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星链三发,星船受挫,SpaceX 的太空备忘录 2019

极客公园 · 2020-01-09
星际穿越虽未到说走就走,但 SpaceX 已是太空「进击的巨人」的化身。

编者按:本文来自微信公众号“极客公园”(ID:geekpark),作者:包校千,36氪经授权发布。

星际穿越虽未到说走就走,但 SpaceX 已是太空「进击的巨人」的化身。

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。

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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。

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2019年5月23日,SpaceX卫星互联网项目「星链」迎来首次发射 | 视觉中国

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。

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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。

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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。

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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。

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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。

图片来源:卧虫

图片来源:Pixabay、SpaceX、Starlink

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