏈計劃是迄今為止數量級最龐大的巨型星座,已有 12000 顆 Starlink 衛星獲美聯邦通信委員會(FCC)批準。實際上,如果實現全球覆蓋,只需要發射 24 次就可以搞定。
雖然官方和馬斯克本人尚未確定是否需要數量如此之多的衛星,但考慮到「給用戶帶來更多的容量」,以及向用戶提供定製服務選項,為 SpaceX 打造全球規模最宏大的低軌寬帶星座,提供了必要性支撐。
以量取勝的打法或許有效,可 SpaceX 再次實施的擴張性計劃引發了外界爭議。去年 10 月中旬,SpaceX 向國際電聯提出了頻譜申請,希望再增設 30000 顆星鏈衛星,此舉遭到了觀星族和天文學家的批評,理由是擔心 SpaceX 一旦在太空部署成千上萬顆衛星後,極有可能給日常天文觀測等活動帶來不便。
緊湊的設計和堆疊式排列充分利用了獵鷹九號的發射能力 | Starlink 官網
幸好,SpaceX 總裁兼首席運營官肖特韋爾在 2019 年 12 月 6 日對媒體表示,計劃在 12 月底(推延至 2020 年 1 月 7 日)發射的下一批 60 顆「星鏈」低軌寬帶衛星中,選一顆做特殊塗層處理,以減少反光,從而降低給天文觀測造成幹擾的可能性。不過,「這只是一次實驗,目的是尋找最優的解決方案。」
星鏈規劃的衛星數目之多前所未有。除了要解決衛星對天文觀測的不利影響,如何妥善處置報廢的衛星,令政府和工業界官員頭疼。在首批星鏈衛星發射後的一個多月,就有 3 顆衛星離群失聯。
在去年 6 月底召開的世界安全基金會空間可持續性峰會上,相關議員按 5% 的報廢率估測,他們擔心擬由數千顆衛星組網的巨型星座會在低地軌道「遺撒」數以百計的廢棄衛星。
為了防止廢棄衛星汙染太空甚至發生事故,SpaceX 在衛星設計之初就提早做好了防範。官方表示,那些廢棄衛星環繞地球運行一段時間後,最終會被地球引力拉拽下來,並在大氣層中火化,以支持太空探索公司對清潔太空環境的承諾。
停靠在廠房,等待出廠的獵鷹九號運載火箭 | Pixabay
低成本獨占發射優勢
如今,垂直起降技術是 SpaceX 運載火箭的對外名片,其可靠性和技術成熟度已在一級火箭多次復用的實踐中得以驗證,連續發射並完成回收 52 次就說明了一切。今年 1 月 7 日發射的第三批星鏈衛星,一級火箭使用的就是之前發射過三次的「四手火箭」。
這枚火箭第一次發射是在 2018 年 9 月,當時從卡納維拉爾角發射了 Telstar 18 VANTAGE 通信衛星,並在大西洋的 SpaceX 無人駕駛駁船上著陸。第二次發射是 2019 年 1 月進行,把 10 顆銥語音和數據中繼衛星送入軌道,並再次降落在海上無人駕駛駁船上。第三次發射用於 2019 年 5 月第一批星鏈衛星,最終著陸到 SpaceX 回收船上後,對這枚火箭進行了翻新,為第四次發射任務摩拳擦掌。
事實上,SpaceX 的「四手火箭」並非只此一艘。早在去年 11 月 11 日用於發射第二批「星鏈」衛星的「獵鷹」9-1.2 型火箭,首次復用的整流罩和第 4 次復用的一級火箭成為了外界重點關注的對象。
此前,這枚一級火箭參加的 3 次發射,分別是 2018 年 7 月 25 日和 10 月 8 日在範登堡空軍基地進行的「下一代銥」一箭十星發射和阿根廷對地觀測衛星發射,以及 2019 年 2 月 21 日在卡角進行的印尼通信衛星和以色列「創世紀」月球著陸器發射。
事後,馬斯克表示,這種 5 型箭在設計之初就能滿足「在無需例行整修的情況下」反復使用 10 次,若「做適當的例行維護」可用 100 次之久。
SapceX 不僅通過星鏈衛星在全世界掀起了「衛星寬帶」熱潮,躍居全世界商業衛星第一艦隊的擁有者,而且通過一系列的技術創新來降低成本,讓 SpaceX 的火箭發射報價非常誘人。其中,SpaceX 抓住火箭垂直起降回收技術的優勢,通過可多次使用的火箭大幅節省了發射成本,提高了發射頻次。這意味著一旦調低發射報價,刺激市場需求,SpaceX 同樣有能力應付日益增多的衛星客戶。
馬斯克為獵鷹九號找到了商業創新場景,一項名為 「SmallSat rideshare」的服務在去年 8 月官宣,提供的服務是在現有的近地軌道發射任務中,為客戶提供「太空拼車」的機會,幫助他們把衛星順利送上太空。
SmallSat rideshare 能夠提供相較於競爭對手更快、更實惠的衛星發射入軌服務 | SpaceX 官網
和以往搭便車最大的區別在於,SpaceX 幫助了小衛星擺脫了主衛星發射時間的約束,即發射時間不再受製主衛星的時間。只要衛星公司提前預約,就可以按照 SpaceX 給出的可選時間準時發射。
SpaceX 官方賬號在社交媒體稱,拼單業務可為小型衛星製造商提供業內領先的專屬服務,且成本僅為傳統任務的九牛一毛。這一服務將從 2020 年 3 月起實施,每個月至少一次發射機會,200 公斤重的小衛星收費標準為 100 萬美元起,最低報價和一箭 60 星的成本不相上下。若要享受最實惠的價格,需要至少提前一年預約。
首家簽單的客戶是天上運輸企業莫門圖斯 (Momentus),該公司將在未來的一次專享拼單的發射任務中,搭乘「獵鷹」九號把其「活力騎乘」拖船送上太空。
而加拿大多倫多衛星物聯網創企開普勒通信公司在 2019 年 12 月 11 日宣布,已訂購 SpaceX 400 公斤的拼單發射能力,用來在明年發射其物聯網立方星。拼單發射合同價格與太空探索公司對 200 公斤拼單能力 100 萬美元的報價「大致相符」。
星球穿梭的未來進行時
自成立之日起,SpaceX 的主要目標就是要幫助讓人類成為一個多星球物種。馬斯克希望創造一種能夠使火星旅行的價格降低至 20 萬美元的交通工具。
2018 年 9 月 18 日,SpaceX 與日本最大時尚在線網站 Zozotown 創始人、43 歲的前沢友作(Yusaku Maezawa)簽訂合同。售出整艘「超重」巨型火箭,成為首位繞月航行乘客。他計劃在 2023 年邀請全球 6 位至 8 位藝術家,一同乘坐「星船」進行繞月飛行。
作為替代現役獵鷹九號和重型獵鷹的新運載系統,可完全可重復使用的「超重」巨型火箭以及「星船」客運飛行器,肩負著奔向月球和移民火星的重任,其研發難度和成本遠高於獵鷹九號和重型獵鷹。
以 SpaceX 研發的載人火星飛船為例,這個在設想中可以將宇航員運送至火星的項目,研發耗資預期達 100 億美元。要知道,SpaceX 近兩年來的營收維持在 20 億到 25 億美元之間。即便如此,馬斯克未曾因為燒錢而叫停項目。
2019 年 3 月 2 日,獵鷹九號火箭把 SpaceX 研發的第二代龍飛船「載人龍送入太空,並於 24 小時後主動對接國際空間站。雖然是一次不載人試飛,但可承載 7 名航天員的載人龍飛船作為現役運量最大的載人飛船,是繼 2011 年航天飛機黯然退役後,曾將人類 6 次送上月球的美國,經過 8 年的漫長空檔期,終於恢復了將人類送入太空的能力。
但遺憾的是,「載人龍」飛船在 4 月 20 日發動機試車發生了爆炸事故,直接對 NASA 重啟從宇航員上天計劃產生了影響。同時,原定不早於 7 月 25 日進行代號為「驗證」2 的載人試飛,也因為這次事故一再推遲。
測試之前的星船 MK1,也是第一枚完整尺寸試驗箭 | SpaceX 官網
而聳立在夜空之下,等待起飛的星船 MK1,在 2019 年 11 月 21 日於美國得克薩斯州進行地面壓力測試時艙壁爆裂,頂端炸飛。每一次的試驗,都是人類實現殖民火星夢想的一次嚐試。而每一次的失敗,都沒有擊垮一心期望探月登火的馬斯克。
從 2002 年一路至今,馬斯克經歷過 SpaceX 的頻臨破產、難以翻身、凝重絕望和身心俱疲。這家公司塑造過不少豐碑,也數次墜入谷底。「我們知道這會很艱難,否則也不會叫 rocket science 了」,馬斯克曾用此話鼓舞員工。
「我們得振作起來,拍拍身上的塵土往前走,前面還有好多事要做。」已經 20 多個小時沒有合眼的馬斯克,依然帶著堅韌和激情的語氣對員工說,「從我個人來說,我絕不會放棄,永遠不會。」他告訴同事,只要和他站在一起,就會取得最終的勝利。
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