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全面开启!中国与美国在全球低轨卫星星座领域正式展开竞争

2018-3-13 13:00| 发布者: 北极蚊子| 查看: 2791| 评论: 0

摘要: 美国SpaceX公司提出了星链计划,中国航天科技集团提出了鸿雁星座计划,中国航天科工集团则给出了虹云工程计划。中国和美国,两大航天技术主体提出的3大低轨星座计划揭开了人类低轨星座的全球化竞争与协作的序幕。我 ...

美国SpaceX公司提出了星链计划,中国航天科技集团提出了鸿雁星座计划,中国航天科工集团则给出了虹云工程计划。

中国和美国,两大航天技术主体提出的3大低轨星座计划揭开了人类低轨星座的全球化竞争与协作的序幕。

我国将开始着手建设的鸿雁全球低轨卫星星座,计划在今年(2018年)发射系统的首颗卫星。整个星座预计在2023年建成,到时候我们就可以随时随地使用由卫星提供的互联网接入服务了。

中国鸿雁星座由300颗低轨道小卫星及全球数据业务处理中心组成,具有全天候、全时段及在复杂地形条件下的实时双向通信能力,可为用户提供全球实时数据通信和综合信息服务。

中国虹云工程计划发射156颗小卫星,在距离地面1000公里的轨道上组网运行,构建一个星载天基宽带全球移动互联网络,以满足中国及国际互联网欠发达地区、规模化用户单元同时共享宽带接入互联网的需求。虹云工程预计在2022年完成部署。而同样的,也是要在今年(2018年)发射首颗卫星。

美国星链计划分三步走。完成后,就在近地轨道组成了两层庞大的卫星星座,内层340公里轨道高度的7518颗卫星与外层的1000多公里轨道高度的4425颗卫星组成的11943颗卫星星座占据了上图的黄色区域,与传统的地球静止轨道的红色区域形成了较为鲜明的对比。

11943颗卫星!

这是什么概念?

目前世界各国在太空中运行的卫星,仍在工作状态的,总共也只有1742颗。

目前在轨运营的卫星,共有1742颗,其中,最多的是美国,804颗;第二多的是中国,有205颗;第三多的是俄罗斯,有143颗。

而SpaceX的星链计划如果完成部署,其新入轨的卫星总数就会是目前所有国家在轨运营的卫星总数的将近7倍。

在美国的星链计划和中国的鸿雁星座、虹云工程的发布和实施的过程中,会逐渐从思想层面或者实际操作层面颠覆一些行业。在此和大家一起做一些探讨:

第一,卫星制造业。

卫星为什么那么贵?为什么一颗锁眼系列的卫星比一艘尼米兹级核动力航空母舰还要贵?为什么即使是商业卫星也会有动辄上亿美元的报价?

抛开元器件成本不提,另外一个主要原因就是产量不足,难以形成规模。

这样的话,传统的卫星产业就很难像电脑、手机或者汽车、民航客机、坦克、导弹那样,通过大量生产来摊平研发成本。

而SpaceX公司的星链计划,需要11943颗卫星,其总量已经超过了史上最畅销的喷气式客机波音737的产量(10000)。

第二,火箭发射服务业。

随着SpaceX公司的猎鹰系列运载火箭回收技术的成熟,诸多技术细节如今已经成真,已经成为了公众关注的热点话题。

火箭公司的盈利模式非常清晰:无非是发射一枚火箭就获得一次服务收益。

那么,最终人们对于商业航天产业的所有疑问,或许都会归为一个问题:

未来有没有足够的卫星发射订单来支撑起整个商业航天产业?

目前看来,星链计划的实施,正在用实际行动和11943颗卫星的规划给了大家一个回答。

算起来,美国、中国和欧空局的卫星星座的计划还有不少,以后需要发射的卫星还是蛮多的。

第三,通信产业。

能够让身处世界上任何一个角落的人借助一个相当于一张披萨饼的终端设备与全世界所有人一起接入同样的天基互联网,这个想法本身就能够引起我们的无限遐想。

第四,全民关注。

观看火箭发射成为了全民活动,而商业航天企业的加入使得往日冷战时代的将火箭发射与国家荣誉绑定的概念变得更加贴近百姓的日常生活。

而当卫星星座与互联网结合起来之后,获得全民关注的理由就更加充分了。

毕竟,如今无论是逢年过节的归去还是远渡重洋的探索,亦或是上班下班的奔忙,我们不过是在不断更换着刷手机和电脑的地方而已。

星链计划的前两颗星,被马斯克本人私底下叫做丁丁A和丁丁B。来自《丁丁历险记》中的名字就像上图和上上图的场景。

而首批两颗星链计划技术先导星向地面测试设备发回的第一个信号,居然是Hello World!

这对于从小学习Fortran编程语言、C语言,长大了开始学习C++、JAVA,最后张开双臂拥抱Python语言的我们来说,太亲切,也太感慨了!

轨道

11943颗卫星,SpaceX公司官方还没有给出详细的示意图。很多人翻译了星链计划的技术文档,但也终归流于复述而已。

为了获取对星链计划的直观印象,我们来计算一下星链的轨道。

先算一条轨道热热身。

SpaceX公司的星链计划准备将这样搭建,基本上分三步走:

1

第一步:用1600颗卫星完成初步覆盖。

其中,前800颗卫星满足美国、加拿大和波多黎各等国的天基高速互联网的需求。

小火箭风格:这1600颗卫星分布在32条轨道上,每条轨道50颗卫星。

轨道高度1150公里,轨道倾角53°。

这是星链计划先期布设的情况,小火箭给出了11条轨道(每条轨道分布有50颗卫星),也就是550颗组网的样子。

随着卫星数量的增加,卫星轨道的包络也就越来越完整。这个时候,北美、南美还有亚欧大部分地区都能够在服务范围内。

从南极(捂脸)地区看起来,是上图这个样子的。此时,星链星座还没能照顾到南极地区。

慢慢补全的第一步星链星座。

2

第二步:用2825颗卫星完成全球组网。

这2825颗卫星分为4组,第1组由1600颗卫星组成,布于32条轨道上,每条轨道50颗,轨道高度为1110公里,轨道倾角为53.8°;

这是1600颗卫星以53.8°的轨道倾角分布在32条轨道上的样子。可以看到,除南北两极地区之外,地球表面大部分地方都能够照顾到了。

整个包络,特别像一个红灯笼。当然,由于轨道倾角不大,这个包络球的南北两极被削掉了。

第2组由400颗卫星组成,分布在8条轨道上,每条轨道50颗,轨道高度1130公里,轨道倾角为74°;

这组轨道,用黄色线条来表示。

红色轨道为第1组的1600颗卫星,上图的一根黄色线条为倾角74°的一条轨道,这上面有50颗卫星。

第2组的400颗卫星(黄色)与第1组的1600颗卫星(红色)完成了全球覆盖。上图为从地球北极上空俯瞰的样子。

这张侧视图可以更加清楚地展示,第2组卫星主要是为了添补第1组卫星在南北两极地区留下的空白的。

第3组由375颗卫星组成,分布在5条轨道上,每条轨道75颗,轨道高度1275公里,轨道倾角为81°;

第3组卫星不和前面的2000颗卫星放一起了,否则就太密集了。

5条轨道,均布375颗卫星,每条轨道75颗星。这些是大倾角卫星。

第4组由450颗卫星组成,分布在6条轨道上,每条轨道75颗,轨道高度1325公里,轨道倾角为70°。

前两步的卫星总数量为4425颗。

3

第三步:用7518颗卫星组成更为激进的低轨星座。

当然,这7518颗卫星组成的星座,等到4425颗卫星的星座布置完成之后咱们再研究也不迟。