首批星鏈升空惹爭議

文/卞怡

北京時間5月24日上午，美國太空探索技術公司的獵鷹9-1.2型運載火箭在卡納維拉爾角空軍基地發射了其星鏈低軌寬帶星座的60顆衛星。這是該公司首次專門針對“星鏈”項目進行一箭多星發射，拉開這一寬帶星座組網建設工程的大幕。

舊火箭發射新衛星

本次發射采用了此前飛過兩次的舊第一級火箭，也就是回收成功后，復用成功，然后再次復用，這枚箭在海上無人駕駛駁船上再次進行了著陸回收，還再次對整流罩兩個半罩進行了落海回收。

“星鏈”項目將耗資約100億美元，要在不同高度的多個軌道面上部署近1.2萬顆Ku、Ka和V波段衛星。前1584顆衛星擬部署到550公里軌道，將分布在傾角為53度的24個軌道面上。太空探索技術公司去年2月借“獵鷹9”在加州的一次發射搭載了兩顆“星鏈”項目前期驗證衛星。本次發射的60顆衛星有著不同的設計，也比那兩顆小。每顆“星鏈”衛星重約227千克。60顆衛星總重13620千克，使本次發射成為該公司迄今入軌重量最大的一次發射，刷新了加滿燃料的“載人龍”飛船3月2日升空執行不載人試飛時創下的原紀錄。

▲獵鷹9-1.2型運載火箭在卡納維拉爾角空軍基地發射了星鏈低軌寬帶星座的60顆衛星

每顆“星鏈”衛星均采用平板式設計，配備氪燃料等離子體推力器、大功率天線和能在出現與天上其它物體相撞風險時發出警報的一臺相機。星上配備多部高通量天線和單一太陽能電池陣。它們采用利用電和氪氣來產生沖量的霍爾推力器來開展在軌機動、姿態保持和任務末期的再入引導。霍爾推力器是一種燃料效率高于常規液體推進的推進方式。“星鏈”衛星還配備了光學跟蹤器來探測太空碎片，讓衛星能夠自主規避太空中的其它物體，以免發生碰撞。

獨特的部署方式

多星部署器通常是利用彈簧或爆炸螺栓等物理分離機構把衛星成對或一個個地釋放出去。本次發射的衛星部署方式則不同。這些星鏈衛星并沒有單設彈簧或其它部署機構，而是隨著上面級的轉動而非常緩慢地部署出去，每顆的轉動慣量都稍有不同，很像是在桌上把一摞牌攤開。衛星間可能會有少量接觸，但速度很慢，而衛星是按能承受這種接觸來設計的。從箭上攝像機傳回的畫面看，衛星是一起分離出去，爾后慢慢散開。

▲太空探索技術公司準備把1.2萬顆Ku、Ka和V波段衛星部署到不同高度的多個軌道

星鏈系統能干啥？

“星鏈”衛星將從數百公里高的軌道向世界各地發送寬帶信號，從而形成覆蓋全球的高速互聯網連接網絡。太空探索技術公司打算最終發射和運營多達4409顆Ku和Ka波段衛星，還打算隨后建設由另外7518顆V波段衛星組成的一個網絡。這將使該公司低軌寬帶星座衛星數量達到11927顆。目前全世界在軌工作的衛星總共才有大概2100顆。

“星鏈”系統是要提供大帶寬、低時延的連通服務，讓目前完全上不了網的人群能夠上網，或是讓網絡服務又貴又不穩定的地區享受到經濟而可靠的上網服務，并為有上網條件但卻很貴的發達地區帶來有競爭力的選項。在有約400顆衛星在軌后就開始出售初期服務，之后將保證衛星的生產和發射滿足用戶需求。該系統要想在經濟上能夠自立，大概需要有1000顆衛星。12次“星鏈”發射將會保證對美國的覆蓋，24次發射可覆蓋世界絕大多數人口，而30次發射則將足以覆蓋地球各個角落。太空探索技術公司對“星鏈”可用容量的預測高于目前在軌的任何靜地通信衛星，且明顯高于廣為人知的任何其它在建低軌星座。

太空探索技術公司打算借助“星鏈”來多多地創收，以支持馬斯克實現在火星上建殖民地的目標。他說，“星鏈”項目的收入還將會有助于在月球上建基地。

天文學家憂心忡忡

5月25日，有天文愛好者注意到，前一天發射的“星鏈”衛星正排著隊在天上穿過，亮度用肉眼就能輕易看到。它們后來在天上逐漸散開，高度也有所提升，不再那么容易被看到，但不時還是會閃耀一下，讓星等增加。這引發了觀星族和天文學家的擔憂。他們擔心“星鏈”衛星在數量達到數百和數千顆后在天上太過顯眼。這些明亮的衛星可能會干擾天文觀測。不過，在美國，除聯邦法律禁止做“突兀的太空廣告”之外，目前還沒有涉及衛星在夜空中外觀的規定。所謂突兀的太空廣告是指“地球表面上的人無需借助望遠鏡或其它技術設備就能識別出來的外層空間廣告”。法律專家稱，僅僅是能從地面上看到衛星并不能算作是突兀的太空廣告。

▲準備發射

“星鏈”衛星由美國聯邦通信委員會（FCC）發放運營許可，而其由“獵鷹9”火箭進行的發射則由聯邦航空局（FAA）發放許可。這兩個監管機構的許可證審批程序都未明確地把考慮衛星對夜空的影響包括在內。天文學家唯一可以求助的法律手段是向聯邦法院報案，包括尋求一項臨時禁令，來阻止后續發射。不過，這樣的官司能否打成令人懷疑，因為天文學家因“星鏈”一類星座而遭受的損害現階段還只是推斷。

▲60顆星鏈衛星整齊排列在整流罩中

太空探索技術公司首席執行官馬斯克似乎聽到了這種聲音。他指示手下團隊設法讓后續衛星別再那么光亮，以降低反照率，并向天文學家和公眾保證，“星鏈”星座應該不會給天文觀測帶來問題。他說，“星鏈”衛星可通過機動來降低反射率。

交通管理惹人關注

“星鏈”是正在研建的幾個商業低軌寬帶項目之一。一網公司2月份發射了其擬由648顆衛星組網的星座的前6顆衛星，2020年初之前擬再發射多達100顆。依靠億萬富豪杰夫·貝佐斯的支持，亞馬遜公司也正打算加入建設衛星寬帶星座。

▲太空探索技術公司星鏈星座示意圖

▲整流罩上的任務標識

FCC今年4月批準太空探索技術公司把前1584顆Ku和Ka波段衛星部署到比原計劃有所降低的一條軌道上。這些衛星將采用550公里的軌道，而非此前向FCC提出的1150公里。本次發射的衛星就是要前往這一軌道。衛星預定入軌高度為440公里，接下來要利用自帶電推力器爬升到550公里工作軌道。后續Ku和Ka波段衛星擬采用1200公里軌道，而V波段衛星擬采用340公里的極低軌道。太空探索技術公司在給FCC的申請材料中還說，新改的550公里軌道將有助于加快其Ku和Ka波段星座的組網部署。它說，它打算超越FCC所規定的部署節點要求。按FCC的要求，該星座須在獲準后6年內將半數衛星部署入軌，而整個系統則需在9年內全部部署到位。

太空探索技術公司和其它想要發射成百上千顆新衛星的準商業寬帶服務商所提出的方案引發了空間交通管理方面的擔憂。在其5月23日發射的60顆“星鏈”衛星中，有3顆對地面指令已沒有反應，似乎已報廢，將會自然離軌，并在地球大氣層中燒掉。此外，另有5顆衛星仍處在向550公里預定工作軌道的路上，還有5顆依舊在較低的初始軌道上開展測試。太空探索技術公司在發射前就曾強調，這些衛星其實仍是實驗性的，將用來驗證關鍵技術，在軌報廢的風險較高。將它們送入較低的軌道可保證其能在幾年內離軌。按類似的報廢率，政府和工業界官員擔心擬由數千顆衛星組網的巨型星座會把數百顆廢棄衛星留在低地軌道上。那些系統有些擬采用較高的軌道，衛星可能要經過幾百年時間才能自然離軌。業內人士呼吁建立監管制度來改善太空可持續性，否則就需要接受處罰或其它懲罰。

在太空探索技術公司去年提交給FCC的“星鏈”系統許可證修改申請中，太空探索技術公司稱，調低前期衛星工作軌道將改善空間環境的安全性，因為軌道調低后的衛星即便不帶推進，也會在報廢后約5年內再入大氣層。較低的軌道還意味著能讓“星鏈”與一網和電信衛星公司等競爭對手擬建的互聯網星座拉開更大的間距。該公司還稱“星鏈”衛星還配備了光學跟蹤器來探測太空碎片，讓衛星能自主規避天上其它物體，以免發生碰撞。此外，有95%的部件將在每顆衛星壽命終結時在地球大氣層中快速燒掉，而這優于所有現行安全標準，且未來迭代設計將進一步邁向完全崩解。

▲低延遲，大帶寬

▲太陽能電池板打開示意

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低軌道衛星系統一般是指多個衛星構成的可以進行實時信息處理的大型的衛星系統，其中衛星的分布稱之為衛星星座。低軌道衛星主要用于軍事目標探測，利用低軌道衛星容易獲得目標物高分辨率圖像。 低軌道衛星也用于手機通信，衛星的軌道高度低使得傳輸延時短，路徑損耗小。多個衛星組成的通信系統可以實現真正的全球覆蓋，頻率復用更有效。蜂窩通信、多址、點波束、頻率復用等技術也為低軌道衛星移動通信提供了技術保障。低軌道衛星是最新最有前途的衛星移動通信系統。美國北方天空研究機構對全球中低軌通信衛星星座進行了盤點，全球至少有15家公司已經對外公布其星座計劃，并且大部分公司表示在五年內推出自己的第一代星座系統。太空探索技術公司的“星鏈”是世界上正在研建的幾個商業低軌寬帶項目之一。一網公司今年2月份發射了其擬由600多顆衛星組網的星座的前6顆衛星，計劃在今后兩年里再發射幾百顆。亞馬遜公司也正計劃建設由數千顆衛星組成的一個網絡。國外已經發射和提出的低軌寬帶星座，衛星總數已經超過萬顆。