首批星链升空惹争议

文/卞怡

北京时间5月24日上午，美国太空探索技术公司的猎鹰9-1.2型运载火箭在卡纳维拉尔角空军基地发射了其星链低轨宽带星座的60颗卫星。这是该公司首次专门针对“星链”项目进行一箭多星发射，拉开这一宽带星座组网建设工程的大幕。

旧火箭发射新卫星

本次发射采用了此前飞过两次的旧第一级火箭，也就是回收成功后，复用成功，然后再次复用，这枚箭在海上无人驾驶驳船上再次进行了着陆回收，还再次对整流罩两个半罩进行了落海回收。

“星链”项目将耗资约100亿美元，要在不同高度的多个轨道面上部署近1.2万颗Ku、Ka和V波段卫星。前1584颗卫星拟部署到550公里轨道，将分布在倾角为53度的24个轨道面上。太空探索技术公司去年2月借“猎鹰9”在加州的一次发射搭载了两颗“星链”项目前期验证卫星。本次发射的60颗卫星有着不同的设计，也比那两颗小。每颗“星链”卫星重约227千克。60颗卫星总重13620千克，使本次发射成为该公司迄今入轨重量最大的一次发射，刷新了加满燃料的“载人龙”飞船3月2日升空执行不载人试飞时创下的原纪录。

▲猎鹰9-1.2型运载火箭在卡纳维拉尔角空军基地发射了星链低轨宽带星座的60颗卫星

每颗“星链”卫星均采用平板式设计，配备氪燃料等离子体推力器、大功率天线和能在出现与天上其它物体相撞风险时发出警报的一台相机。星上配备多部高通量天线和单一太阳能电池阵。它们采用利用电和氪气来产生冲量的霍尔推力器来开展在轨机动、姿态保持和任务末期的再入引导。霍尔推力器是一种燃料效率高于常规液体推进的推进方式。“星链”卫星还配备了光学跟踪器来探测太空碎片，让卫星能够自主规避太空中的其它物体，以免发生碰撞。

独特的部署方式

多星部署器通常是利用弹簧或爆炸螺栓等物理分离机构把卫星成对或一个个地释放出去。本次发射的卫星部署方式则不同。这些星链卫星并没有单设弹簧或其它部署机构，而是随着上面级的转动而非常缓慢地部署出去，每颗的转动惯量都稍有不同，很像是在桌上把一摞牌摊开。卫星间可能会有少量接触，但速度很慢，而卫星是按能承受这种接触来设计的。从箭上摄像机传回的画面看，卫星是一起分离出去，尔后慢慢散开。

▲太空探索技术公司准备把1.2万颗Ku、Ka和V波段卫星部署到不同高度的多个轨道

星链系统能干啥？

“星链”卫星将从数百公里高的轨道向世界各地发送宽带信号，从而形成覆盖全球的高速互联网连接网络。太空探索技术公司打算最终发射和运营多达4409颗Ku和Ka波段卫星，还打算随后建设由另外7518颗V波段卫星组成的一个网络。这将使该公司低轨宽带星座卫星数量达到11927颗。目前全世界在轨工作的卫星总共才有大概2100颗。

“星链”系统是要提供大带宽、低时延的连通服务，让目前完全上不了网的人群能够上网，或是让网络服务又贵又不稳定的地区享受到经济而可靠的上网服务，并为有上网条件但却很贵的发达地区带来有竞争力的选项。在有约400颗卫星在轨后就开始出售初期服务，之后将保证卫星的生产和发射满足用户需求。该系统要想在经济上能够自立，大概需要有1000颗卫星。12次“星链”发射将会保证对美国的覆盖，24次发射可覆盖世界绝大多数人口，而30次发射则将足以覆盖地球各个角落。太空探索技术公司对“星链”可用容量的预测高于目前在轨的任何静地通信卫星，且明显高于广为人知的任何其它在建低轨星座。

太空探索技术公司打算借助“星链”来多多地创收，以支持马斯克实现在火星上建殖民地的目标。他说，“星链”项目的收入还将会有助于在月球上建基地。

天文学家忧心忡忡

5月25日，有天文爱好者注意到，前一天发射的“星链”卫星正排着队在天上穿过，亮度用肉眼就能轻易看到。它们后来在天上逐渐散开，高度也有所提升，不再那么容易被看到，但不时还是会闪耀一下，让星等增加。这引发了观星族和天文学家的担忧。他们担心“星链”卫星在数量达到数百和数千颗后在天上太过显眼。这些明亮的卫星可能会干扰天文观测。不过，在美国，除联邦法律禁止做“突兀的太空广告”之外，目前还没有涉及卫星在夜空中外观的规定。所谓突兀的太空广告是指“地球表面上的人无需借助望远镜或其它技术设备就能识别出来的外层空间广告”。法律专家称，仅仅是能从地面上看到卫星并不能算作是突兀的太空广告。

▲准备发射

“星链”卫星由美国联邦通信委员会（FCC）发放运营许可，而其由“猎鹰9”火箭进行的发射则由联邦航空局（FAA）发放许可。这两个监管机构的许可证审批程序都未明确地把考虑卫星对夜空的影响包括在内。天文学家唯一可以求助的法律手段是向联邦法院报案，包括寻求一项临时禁令，来阻止后续发射。不过，这样的官司能否打成令人怀疑，因为天文学家因“星链”一类星座而遭受的损害现阶段还只是推断。

▲60颗星链卫星整齐排列在整流罩中

太空探索技术公司首席执行官马斯克似乎听到了这种声音。他指示手下团队设法让后续卫星别再那么光亮，以降低反照率，并向天文学家和公众保证，“星链”星座应该不会给天文观测带来问题。他说，“星链”卫星可通过机动来降低反射率。

交通管理惹人关注

“星链”是正在研建的几个商业低轨宽带项目之一。一网公司2月份发射了其拟由648颗卫星组网的星座的前6颗卫星，2020年初之前拟再发射多达100颗。依靠亿万富豪杰夫·贝佐斯的支持，亚马逊公司也正打算加入建设卫星宽带星座。

▲太空探索技术公司星链星座示意图

▲整流罩上的任务标识

FCC今年4月批准太空探索技术公司把前1584颗Ku和Ka波段卫星部署到比原计划有所降低的一条轨道上。这些卫星将采用550公里的轨道，而非此前向FCC提出的1150公里。本次发射的卫星就是要前往这一轨道。卫星预定入轨高度为440公里，接下来要利用自带电推力器爬升到550公里工作轨道。后续Ku和Ka波段卫星拟采用1200公里轨道，而V波段卫星拟采用340公里的极低轨道。太空探索技术公司在给FCC的申请材料中还说，新改的550公里轨道将有助于加快其Ku和Ka波段星座的组网部署。它说，它打算超越FCC所规定的部署节点要求。按FCC的要求，该星座须在获准后6年内将半数卫星部署入轨，而整个系统则需在9年内全部部署到位。

太空探索技术公司和其它想要发射成百上千颗新卫星的准商业宽带服务商所提出的方案引发了空间交通管理方面的担忧。在其5月23日发射的60颗“星链”卫星中，有3颗对地面指令已没有反应，似乎已报废，将会自然离轨，并在地球大气层中烧掉。此外，另有5颗卫星仍处在向550公里预定工作轨道的路上，还有5颗依旧在较低的初始轨道上开展测试。太空探索技术公司在发射前就曾强调，这些卫星其实仍是实验性的，将用来验证关键技术，在轨报废的风险较高。将它们送入较低的轨道可保证其能在几年内离轨。按类似的报废率，政府和工业界官员担心拟由数千颗卫星组网的巨型星座会把数百颗废弃卫星留在低地轨道上。那些系统有些拟采用较高的轨道，卫星可能要经过几百年时间才能自然离轨。业内人士呼吁建立监管制度来改善太空可持续性，否则就需要接受处罚或其它惩罚。

在太空探索技术公司去年提交给FCC的“星链”系统许可证修改申请中，太空探索技术公司称，调低前期卫星工作轨道将改善空间环境的安全性，因为轨道调低后的卫星即便不带推进，也会在报废后约5年内再入大气层。较低的轨道还意味着能让“星链”与一网和电信卫星公司等竞争对手拟建的互联网星座拉开更大的间距。该公司还称“星链”卫星还配备了光学跟踪器来探测太空碎片，让卫星能自主规避天上其它物体，以免发生碰撞。此外，有95%的部件将在每颗卫星寿命终结时在地球大气层中快速烧掉，而这优于所有现行安全标准，且未来迭代设计将进一步迈向完全崩解。

▲低延迟，大带宽

▲太阳能电池板打开示意

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低轨道卫星系统一般是指多个卫星构成的可以进行实时信息处理的大型的卫星系统，其中卫星的分布称之为卫星星座。低轨道卫星主要用于军事目标探测，利用低轨道卫星容易获得目标物高分辨率图像。 低轨道卫星也用于手机通信，卫星的轨道高度低使得传输延时短，路径损耗小。多个卫星组成的通信系统可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效。蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。低轨道卫星是最新最有前途的卫星移动通信系统。美国北方天空研究机构对全球中低轨通信卫星星座进行了盘点，全球至少有15家公司已经对外公布其星座计划，并且大部分公司表示在五年内推出自己的第一代星座系统。太空探索技术公司的“星链”是世界上正在研建的几个商业低轨宽带项目之一。一网公司今年2月份发射了其拟由600多颗卫星组网的星座的前6颗卫星，计划在今后两年里再发射几百颗。亚马逊公司也正计划建设由数千颗卫星组成的一个网络。国外已经发射和提出的低轨宽带星座，卫星总数已经超过万颗。