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小火箭出品
本文作者：邢强博士
本文共5051字，36图，5表
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近日，小火箭参加国家航天局空间法律中心和北京理工大学空天政策与法律研究院组织的卫星星座高端研讨会，并做了题目《低轨卫星巨型星座的部署与分析》的主题报告。
该报告以SpaceX的星链计划的设计与部署为主题，对低轨巨型星座建设的必要性和争取轨道频率资源的紧迫性以及建设此类星座的技术可行性进行了分析。

小火箭铭记对所有好友的承诺，在不涉及敏感信息和战略、商业计划的前提下，努力对本人做的相关报告都在这里向全体小火箭好友公开。
在2015年，小火箭对SpaceX公司的猎鹰9号运载火箭的技术进行了详细分析，并给出其可重复使用运载火箭将会大量用于军事和商业发射的推断。
同年年底，小火箭给出低轨巨型星座建设可行性和必要性的分析。
过往

2016年4月8日，猎鹰9号火箭进行第22次发射，在为国际空间站进行货物运输补给后，第一级火箭（编号B1021.1）进行第5次海上着陆尝试，第一级火箭在大西洋上的驳船上成功降落，海上着陆试验成功。
这次成功的海上回收，猎鹰9号运载火箭以3.136吨的国际空间站载荷出色地完成了货运任务，同时验证了2015年的小火箭弹道计算。
从此，质疑可重复使用运载火箭毫无用处且浪费运力的说法，开始噤声。


2018年3月27日，在《小火箭 | 对美国最新的国家太空战略的分析》中，给出预言：
美国会成立天军，建立美国的第6大兵种。
2019年2月，美国太空政策4号指令颁布，以正规文件的形式，正式确定美国天军组建。
从此，认定美国绝对不会组建独立天军的人，开始噤声。


2018年2月25日，就在SpaceX公司以一箭双星的方式，把星链计划的2颗技术验证星送入预定轨道3天后，小火箭发布了自行设计和计算的巨型星座优化部署方案，给出了用现有猎鹰9号运载火箭，以一箭50星，一次完成同一倾角的一整条轨道的部署方式。
《小火箭聊SpaceX的星链天基互联网星座》这份报告，在2017年年底完成基本架构，在2018年2月下旬，在两颗技术验证星发射的时机下，完成发布。
一时间，引起广泛讨论。
其中，争议的重点在于：很多人认为，猎鹰9号运载火箭不具备一箭50星的能力，小火箭的计算属于臆想。
这些人，质疑的重点，在于小火箭的计算，没有考虑到卫星的适配器和分离器。对小火箭的“只要卫星设计合理，一箭多星没有必要按传统方式研制重量以吨计”的说法，嗤之以鼻。
这个猎鹰9号运载火箭是否具备一箭50星发射能力的争论，持续了一年多。

直到北京时间公元2019年5月24日星期五，上午10点30分，SpaceX公司的一枚猎鹰9号运载火箭Block 5型B1049.3在卡纳维拉尔角第40发射场点火成功，那些所谓猎鹰9号运载火箭发不了50颗星链计划卫星的质疑声，才戛然而止。
为什么呢？
因为当时，是以一箭60星的方式发射的。

适配器和分离器的重量呢？哈，SpaceX公司也没有考虑到，因为采用薯片叠放式布局和抛洒扑克牌式分离的设计，无需使用传统的分离机构。


当然，有关猎鹰9号运载火箭，还有一些过于乐观的说法。
比如在首次成功回收之后，一些人认为，猎鹰9号运载火箭的发射报价，会有一个数量级的降低，从6300万美元急剧降低到630万美元，彻底颠覆全球火箭发射市场。

小火箭在2017年4月，发布了《SpaceX可回收火箭技术与成本分析》这份报告。
该报告给出了可重复使用运载火箭的气动计算和弹道计算，并按照小火箭联合会研制的火箭成本分析模型，认定，虽然猎鹰9号运载火箭的燃料成本占比不到1%，但是火箭第一级可重复使用后，其发射报价只会打八折，而并不会产生数量级的降低。
这份报告，在2017年的阅读量和引用量并不高。
但是，在2018年年底，SpaceX公布了最新的报价策略后，整份报告就突然被更多人所知了。
原因在于，原价6300万美元的不可回收的猎鹰9号运载火箭，在确定能够进行可重复使用的商业发射之后，报价降低为5000万美元。
5000万/6300万=0.794，恰好相当于八折！

小火箭在本文开始，回顾过往4年来发布的和星链计划相关的四件事：可重复使用运载火箭的技术是否可行？美国是否会独立组建天军？猎鹰9号运载火箭是否具备一箭50星的部署能力？可重复使用运载火箭的发射报价会是怎样的走向？
在这四件事上，小火箭的报告要么是遇到很多质疑，要么是关注度很低，直到事情真的如报告中所说的，真实发生了，才得到了关注。
于是，我产生了这样的感受：
一件用技术和用心分析做的事情，往往得不到关注或广受质疑，而到了真的预言精准，开始得到充分印证的时候，大部分人又都会觉得，事情发生得理所当然，并无值得称道之处。
不过，感慨归感慨，如今人们逐渐形成了关注和探索太空的共识，这一切，已经值得了。

感慨一下这四件事，其实还是和星链计划有关的。
就在小火箭给出“低轨星座的时代到来了”的分析时，又开始聆听到一些酸苦的话语“你这是预设前提，毫无依据”。
这些话语，往往出自同一类人。好在现在的网络是有时间戳和记忆的，小火箭好友们，咱们期待那一类人稍有良知的残余和反思的机会，能够在回首过往的时候，对大家报以微微一笑，也算是送给过往的数年岁月一个青涩的回忆了。
莎士比亚的《暴风雨》中，有这样一句话：
What's past is prologue.
凡是过往，皆为序章
小火箭给出有关过往的一些感慨，算是一个比较长的序吧。
计划

星链计划，按多步进行。
这些计划具体来说是怎样的呢？
答：先打2颗技术验证星，然后再按中轨层和低轨层的方式，分层部署。

上表为2018年入轨的丁丁-A和丁丁-B技术验证星目前（2019年10月22日午后）的轨道情况。
其中，丁丁-A的近地点比起当年，稍微低了1公里，为496公里。
两颗星的远地点依然保持在512公里的高度上，轨道倾角比较接近，丁丁-A为97.45°，丁丁-B为97.46°。


今年（2019年）5月份，SpaceX以一箭60星的方式，部署了第一批星链计划的工作星。
这60颗星，属于分布在53°倾角轨道上的由1584颗卫星组成的子星座中的第0批。
第1批卫星，也就是下一次的一箭60星发射，预计在2019年的11月份。
另外，1000公里+的3层中轨子星座，在同步准备中。


按2018年的114枚运载火箭的总发射量，中国世界第一，为39枚，占34.21%，也就是超过了全世界发射次数的三分之一；美国世界第二，为34枚。

全系列的猎鹰运载火箭的发射量，为21枚，占全美发射量的61.76%。

这21枚猎鹰火箭中，有一枚重型猎鹰运载火箭，使用了1个芯级和2个助推器，保守计算，依然按猎鹰9号运载火箭来看。
那么，如果现有能力全部用来发射星链计划的卫星的话，每年就具备将1260颗卫星送入预定轨道的能力。
这样，5年后，到2024年，将会有6300颗星链计划的卫星入轨，星座将完成半数建设。
当然，SpaceX公司不会把全部运力用来发射星链计划的卫星。
但是，按目前的二手火箭的库存情况和新火箭的量产情况，只需把一半运力拿出来发射星链计划卫星，依然能够实现2024年完成半数建设的要求。


随后，因二手、三手的运载火箭第一级变得更多，且量产后的星链卫星有产能升级的可能，部署速度会有所加快。
预计到2027年11月，星链计划的11927颗卫星将部署完毕。
而近期，SpaceX公司新递交了3万颗新增星链计划，这让整个星座的规模，达到了41927颗！
这是什么概念？

人类从公元1957年10月4日，将第一颗人造地球卫星斯普特尼克1号送入预定轨道以来，经过62年的苦心经营，终于把在轨活跃卫星的累积数量增长到了2063颗。
41927颗，是目前人类所有在轨活跃卫星数量的20倍！
考虑到卫星的自然轨道寿命和更替情况，保守计算，这个数量也会是10倍量级。
应用

今天（2019年10月22日），北京时间下午2点48分，马斯克本人使用星链计划的60颗卫星为基础的天基互联网，发出了第一份星链社交网络信息，内容为：
“哇噢！这居然能成！（本条信息通过太空中的星链卫星星座发送。）”
由此可见，实验性质或者宣传性质的应用，星链星座可以试着用一下了。
军事
星链星座的军事潜力，小火箭在《小火箭对SpaceX星链计划低轨巨型星座的分析》一文中，和大家一起探讨过了。
从客户角度来看，星链的军事潜力，实际上已经实锤了。

美国空军已经和SpaceX公司签署了一份价值高达2800万美元的合同（相当于人民币1.983亿元）。
这份带有浓厚资助意味的合同，使得美国空军成为了星链星座事实上的第一位用户。
合同概要：SpaceX公司向美国空军开放星链计划的低轨星座，以便让美国空军在未来3年的时间里，测试和摸索在军事行动中使用低轨通信星座的方法，同时让美国空军相关人员熟识现代低轨星座的接口和协议标准。

铱星获取了250万美元的相关资助。
要知道，美国空军是铱星最大的且最稳定的客户。铱星公司的夏威夷关口站干脆就由美国空军的技术人员来亲自运营和维护。
而低轨巨型星座的资助合同，SpaceX公司的星链计划获取的金额是铱星公司的11倍。
现状

在2019年5月24日，第0批，也就是首批星链计划60颗卫星由同一枚猎鹰9号运载火箭送入太空。
到今天，整整151天过去了，所有60颗卫星都已经绕地球飞行2000圈以上（2313圈）。
这样的话，也就到了咱们分析这60颗卫星的状态的时刻了。
有两样东西，我对它们的思考越是深沉和持久，它们在我心灵中唤起的赞叹和敬畏就会越来越历久弥新：一是我们头顶浩瀚灿烂的星空，一是我们心中崇高的法则。它们向我印证，上帝在我头顶，亦在我心中。——伊曼努尔·康德

小火箭给出所有60颗星链计划在轨60颗卫星在2019年10月22日傍晚时分的轨道情况。
标称轨道，为倾角53.00°，近地点和远地点都为550公里的圆轨道。
目前来看，这些卫星基本上在53.00°附近，近地点549公里，远地点551公里的稍微扁一点点的椭圆轨道上。


这60颗卫星中，有36颗卫星的轨道保持能力优秀，至今误差不超过1公里，足见氪离子电推进发动机虽然是首次进行太空大规模工程化应用，但是表现不错。
另外，氪的成本不到氙的18分之一，在未来大规模量产星链计划卫星的时候，这一设计的成本优势将会更加凸显。
有15颗卫星的近地点掉高在1公里到10公里之间，这些卫星，按误差从大到小，依次是：
星链-75，星链-41，星链-64，
星链-69，星链-21，星链-26，
星链-33，星链-37，星链-38，
星链-39，星链-42，星链-50，
星链-54，星链-58，星链-76。

星链-75卫星的近地点为540公里，远地点为544公里，和标称轨道有了10公里的累积误差。
星链-41卫星和星链-64卫星的轨道，近地点变小，远地点增加，成了较为椭圆的轨道。
这两颗卫星的近地点为546公里，比标称轨道低了4公里，但是她们的远地点都为554公里，比标称轨道高了4公里。
星链-48，星链-61和星链-75这3颗卫星，轨道误差在10公里到50公里之间，属于变一下轨完全不影响使用的情况。

不过，另有7颗卫星，属于轨道误差超过50公里的，小火箭认为这些卫星要么出于轨道规避的目的进行了机动，要么就是已经损坏。
按误差大小排列，有可能出问题的星链卫星，为如下7颗：
星链-67，星链-46，星链-60，星链-29，
星链-52，星链-43，星链-80。
其中，问题最大的是星链-67号卫星。
目前，她的近地点只有303公里，远地点也只剩339公里。
如果不启动自救措施，这颗卫星明年（2020年）就会再入稠密大气焚毁。
另外一颗有再入风险的星链卫星，是星链-46号卫星，其近地点为359公里，远地点为396公里。
其他5颗星链卫星，轨道高度在422公里到495公里之间，偏离标称轨道55公里以上，也就是误差已超10%，也是需要引起我们注意的。



预计今年（2019年）剩下的这2个月的时间里，SpaceX的星链计划卫星会进行第2批发射（这是厂内编号的第1批，因为星链星座的发射批次，是从0开始计数的，妥妥的程序员风格）。
小火箭赶在另外60颗星链卫星入轨之前，在首批60颗卫星入轨151天的时候，对每一颗卫星的轨道现状进行了阐述。
在接下来的日子里，小火箭会继续对全球的巨型低轨卫星星座进行跟踪和分析，并争取在首批卫星入轨360天的时候，进行第二轮阐述报告，到时候会给出本文表格的链接，以便大家比较。
持续监测60颗卫星的工作量，还是比较大的，更何况今后星链计划卫星的数量很快会翻番，并会在数年时间内突破1万颗，今后小火箭的工作量定将会是非常巨大的。
那么为何从五年前，小火箭就对低轨巨型星座就如此执着呢？
答：虽然咱们讲究要破除我执，但是苏格拉底的那句话说得好，To be is To do，我应该，所以我去做。与大家共勉之！
全文结束，感谢大家！
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