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科技
作者:赵佳雯-EO
2020-02-26 10:45
[亿欧导读]

虽然目前星链星座的数量和发射频次稳居世界第一,但实际应用效果存疑。待星座建设完成,是否能按马斯克计划占有3%的太空互联网市场份额也未可知。

美国东部时间2月17日上午10时05分,SpaceX在卡纳维拉尔角空军站成功发射了第五批60颗星链卫星,这是它在2020年的第三次星链发射任务。

 本次发射,SpaceX要把60颗平板式星链卫星送入近地点212公里、远地点386公里、倾角53度的椭圆轨道。起飞后约15分钟星箭分离,位置是北大西洋上空。经地面数据研判证实卫星状态正常后,卫星会利用星上推力器变轨进入高约550公里的工作轨道。SpaceX称,把卫星部署到较低轨道是为了有时间在升轨前对卫星进行检查。 

截至目前,SpaceX已经累计发射302颗星链卫星(包含2颗试验星),已成为世界上部署卫星最多的商业航天公司。不久前,有媒体报道称,SpaceX首席运营官兼总裁格温·肖特维尔在一次私人会议上透露,星链项目可能会被剥离为一家独立的公司并上市,马斯克的个人财富可能会超过亚马逊的创始人贝佐斯成为新的世界首富。不过,肖特维尔也明确表示,SpaceX并不急于这么做。

马斯克本人也曾提到,SpaceX每年运营火箭发射任务可以获得30亿美元的收入,而太空互联网服务的市场规模将近一万亿美元,星链项目将占到3%-5%的市场份额。比起火箭发射,这门生意更加有利可图。

且在太空互联网建设上,OneWeb近地轨道卫星数仅40颗,亚马逊的柯伊伯星座尚未发射,SpaceX已走在前列。长此以往,星链星座项目或将成为SpaceX最大收入来源。 

星链星座的建设现状 

2015年1月,SpaceX正式提出星链星座计划,为用户提供容量达1Gbps、延迟低于25ms的宽带服务。2016年11月,SpaceX向美国联邦通讯委员会提出申请,计划部署使用Ku/Ka频段的非地球静止卫星轨道(NGSO)大型星座。在这份文件中,SpaceX提出将发射4425颗卫星,轨道为1110km-1325km之间,每颗卫星不包含太阳能电池板重量约386公斤。该申请于2018年3月被批准。

2018年11月,SpaceX再次向美国联邦通讯委员会提出申请,计划在V频段新增7518颗星链卫星。最初,SpaceX计划将这批卫星送入335km-346km的高空中。但340km的极地地球大气阻力相当大,卫星寿命比较短。2019年4月,联邦通讯委员会批准了这一请求。

2019年10月,马斯克宣布计划再添加30000颗星链卫星,使星座达到42000颗以上的水平。不过当前,联邦通讯委员会未置可否。

SpaceX计划分三阶段部署4425颗卫星:最初部署1584颗卫星,轨道高度为550km,(系统在首批800颗卫星发射后开始运行);第二批2800余颗卫星将被送往1150km的轨道高度;最后一批7518颗卫星将搭乘重型猎鹰,在340km的高空上工作。 

星链卫星历次发射盘点

星链卫星历次发射盘点   

截至目前,星链卫星已完成6次发射。

2019年5月24日,SpaceX发射了星链星座计划的第一批60颗卫星。这批卫星每颗重227公斤,轨道高度为550km。到发射后第5周,60颗卫星中有57颗处于“健康”状态,3颗已停止运行。截至2019年10月31日,已有49颗卫星在550km的目标轨道上运行,其他卫星仍在继续升高轨道。

其中,该批卫星仅支持Ku波段通信,原计划的Ka频段和V频段不见踪影,星间激光通信也不存在,使用动量轮的自主碰撞规避系统同样也没有安装的迹象。SPACEX也承认,这批卫星属于"0.9"版本。 

随后,2019年11月11日,第二批60颗星链卫星被送入太空。该批卫星被称为“1.0”版本,每颗卫星重260公斤,增加了Ka波段天线,并对生产材料进行了改进,使其在重返大气层时能够100%烧毁。但“1.0”版本仍然没有星间激光通信。而后三批被送入太空的星链卫星均发射成功,但同样都属于“1.0”版本。

星链星座系统将使用Ku波段进行用户链路,Ka波段用于馈线链路。具体而言,10.7-12.7GHz和14.0-14.5GHz频段将分别用于用户下行链路和用户上行链路;而17.8-18.6GHz、18.8-19.3GHz和27.5-29.1GHz、29.5-30.0GHz频段将分别用于馈线下行链路和馈线上行链路;12.15-12.25GHz、18.55-18.60 GHz和13.85-14.00GHz将分别用于测控下行链路和测控上行链路。

星座意义及目前面临的问题

按照计划,星链星座的第一期卫星的单星通信容量约可达到17-23Gbps。整个星座的数据吞吐量可达到100Tbps左右。卫星使用了大功率相控阵天线,可以高效分配若干点状波束连接终端,地面客户只需要使用"一个披萨饼"大小的天线就可以与卫星开展通信。同时,卫星之间采用激光星间链路实现空间组网,达到网络优化管理、降低时延以及服务连续性的目标。

SpaceX系统的星座模式

SpaceX系统的星座模式 

从通信能力来看,星链计划中的12000颗卫星将做到无死角网络覆盖,为全球49%的尚无互联网的人提供网络服务,并将现有的世界平均网速提升180倍(1Gbps);同时,星链计划将最终实现10ms的极低延迟,从而全面替代传统光纤网络,实现高速、高带宽、低延迟全球互联网。

因此,星链星座建成后将着重解决两个问题:一是为全球尚未连接到互联网的偏远地区和传统死角提供高速互联网服务,包括飞机、远洋船只、海岛等,并作为紧急情况下的备份上网方案;二是为金融等领域用户解决长距离数据传输的时延问题。 

不过,目前看来,星链卫星并不具备马斯克曾承诺的亮点,导致市场对星链卫星存在诸多质疑。

首先,SpaceX曾承诺的“卫星之间的采用10000GHZ速率达到100Gbps以上激光的星间链路”在当前卫星版本中并不存在。因此,所有数据仍都必须通过地面站多次转发,这意味着当前星链通信容量极低、延迟极高。从这个角度看,当前的星链系统远远不如铱星二代星座。 

其次,卫星自主碰撞规避系统未起作用或者不存在。早在2011年,NASA就曾表示太空垃圾数量已有2.2万片,已经达到了危险的临界点。SpaceX虽然宣称卫星装有自主碰撞规避系统,但尚无证据证明其已经安装并能发挥效用。 

再次,卫星寿命或将缩短。由于卫星轨道由原定的1150km降至550km,大气阻力骤升。原定的1150km的轨道卫星有5-7年的寿命,但降到550km后恐难保证5年正常运行。且猎鹰9号通常在300km左右的轨道便释放卫星,再由卫星的霍尔推进器自主爬行至550km轨道。这个爬升过程通常需要几个月时间,也大大消耗卫星的寿命。

虽然目前星链星座的数量和发射频次稳居世界第一,但实际应用效果存疑。待星座建设完成,是否能按马斯克计划占有3%的太空互联网市场份额也未可知。且铱星二代和Oneweb卫星数目大大减小,技术也无太大差距,对太空生态的影响更小,长期来看,建设速度或许比星链星座快得多,谁能拿下更大的市场还难以预测。

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