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抬头看！今晚，期待已久的“星链”来了！

文/太空精酿
今天晚上27日20：37分开始 ， 在北京西北偏西方向 ， 会看到一串星链飞过天空！大约在20：41分 ， 这串星链的第一颗进入地影 。 20：53分 ， 第二批星链同相同的位置出现 。 呼和浩特 ， 北京 ， 石家庄 ， 济南沿线两侧的许多城市上空都能看到 。
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如果今天错过了 ， 28号依然可以看到 。 28号北京星链出现的时间为19：34分和20：46分 。 各地的观测信息可以使用heavens-above.com查询 。
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什么是“星链”？
注：本文首发于《航空知识》2020-01期 ， 作者：太空精酿 。 借此大家欣赏“星链”之际为大家科普 ， SpaceX为什么要发“星链” 。
“星链”是一个SpaceX提出的服务于地面和低空通信的全球低轨卫星网络 ， 完整计划是分布在两个低轨轨道的共计12000颗卫星 。 它并不是国际上第一个提出的低轨卫星通信系统 ， 但如今是建造最快也最有可能成型的 。 早在2018年2月 ， SpaceX就发射了发射两颗实验星 ， 致敬《丁丁历险记》将两颗卫星分别命名为“丁丁A”和“丁丁B” ， 两颗卫星大获成功 。
2019年5月 ， SpaceX利用自家“猎鹰9号”火箭 ， 首次发射了“星链”第一批60颗卫星 ， 依然带有实验性质 。 而仅半年后就发射了正式组网的首批60颗星 ， 且每次都有很大的技术迭代 ， 例如性价比高的氪电离推进、较强自主变轨能力和Ka/Ku/V波段通信能力、星间链路等都有了很大的进步 。
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本次发射的60枚卫星 ， 最核心的通信能力将集中在Ka/Ku/V频段 。 从目前的实验卫星初步测试结果来看 ， 已经可以实现超过600Mbps的速度 ， 远超生活中接触到的网速 。 其长远设计指标在1Gbps以上 。
近日 ， SpaceX又获批了30000颗卫星发射指标 ， 这意味着“星链”被允许的发射极限是42000颗卫星 。 这组数据意味着什么？要知道 ， 截至目前人类历史上总共仅发射过8000余颗卫星 。 在实际运行中 ， 12000颗就足以实现全部设计目标 。
SpaceX此前主业并非低轨卫星通信网络 ， 但它转向这个领域也有着巨大的长远考量 。 作为一个有着超强技术创新能力的商业航天公司 ， SpaceX手里有一系列世界领先的航天产品：世界唯二可回收复用火箭（“猎鹰9号”和“猎鹰重型”）、世界唯一可回收复用货运飞船（“龙”）、世界唯一可回收复用载人飞船（“龙-2”）、世界现役最强火箭（“猎鹰重型”还有测试中的大猎鹰重型火箭和火星探测飞船（“大猎鹰”火箭和“星舰”） ， 已然是个航天大国的标配 。
SpaceX战绩斐然：自从2015年12月首次实现“猎鹰9号”火箭回收以来 ， SpaceX在4年内共计执行了55次任务 ， 仅有一次地面测试时故障 ， 这个成功率很高 。 凭借优异的表现和低廉的价格 ， SpaceX“血洗”了国际航天发射市场 。 4年内（截至2019年11月13日） ， 美国共计有109次发射 ， SpaceX独占55次 ， 极大挤压了洛克希德马丁、波音、诺格这三大军工巨头的发射市场 。 单在2019年 ， 就逼迫联合发射同盟的“德尔塔M+(5,4)”和“德尔塔M+(4,2)”两型火箭退役 。
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“猎鹰”9号在性价比方面已经超越“德尔塔”4重型、俄罗斯最强的“质子”M/M+和中国“长征”5号 。
即便战绩如此辉煌 ， SpaceX也仅在2016年勉强开始盈利 ， 但这些产品依然有很大的缺点：很难实现大规模盈利 。 例如 ， 即便SpaceX做到一年20枚火箭发射、每枚赚取1000万美元纯利润 ， 也仅为2亿美元利润而已 ， 甚至无法应对某次失败造成的损失和赔偿 。 为获得更高利润、利用利润进一步进行科技研发、扩大自己的航天帝国 ， SpaceX把目光瞄向了低轨卫星通信网络这一巨大红海市场 。
地球网兜
电话、语音、视频这类现代人类已经习惯、甚至无法离开的时时通信 ， 需要信号基站、电缆网络、高轨通信卫星等硬件的支持 。 然而 ， 世界远比城市中人们想象的广阔 ， 大量的海洋、荒原、冰川、沙漠、高山地区人烟稀少 ， 非城市区域占据了地球面积的95%以上 ， 建立基础通信设施成本巨大 ， 远超城市人口密集区 。 但又不得不建 ， 远洋海运、空中交通、科考勘探等与人类生活中息息相关的应用都需要铺盖面更广的通信网 。 以客运飞机为例 ， 现在部分航空公司提供的机上通信服务一般是通过高轨通信卫星实现 ， 但价格极其昂贵 。 笔者近期体验的某航空公司机上Wi-Fi价格高达10美元/小时 ， 但网速仅够处理一些文本和少量图片 。
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低轨卫星通信网络的市场到底有多大也是众说纷纭 ， 从数百亿到万亿美元的评价都有 。 但可以确定的是 ， 它的潜力不可低估 ， 即便能取代传统通信业务中的一小部分 ， 也将是个巨大的市场 。 以中国移动为例 ， 2017年的营业额接近1000亿美元 ， 且利润丰厚 。 在这种前提下 ， 空客、谷歌、三星、一网、亚马逊等公司都提出建立低轨通信网络 ， 但之所以进度如此之慢、甚至取消 ， 有个很重要的问题依然在于建设成本 。
低成本星箭系统
而SpaceX的巨大优势恰好是：低成本 。 卫星建造由批量化生产的微小卫星构成 ， 单价可以低至100万美元左右；发射升空由自家极低成本的“N手”火箭完成 ， “猎鹰”9号可一次部署至少60颗 ， 而“猎鹰重型”理论上则可部署数百颗 。 总费用预计能在150万美元/颗 ， 远远低于其他公司提出的方案 。
因而 ， 理想情况下 ， “星链”全系统12000颗卫星的总建设成本大约在180亿美元左右 ， 即便认为这些卫星寿命在6年左右、每年需要替换约2000颗 ， 也仅是每年30多亿美元的运营成本 ， 这远不是其他系统能够做到的低成本 ， 比起潜在的百亿千亿市场可能微不足道 。
如果考虑到军用价值 ， 前景可能更为广阔 。 世界最知名的例子莫过于“铱星”系统的死而复生：曾经的第一代“铱星”系统经历了还未开始全面营业就破产的惨剧 ， 但后来的军用订单不仅让它死而复生 ， 还积累了足够的利润建立起第二代系统 。 有意思的是 ， 刚刚建立的第二代“铱星”系统全是SpaceX火箭发射完成的 。
在本次发射任务之前 ， “星链”也为军方做了实验 ， 美军一架C-12运输机实现了610Mbps的网络通信速度 ， 通讯时延仅几十毫秒 。 这不仅远高、远快于军用通信卫星的网络服务 ， SpaceX的报价或许也仅是军星的九牛一毛 。
不过 ， SpaceX的“星链”系统也并非没有缺点 。 一方面 ， 这些卫星数量已经超过了以往所有卫星的总和 ， 上万颗卫星在太空 ， 一旦故障、发生碰撞等会产生大量的太空垃圾 。 另一方面 ， 也有天文学家抱怨这么多卫星会干扰天文观测质量 ， 影响科研 。
为了应对这些挑战 ， “星链”系统在设计时也进行了优化 。 一方面 ， 轨道高度偏低依然存在一定稀薄大气 ， 微弱的阻力会在几年内将卫星自然带入大气焚毁 ， SpaceX在设计时也选择了100%能焚毁的材料；另一方面 ， 氪离子电推进系统也会在卫星寿命末端工作 ， 自主进入大气焚毁 。 不过最终效果如何 ， 还待进一步观察 。
【抬头看！今晚，期待已久的“星链”来了！】航天改变生活 ， 例如GPS和北斗卫星导航系统已经完全颠覆了人类对时间和空间的认知 。 低轨卫星通信网络 ， 或许会成为影响我们生活的下一个爆发点 。


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