似乎世界已經(jīng)徹底阻擋不住馬斯克掀起“太空大航海時代”的腳步了！在北京時間 22 日 22 點(diǎn) 17 分，SpaceX 的發(fā)射又一次打破了眾人的想象力。雖然首次嘗試回收火箭整流罩以失敗告終，但僅有幾百米的誤差足以證明他們的技術(shù)實(shí)力。而且這次獵鷹 9 號火箭成功將 3 顆衛(wèi)星送入了太空，在這之中，兩顆代號分別為 Microsat-2a、Microsat-2b 的衛(wèi)星標(biāo)志著 SpaceX 龐大的“Starlink”衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃正式踏出了第一步，世界期待已久的全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋也因此而變得更加靠近現(xiàn)實(shí)。
圖丨發(fā)射現(xiàn)場
圖丨火箭一二級分離
圖丨Starlink 實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星入軌
但在火箭發(fā)射升空之后，遲遲沒有整流罩的消息，直到馬斯克發(fā)布 Twitter 宣布整流罩回收失敗。
圖丨馬斯克通過Twitter宣布整流罩回收失敗
圖丨整流罩落水后的尷尬畫面
整流罩回收初試失利
不同于以往一次性火箭的經(jīng)典場景，也不同于前不久重型獵鷹火箭“雙箭回收”的發(fā)射表演，這一次，SpaceX 又大膽嘗試了一個新的技能點(diǎn)——整流罩回收，可惜最后以失敗告終。如果回收成功，其畫面就像池邊柳樹，池中浮萍，柳葉從空中落下，盤旋幾圈之后最終穩(wěn)穩(wěn)妥妥地落在了浮萍之上，震撼中透露些許詩意。
整流罩回收演示視頻
眾所周知，位于火箭頂部的整流罩所起到的是保護(hù)搭載載荷的作用，按照傳統(tǒng)的做法，在火箭發(fā)射升空之后，整流罩就會被廢棄掉，或者進(jìn)入大氣層燃燒殆盡，或者墜入地球上的某個角落。
但實(shí)際上，這個巨大的金屬外殼并不便宜，以獵鷹 9 號為例，其兩片整流罩的造價高達(dá) 600 萬美元，幾乎占到了獵鷹 9 號 6200 萬美元發(fā)射價的近 10%。在 SpaceX 一級火箭回收技術(shù)已經(jīng)做到爐火純青的情況之下，整流罩的回收就順理成章地提上了日程。
根據(jù) SpaceX 公司的介紹，升級后的整流罩 2.0 在結(jié)構(gòu)和尺寸上均有所改進(jìn)，不僅可以容納更大的載荷，更重要的是滿足了多次重復(fù)使用的需求。而且，SpaceX 公司在去年 4 月份的 SES-10 任務(wù)的發(fā)射過程中就已經(jīng)成功將部分整流罩帶回到岸邊。
圖丨升級前后的整流罩尺寸對比
不過，恰如火箭回收一樣，整流罩回收技術(shù)的研發(fā)也是困難重重，在前不久重型獵鷹火箭成功發(fā)射之后的新聞發(fā)布會上，SpaceX 公司的創(chuàng)始人兼 CEO 馬斯克就坦言，開發(fā)整流罩回收技術(shù)的過程是“出奇的困難”，因?yàn)榻德鋫阍诖蜷_之后會發(fā)生扭轉(zhuǎn)纏繞的情況，但馬斯克對于在今年內(nèi)就找到完美的解決辦法充滿信心，“我非常肯定, 我們將在未來 6 個月內(nèi)解決整流罩重復(fù)使用的問題?！?/strong>而在這次失利之后，不知道后續(xù)的整流罩回收將會怎樣。
圖丨整流罩回收的非官方概念圖
為了準(zhǔn)備此次的整流罩回收，SpaceX 的技術(shù)人員采取的類似于傘降的形式，分別為兩片整流罩安裝上了姿態(tài)控制推進(jìn)器和降落傘，使其在下降的過程中可以不斷調(diào)整飛行的方向。而在下方，是一艘名為“Mr. Steven”的回收船在準(zhǔn)備將它抓住。這艘船也不簡單，它經(jīng)過了 SpaceX 的改裝，裝備了四個大型金屬手臂，看起來就像是一個巨大的“手套”，最早是在去年 12 月份 Iridium-NEXT 任務(wù)執(zhí)行期間被外界所看到。
圖丨“Mr. Steven”回收船離開港口
SpaceX 衛(wèi)星星座登上擂臺
這一次，SpaceX 名義上的主角是一顆名叫“Paz”的地球觀測衛(wèi)星，全重 1341 公斤，設(shè)計(jì)使用壽命為 7 年，由空中客車防務(wù)及航天公司研制，隸屬于西班牙。其攜帶有一個 X 波段合成孔徑雷達(dá) (SAR) 系統(tǒng)，它將和未來發(fā)射的攜帶有光學(xué)成像系統(tǒng)的 Ingenio 衛(wèi)星共同組成國家衛(wèi)星地球觀測方案 (National Programme for Earth Observation by Satellite，PNOTS)。
雖然 Paz 在西班牙語中的含義是“和平”，但這顆衛(wèi)星的使命卻似乎與其承載的美好愿景背道而馳。根據(jù)了解，這顆衛(wèi)星主要的任務(wù)是被用來偵察佩雷吉爾島，這是一個一直被西班牙和摩洛哥雙方爭執(zhí)的的無人島嶼，甚至在 2002 兩國不惜為此動用武力，而現(xiàn)狀是這個島處于西班牙的管控之下。而有了 Paz 之后，毫無疑問，西班牙的太空看守能力將得到進(jìn)一步的增強(qiáng)。
圖丨 Paz 衛(wèi)星
當(dāng)然，對于大眾來說，用作軍事目的的 Paz 已經(jīng)神秘感十足，不過，對于馬斯克來講，兩顆各重 400 公斤、代號分別為 Microsat-2a、Microsat-2b 的演示衛(wèi)星才是這次發(fā)射真正的主咖。他們是 SpaceX 想要打造的“Starlink”衛(wèi)星星座的前兩顆實(shí)驗(yàn)性衛(wèi)星，而整個衛(wèi)星星座預(yù)計(jì)將會有超過 12,000 顆衛(wèi)星組成。要知道，自從 1957 年蘇聯(lián)的斯普特尼克 1 號 (Sputnik-1) 上天之后，人類迄今為止也只發(fā)射了 4,000 余顆衛(wèi)星，目前在軌運(yùn)行的更是僅有不到 1,800 顆，兩相比較之下就可以知道 SpaceX 的發(fā)射計(jì)劃會有多么龐大。
圖丨SpaceX 的 Starlink 計(jì)劃
按照公開的信息，該衛(wèi)星星座將由多波段衛(wèi)星組成，其中有大約 4425 顆 Ka 波段和 ku 波段衛(wèi)星，其軌道高度約為 1200 公里，在更遠(yuǎn)的未來，還將會有 7518 顆 V 波段衛(wèi)星部署在大約 340 公里高的低軌道。
按照計(jì)劃，SpaceX 衛(wèi)星系統(tǒng)中的每一顆衛(wèi)星能夠?yàn)橛脩籼峁┑南滦腥萘靠偤图s為 20Gbps 左右，每位用戶可以享受到最高 1Gbps 的寬帶服務(wù)，同時，由于衛(wèi)星處于低軌道，所以延時可以被控制在 25ms 到 35ms 之間。而這個雄心勃勃的計(jì)劃也并非是個曠日費(fèi)時的百年工程，SpaceX 的目標(biāo)是在 2024 年之前使 Starlink 得以全面運(yùn)行。
圖丨Ku波段衛(wèi)星的覆蓋范圍
其實(shí)，早在 2014 年 11 月，馬斯克就在個人 Twitter 上透露了他們將要進(jìn)軍衛(wèi)星業(yè)務(wù)的消息。到 2015 年初，SpaceX 首次公布了工程量空前的“Starlink”計(jì)劃。按照當(dāng)時馬斯克的估算，這一項(xiàng)目將可以承載最高 50% 的全球回程通信和 10% 的城市本地互聯(lián)網(wǎng)流量。
圖丨馬斯克的Twitter透露消息
有意思的是，“Starlink”這一名字是受 John Green 的浪漫小說《The Fault In Our Stars》（無比美妙的痛苦）所啟發(fā)，不用說，馬斯克又一次向大眾展示了他文藝的一面。
圖丨《The Fault In Our Stars》小說和由其改編而來的電影《星運(yùn)里的錯》
據(jù)悉，“Starlink”項(xiàng)目計(jì)劃利用衛(wèi)星取代傳統(tǒng)的地面通信設(shè)施，來幫助全世界尤其是偏遠(yuǎn)的地區(qū)接入高速的寬帶互聯(lián)網(wǎng)。根據(jù) SpaceX 向美國聯(lián)邦通信委員會（Federal Communications Commission，F(xiàn)CC）遞交的材料顯示，該衛(wèi)星星座將會用于諸如全球數(shù)據(jù)的回程傳輸?shù)刃l(wèi)星固定業(yè)務(wù)（fixed 一 satellite service，F(xiàn)SS）。
根據(jù) SpaceX 此前的一份文件表示，這次發(fā)射前兩顆實(shí)驗(yàn)星 Microsat-2a 和 Microsat-2b 的設(shè)計(jì)周期為 20 個月。每顆衛(wèi)星的尺寸大約相當(dāng)于一個小型冰箱, 并攜帶計(jì)算機(jī)、動力推進(jìn)系統(tǒng)、指揮和控制系統(tǒng)以及 GPS 導(dǎo)航設(shè)備。按SpaceX 公司的說法, 每個衛(wèi)星上還有一個 ku 波段寬帶相控陣天線和一個衛(wèi)星間光通信鏈路。
'這些主要用于實(shí)驗(yàn)性的工程驗(yàn)證, 將使 SpaceX 能夠評估衛(wèi)星總線和相關(guān)的子系統(tǒng), 以及基于太空和地面的相控陣列技術(shù),'一名 SpaceX 的員工在提交給 FCC 的報(bào)告中寫道。
圖丨 SpaceX 位于西雅圖市雷德蒙德的衛(wèi)星研發(fā)中心
目前，SpaceX 公司已經(jīng)在華盛頓州西雅圖市的雷德蒙德建立了衛(wèi)星研發(fā)中心，還計(jì)劃在加利福尼亞州、德克薩斯州和華盛頓州測試衛(wèi)星與六個寬帶接收站的兼容性。工程師們希望借此驗(yàn)證衛(wèi)星和移動終端之間的寬帶連接效率。
從“太空馬車夫”到“互聯(lián)網(wǎng)霸主”
雖然隨著對外曝光越來越頻繁，SpaceX 這家公司被越來越多的人所熟悉，但外界所不知道的是，SpaceX 的盈利能力并沒有像它的知名度一樣以獵鷹 9 號般的速度高速攀升，恰恰相反，大眾所熟悉的火箭發(fā)射業(yè)務(wù)“光鮮亮麗”的外表之下其實(shí)也有商業(yè)上的瓶頸。
實(shí)際上，全球每年 3000 多億美元的商業(yè)航天市場中，超過 2/3 都是衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)，與 SpaceX 有關(guān)的火箭發(fā)射市場僅有區(qū)區(qū) 50 億美元的規(guī)模，無論是來自企業(yè)還是政府的訂單不足以使 SpaceX 這家估值已經(jīng)超過 200 億美元的超級獨(dú)角獸企業(yè)繼續(xù)高速增長。
圖丨SpaceX不斷上漲的估值
在這種情況之下，縱使是掌握了十分成熟的火箭回收技術(shù)并且占據(jù)了較大的市場份額，馬斯克依舊需要再提出一個更加“瘋狂”的方案來實(shí)現(xiàn)其異常遠(yuǎn)大的太空理想。在當(dāng)前看來，太空旅游不成規(guī)模、殖民火星更是遙遙無期，自然而然，圍繞地球打造的互聯(lián)網(wǎng)星座就變成了一個切實(shí)可行的計(jì)劃。
同時，根據(jù)聯(lián)合國教科文組織寬帶可持續(xù)發(fā)展委員會的報(bào)告宣稱，全球 70 億人之中，有超過 52% 也就是 36 億人因?yàn)楦鞣N原因而無法使用互聯(lián)網(wǎng)，造成這一現(xiàn)象的主要原因就是基礎(chǔ)設(shè)施的缺乏和網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用的過高，建立一個衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)或許還有效解決這一困局。用 SpaceX 負(fù)責(zé)衛(wèi)星政府事務(wù)的副總裁 Patricia Cooper 的話就是，“通過打造衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，常見的一些包括選址、開挖路面、鋪設(shè)光纜等基礎(chǔ)設(shè)施難題都可以得到有效緩解?！?/span>
圖丨聯(lián)合國寬帶促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展委員會《2017年寬帶狀況》顯示全球仍有52%的人無法接入互聯(lián)網(wǎng)
SpaceX 官方也估算，建立起一個覆蓋廣且高效的互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可以使地球上的絕大多數(shù)人都可以使用上互聯(lián)網(wǎng)，而這將是一個每年高達(dá)數(shù)百億美元的市場，并且隨著越來越多的人接入這個網(wǎng)絡(luò)，這個市場規(guī)模還將進(jìn)一步擴(kuò)大。
更進(jìn)一步講，我們始終不能忘記的一點(diǎn)就是馬斯克創(chuàng)辦 SpaceX 的初衷就是要實(shí)現(xiàn)火星殖民，而這所需要資金數(shù)很有可能會以百億、千億美元計(jì)，面對著巨額的資金缺口，SpaceX 也必須尋找新的業(yè)務(wù)增長點(diǎn)，正是如此，Starlink 計(jì)劃應(yīng)運(yùn)而生，而從長遠(yuǎn)來看, SpaceX 公司如果打算在火星上部署一個衛(wèi)星通信系統(tǒng)的話，那么在地球上率先搭建一個衛(wèi)星星座也不失為一種實(shí)驗(yàn)嘗試。
高通量通信衛(wèi)星星座已經(jīng)崛起？
近年來，全球范圍內(nèi)的“星座”建造浪潮似乎有重新復(fù)蘇的景象，包括 O3b、OneWeb 和 LEOSat 等公司在內(nèi)的多家企業(yè)都有打造中低軌道全球高通量衛(wèi)星（HTS）星座的計(jì)劃，目的就在于為全球提供高速寬帶服務(wù)。
何謂高通量衛(wèi)星？根據(jù)美國航天咨詢公司 NSR 的定義，高通量衛(wèi)星指的是“采用多點(diǎn)波束和頻率復(fù)用技術(shù)、在同樣頻譜資源的條件下，整星的通信容量是傳統(tǒng)固定通信衛(wèi)星（FSS）幾倍的通信衛(wèi)星”。
在這其中，最基本的特征是多點(diǎn)波束和頻率復(fù)用。相較于傳統(tǒng)固定通信衛(wèi)星 2000 公里左右的寬波束覆蓋范圍，高通量衛(wèi)星的點(diǎn)波束僅有 300——700 公里，這樣的優(yōu)勢是通過減小天線波束的孔徑角帶來衛(wèi)星天線的增益提高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同波束之間頻率的復(fù)用，提高衛(wèi)星系統(tǒng)的通信容量。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，甚至有朝一日高通量衛(wèi)星完全可以做到與當(dāng)前光纖同樣的通信效果。
面對如此龐大的商機(jī)，SpaceX 顯然不可能成為唯一一家前來淘金的公司。多年以前，Globalstar 和銥星公司就已經(jīng)開始籌劃用幾十顆衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的手機(jī)通話，近年來更有 O3b 和 OneWeb 等公司準(zhǔn)備將打造包括幾百顆衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)星座。除此之外，谷歌、Facebook、三星、空中客車 (Airbus)、維珍公司 (Virgin)、高通 (Qualcomm)、休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)公司 (Hughes Network Systems) 等豪強(qiáng)無一不磨刀霍霍、欲分一杯羹。
以較為知名太空創(chuàng)業(yè)者 Greg Wyler 所創(chuàng)立的 OneWeb 為例，其獲得了包括維珍集團(tuán)的創(chuàng)始人理查德·布蘭森和軟銀集團(tuán)的巨額資金投資，計(jì)劃打造一個擁有 700 顆衛(wèi)星的衛(wèi)星星座，已經(jīng)獲得美國聯(lián)邦通信委員會的批準(zhǔn)。目前，該公司位于佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心附近的一個工廠已經(jīng)開始投產(chǎn)，計(jì)劃生產(chǎn)上百顆的衛(wèi)星，并且在今年晚些時候?qū)姆▽俟鐏喣抢枚砹_斯的聯(lián)盟號火箭開啟發(fā)射進(jìn)程。
圖丨OneWeb 的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)
甚至三星公司在 2015 年也提出的一個包括 4600 顆衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)星座, 預(yù)計(jì)設(shè)定軌道為 1400 公里 , 每月可為全球 5 億互聯(lián)網(wǎng)用戶提供相當(dāng)于每月 200 千兆字節(jié)的容量。只是由于目標(biāo)太過超前，這項(xiàng)計(jì)劃并沒有取得什么實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。
一時間，太空似乎突然變得熱鬧了起來。但面對咄咄逼人的競爭對手，馬斯克只能押下更大的注，選擇了更加大膽的 1.2 萬顆衛(wèi)星的星座計(jì)劃，同時還在技術(shù)上進(jìn)行了升級，或許將實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星間激光通訊及協(xié)調(diào)。
不過，既然 SpaceX 要在不到 10 年的時間之內(nèi)發(fā)射如此龐大規(guī)模的衛(wèi)星群，就勢必會引起各界的擔(dān)憂，其中一個很明顯的理由就是這會造成大規(guī)模的太空垃圾，甚至包括 OneWeb 在內(nèi)的競爭對手已經(jīng)向美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）提出了他們的擔(dān)憂，認(rèn)為 SpaceX 巨大的衛(wèi)星星座及其形成的太空垃圾將會嚴(yán)重影響其它在軌衛(wèi)星的正常運(yùn)行。
圖丨太空垃圾演進(jìn)圖（實(shí)際上太空垃圾的比例并沒有圖中那么夸張）
面對這一質(zhì)疑，SpaceX 回應(yīng)說，他們的星座計(jì)劃符合所有的安全標(biāo)準(zhǔn)，并且在他們的衛(wèi)星和其它公司的衛(wèi)星之間預(yù)留出了至少 50 公里的緩沖空間。不僅如此，SpaceX 還對衛(wèi)星進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，使它們可以在壽命到期之后僅僅花費(fèi) 5 到 7 年的時間就墜入大氣層焚毀，而這一數(shù)字是遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于通常的國際標(biāo)準(zhǔn)的。
而且，為了全面壓倒對手，SpaceX 還想使其衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)達(dá)到可以媲美有線寬帶的程度。在 2017 年 3 月他們向 FCC 提交的一份申請中顯示，根據(jù)應(yīng)用設(shè)計(jì)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)將“提供高速、高帶寬、低延遲的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，將可以和地面有線服務(wù)真正產(chǎn)生競爭?！?/strong>
根據(jù)申請的內(nèi)容介紹，和位于較高軌道的 ka / ku 波段衛(wèi)星一樣，SpaceX 還將陸續(xù)發(fā)射 7518 顆 V 波段低軌道衛(wèi)星，而根據(jù)他們的估計(jì)，首批 800 顆 V 波段衛(wèi)星投入使用就將會帶來十分明顯的增強(qiáng)效果，SpaceX 的用戶可以在不增加任何軟硬件成本的基礎(chǔ)上就享受到帶寬更高、延遲更低的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
圖丨常見的通信衛(wèi)星都運(yùn)行在距離地表3.6萬公里的軌道
甚至這場激烈近地軌道爭霸戰(zhàn)已經(jīng)嚴(yán)重影響到了傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信商的利益。在 2017 年 10 月的時候, 由于市場預(yù)計(jì)新出現(xiàn)的低軌道互聯(lián)網(wǎng)星座將大幅提高衛(wèi)星通信容量, 導(dǎo)致市場參與者取消了對新的地球同步軌道寬帶通信的投資，傳統(tǒng)衛(wèi)星通信商可謂有苦說不出。
不過，前景雖然美好，但鑒于前有銥星血淋淋的失敗案例在先，外界還是難免會對馬斯克的這一瘋狂計(jì)劃投來質(zhì)疑的目光。衛(wèi)星行業(yè)顧問 Roger Rusch 就表示, '馬斯克很可能不會獲得成功。' 而馬斯克本人也在公開場合承認(rèn)這一嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)問。
但既然要做，就肯定是已經(jīng)胸有成竹, 根據(jù) 2017 年 2 月泄露的一份內(nèi)部文件現(xiàn)實(shí), SpaceX 公司預(yù)計(jì), 到 2025 年, SpaceX 公司在衛(wèi)星業(yè)務(wù)上所獲得的收入將超過 300 億美元, 同年其發(fā)射業(yè)務(wù)的收入預(yù)計(jì)也將達(dá)到 50 億美元。這樣來看，馬斯克對衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目寄予深厚的期望，而在這種期待和努力之下，相信實(shí)現(xiàn)全球聯(lián)網(wǎng)的那一天已經(jīng)不再遙遠(yuǎn)。
不知不覺之間，馬斯克又將再一次改變世界！
-End-
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