馬斯克的Starlink,我們知道的有這些

根據安排,SpaceX計劃於5月15日22:30 EDT(16日02:30 UTC)發射第一批Starlink衛星。發射窗口預計將持續約90分鐘。

SpaceX的兩顆Starlink原型衛星於2018年2月發射升空

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首批60顆衛星將進入軌道

馬斯克在Twitter上表示,第一批60顆Starlink衛星已經安裝到獵鷹9號火箭上。簡單地說,如果所有航天器都能健康地進入軌道,SpaceX將很容易通過一次發射就成為全球五大商業衛星星座之一的運營商和擁有者。這一史無前例的第一步表明,SpaceX的Starlink衛星在未來可能需要徹底重新定義其實用性。

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從0到100

SpaceXde 競爭對手OneWeb在2019年2月進行了首次發射,他們未來計劃發射的20-30顆衛星,但首次發射僅將5顆衛星送入軌道。馬斯克一次就將數量提高到60顆,打破各種行業標準/傳統。

儘管距離第一次試射已經過去了大約15個月,SpaceX的Starlink團隊在過去的6-9個月裡才真正進入大規模生產的階段。到目前為止,該公司還沒有專門的衛星工廠--加州霍桑的空間太有限了。Starlink衛星的設計、生產和組裝是在西雅圖雷德蒙德地區的3-4個獨立的建築中完成的。

SpaceX在西雅圖的一處設施

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SpaceX的Starlink團隊在大約半年的時間裡,幾乎悄無聲息地完成了從研發到大規模生產(數十顆衛星)的轉變。過去幾個月,SpaceX計劃發射的數十顆衛星(每顆可能重200-300千克(440-660磅))也成功地從西雅圖飛往卡納維拉爾角,現在整流罩都已合上了。

在某種程度上,這批60顆衛星的試飛還只是部分原型,可能相當於馬斯克去年提到的第二輪試飛。這組衛星沒有星間的激光(光學)鏈路,也就是缺乏在衛星間組網的能力。根據FCC的文件,首批75顆衛星將是部分原型衛星,隨後不久將是第一顆定型的衛星。

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如果這只是第一步…

與此同時,Shotwell在2019年衛星會議上表示,SpaceX今年可以發射2到6個專用的Starlink任務,具體取決於第一批任務的表現。換一種稍微不同的說法,以她暗示的60顆衛星為例,將這個數字乘以6,你就得到了她認為SpaceX理論上能夠在未來7.5個月生產和交付的航天器的數量。

SpaceX可能在今年年底之前建造和發射100顆左右的衛星。然而,結合450公里(280英里)的目標軌道和計劃中的620公里(385英里)的無人機助推器回收,36、48或60顆衛星似乎更有可能。Tintin A/B——非常粗糙,像試驗檯一樣的原型--每個大約400公斤(約900磅)。

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SpaceX在八顆下一代銥星任務中實現的有效載荷超過10,000公斤(22,000磅),這些衛星被髮射到大約630公里(390英里)的軌道上,需要一個上面級慣性飛行和第二次在軌燃燒。此外,銥星的任務並沒有得到Starlink沿地球旋轉軸向東發射的效率優勢。儘管如此,獵鷹9號Block 5推進器在銥星發射後仍然能夠在距離大陸不到250公里(155英里)的地方著陸。最近首次發射的載人龍飛船任務中,獵鷹9號將大於13000公斤(28700磅)的有效載荷送入200公里(125英里)的軌道,以及一艘無人駕駛飛船進入500公里(310英里)軌道中,其中大部分是為了滿足安全要求。

銥星的試驗裝置

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和人的高度作比較

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因此,Starlink-1的目標軌道比Iridium Next低三分之一,而無人駕駛飛船的軌道高度約為2.5倍。合在一起,SpaceX公司的首個Starlink有效載荷很可能超過1.3萬公斤,最終可能成為該公司尚未發射的最重的有效載荷。

讓我們看看SpaceX的首次Starlink發射可能會是什麼樣子

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假設發射時的有效載荷為14000公斤(31000磅),最壞的情況是有400公斤的宇宙飛船和一個2000公斤的分配器,一次獵鷹9號的返回式發射就能將>60顆衛星送入軌道。

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當然,這完全忽略了SpaceX標準獵鷹有效載荷整流罩的可用體積。目前尚不清楚SpaceX將如何在不嚴重限制其設計和能力的情況下,將24顆/更不用說60顆,高性能衛星納入上述整流罩。假設SpaceX願意提供某種形式的新聞發佈和/或在其網絡直播上提供航天器部署的實時視圖,那麼在發射之前,該公司對這個問題的解決方案實際上仍沒有答案。考慮到與OneWeb、Telesat、LeoSat等公司競爭的殘酷本質,這一點並不能得到保證。

總而言之,如此重大的行動,對SpaceX實現其雄心勃勃的Starlink星座的能力來說,是個極好的兆頭,而且實現得如此之快。對於地球上那些沒有可靠互聯網接入或根本沒有任何接入的人來說,更快的Starlink,以及相互競爭的星座,就能實現,全人類就能更快地享受到互聯帶來的諸多好處。對於那些受Comcast和Time Warner Cable等壟斷集團控制的公司來說,也同樣受歡迎。

SpaceX的StarLink聯網衛星

大小比較

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SpaceX的衛星發射計劃分為兩步,首先向1150km軌道高度發射1600顆衛星,然後再發射2825顆衛星並將它們分別安置在1110km、1130km、1275km和1325km這四個軌道高度上。第一步發射的1600顆衛星軌道傾角為53°,分佈於32個軌道,每個軌道部署50顆衛星。第二部發射的2825顆衛星,其中1600顆的軌道高度為1110km,軌道傾角53.8°,分佈於32個軌道,每個軌道部署50顆衛星;其中400顆的軌道高度為1130km,軌道傾角74°,分佈於8個軌道,每個軌道部署50顆衛星;其中375顆的軌道高度為1275km,軌道傾角81°,分佈於5個軌道,每個軌道部署75顆衛星;其中450顆的軌道高度為1325km,軌道傾角70°,分佈於6個軌道,每個軌道部署75顆衛星。

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按照1150km的軌道高度計算,每一顆衛星大約可覆蓋半徑為1060km的區域,覆蓋面積大約為350萬平方公里。

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SpaceX計劃發射的通信衛星重量約為386公斤,規格為4m×1.8m×1.2m,相當於一輛迷你Cooper汽車。每顆衛星有兩塊太陽能電池陣,每塊的面積為12m2。工作的頻率在35-50GHz之間。

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SpaceX的衛星系統將主要被用於為全球個人用戶、商業用戶、機構用戶、政府和專業用戶提供各種寬帶和通訊服務。SpaceX初期部署800顆衛星上天后,SpaceX就能提供覆蓋全美和全球的寬帶服務。一旦經過最終部署(Final Deployment)的徹底優化,這個系統就能為全美和全球消費者和商業用戶提供高帶寬(最高每用戶1Gbps)、低延時的寬帶服務。

StarLink、OneWeb和Telesat Ngeo DataSat星座的有趣比較

SpaceX擁有4425顆模擬衛星,在除極北和極南之外的所有領域都處於明顯領先地位,但Telesat只有117顆衛星,比OneWeb(720顆)平均可見衛星更多,因為它們的最小仰角是20°,而OneWeb是55°(SpaceX的是40°)。

請注意:SpaceX的覆蓋範圍在其衛星運營中心所在的西雅圖緯度附近達到峰值,許多大型貿易和金融城市擁有30顆或更多可見衛星:

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估計了每顆衛星的平均數據速率和每個星座的總系統吞吐量,然後計算了實現滿負荷運行所需的地面站數量:

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請注意,隨著地面站數目的增加,微小的改善會減少。例如,各有50個地面站,吞吐量分別為SpaceX--16.8Tbps、OneWeb--1.47Tbps和Telesat--2.66Tbps。


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