互联网卫星的第二次发射

前段时间，SpaceX互联网卫星进行了第二次发射任务，现在SpaceX的互联网卫星在轨数目已经有115颗。这次发射任务再次引发了观众的担心。

关于SpaceX的StarLink互联网卫星，是挑战与机遇并存，担忧与怀疑同在。SpaceX刚开始准备在地球三阶轨道发射12000颗卫星提供互联网服务（之后成为30000颗），这一想法和观念的提出引起了很多人的不满。首先是天文学家，天文学家表示未来天文观测，如此众多的互联网卫星会造成光源污染，对天文观测活动造成很大影响。还有很多民众担忧卫星的安全，如果卫星失效了怎么办？会砸向地球吗？

StarLink互联网卫星计划

而且不止SpaceX有互联网卫星的想法，亚马逊，OneWeb，Telesat和LeoSat等一些公司也拿到了美国联邦通信委员会的许可，他们未来都会发射类似SpaceX的互联网卫星，数量从几百颗到上千颗不等……如果卫星在轨道如此密集，那其他卫星怎么升空和在轨运行？这不就是占位置吗？

其实不然，首先我们来看看天文学家提出的问题，如何避免卫星的光污染情况，SpaceX在每一颗互联网卫星上进行了特殊的涂装，尤其是太阳能电池板模块附近，这样可以让这些卫星“隐形”。现在地球轨道有数十万颗10厘米以下的太空垃圾，在轨卫星也有2000多颗，加上报废的卫星一共有5000多颗……

太空垃圾模拟图

那么现在的轨道交通很繁忙吗？确实不容乐观，但还不到密集的程度，地球对于人类来说是一个巨大的天体，他的轨道也是非常巨大的，几千颗听起来可能很多，但是对于地球来说不是太大问题。而且现代太空垃圾回收技术也在不断发展，会有专门的机构或者公司进行回收太空垃圾的工作，也许在未来我们的轨道会越来越明朗。

多家互联网卫星发射公司曾表示，如果一颗系统卫星退役或者说失效，它会在几年内自然脱离轨道，之后卫星将在大气层之内燃烧，不会给地面上的人们带来困扰。退役过程包括降低轨道，然后耗尽电池，清空燃料管道和油箱，并确保充电电路永久关闭或熔断，这样可以避免卫星有意外充电放电的风险。

卫星在大气层燃烧

既然问题都得到了解决，我们又能从SpaceX的互联网卫星看到什么呢？或者说“挑战”过后有什么机遇或者未来呢？互联网卫星的确实可以带来很多收益，而且收益会随着地区扩大，使用人口增多而增加，利益和新技术实验探索是互联网卫星得以发展的原因之一。

挑战后的科学与机遇

关于太空卫星有两个非常重要的点，一个是卫星的任务定位，它是用来做什么的，知道这一点我们就可以知道这颗卫星上面的科学载荷有哪些。第二点就是卫星的推进载荷和姿态控制系统，SpaceX一直声称自己的互联网卫星足够强大，我们也需要从这两方面看SpaceX的互联网卫星，首先是推进器。

SpaceX StarLink展开太阳能阵列渲染图

SpaceX互联网卫星推进系统

现代一些卫星任务分析表明，地球轨道提升和深空卫星应用都需要更高功率的电力推进系统。因此，高功率卫星推进系统的发展成为卫星未来飞行任务的必经之路。因此，SpaceX的StarLink互联网卫星全部都配备了霍尔离子推进器。

一般情况下，性能和易用性的最佳选择就是氙，氙一直是卫星任务应用的首选推进剂。虽然氙气具有若干技术优势，但它的价格比较高，而且氙的价格浮动比较大，造成了严重的卫星预算问题。为了降低推进剂成本，需要在保持推进器性能水平的同时，确定一种更经济的氙替代方案，所以SpaceX选择了一种更为经济的霍尔离子推进器材料——氪。

离子推进器

先前SpaceX为了测试离子推进器，曾经给Microsat 2a和Microsat 2b两颗实验卫星使用氪氙混合物推进剂，测试使用了纯氪和不同的氙混合物推进剂。KHT试验活动的主要目标是有两点，首先是对比，对比氪和氙推进器性能的特点和效率，第二就是评估氪与氙结合使用对推进系统效率的影响。SpaceX早期进行的实验确定了StarLink互联网卫星使用的推进剂。

SpaceX Microsat 2a和Microsat 2b试验卫星

之后SpaceX对霍尔离子推进器开发的半经验模型进行升级，考虑纯推进剂参数的线性近似，对纯氙气、纯氪气和两种气体混合物的霍尔离子推力器的性能进行了评价。最后SpaceX工程师引入霍尔推进器的效率物理模型，估算了解了卫星推进器的效率，确定使用了氪和氙混合的多重离子推进器。

SpaceX互联网卫星的主要结构

SpaceX互联网卫星的主要结构是1.1米×0.7米×0.7米的箱体设计，并携带航天器飞行计算机、动力系统部件、姿态确定和控制部件、推进部件、全球定位系统接收机以及宽带、遥测和指挥接收器和发射机。主总线安装在有效载荷桁架系统上，该系统还带有通信面板、卫星间光链路发射机和接收器、星跟踪器和遥测天线，有两个2米乘8米的太阳能电池板。

SpaceX V0.9版本卫星，叠层准备进入火箭整流罩中

一开始Microsat 2a和Microsat 2b两颗实验卫星的总质量有400千克，第一次StarLink发射的60颗互联网卫星每一颗有227千克，本次StarLink任务的卫星单个重量有260千克，看来SpaceX在系统集成度上也下了不少功夫。一个卫星非常重要的还有姿态控制系统，SpaceX的卫星姿态是三轴稳定的，以保持两种指向工作方式的姿态位置。电源由太阳能电池板提供，其设计目的是在航天器寿命的预期结束前提供足够的能量，除此之外卫星热控制系统会确保所有部件保持在工作温度范围内。

除了卫星总线和相关子系统的发展之外，SpaceX还利用位于美国西部的五个宽带阵列地面站以及三个移动式地面站通信路径进行通信。随着轨道剖面的提供，宽带阵列测试平均每0.9天进行一次，每次不到15分钟，主遥测、跟踪和指挥地面站位于华盛顿州雷德蒙德商业卫星控制中心内。

SpaceX StarLink控制室之一，也是试验卫星通信的通信室之一

刚才我们从SpaceX互联网卫星的推进技术，不同系统之间的集成度，卫星的姿态控制系统等方面研究了一下SpaceX卫星的建造水平。总的来说，每一颗卫星建造的都很不错，尤其是推进器方面让人意外，为了追求高效率和高经济实用度，SpaceX的互联网卫星离子推进器采用了多种推进器混合，氙和氪为主的新推进剂搭配，很有创新力。

SpaceX V0.9卫星，准备进入整流罩，一共有60颗

看完了卫星本身，我们一起来研究一下，这些卫星怎么用？如何用？给谁用的问题，这也就是我们刚才提到的——卫星的任务定位。

新技术先利用在军事，SpaceX互联网卫星也是如此

在今年2月，美国空军官员在公司总部会见了埃隆马斯克和SpaceX副总裁Gwynne Shotwell。讨论的主题包括未来空军如何用SpaceX的StarLink宽带服务。在去年12月，美国空军战略发展规划和试验办公室授予SpaceX一份价值2800万美元的合同，内容是在未来三年内军方可以使用该公司StarLink宽带服务进行不同测试。

SpaceX创始人埃隆马斯克和北美空军司令部官员谈话

Greg Spanjers是美国空军实验办公室的首席科学家，他负责监督一个名为“全球闪电”的项目，该项目想要测试商业空间互联网作为另一种通信方式的合理性。SpaceX公司在“全球闪电”计划下获得了迄今为止最大的空军合同，其他公司也获得了几百万美元不等的合同。

SpaceX互联网卫星的结构，堆栈和太阳能电池板结构

随着时间前进，SpaceX互联网卫星也在不断升级，相比于第一次发射，有很多改变。在美国空军测试的是第一次发射的60颗互联网卫星，也就是V0.9版本，前些天发射的互联网卫星是V1.0版本，这些卫星得到了全面的升级，v1.0卫星升级Ku波段硬件的同时还增加了一些Ka波段天线，除此之外总宽带数据吞吐量增加了4倍。发射成功后埃隆马斯克表示，这60颗卫星的带宽超过每秒平均1Tbps，每颗卫星的带宽为17 Gbps。

第一次互联网卫星的堆栈图

未来发射又会有那些进步？这是我们无法预测的，但是可以明确的是SpaceX互联网卫星的面向人群，先开始是军方，在接着就是民用，民用包括很多，偏远家庭，海中船只，极地科考队等等，除此之外可能还有科学用途……

未来的互联网卫星与互联网发展形势

随着科学技术的进步，在克服困难解决问题的同时，我们更应该深入了解互联网卫星计划。其实概括起来各公司的互联网卫星计划的用途分为两个部分，一个是军用，一个是民用，而在这其中又有一些新的技术和探索路线。比如氪氙混合物霍尔离子推进引擎，卫星制造和自动化部署探索路线等等，这些新的科学和技术是我们不能忽略的。

第二次（今年11月11日发射的互联网卫星）互联网卫星的堆栈图

未来几年，我们的轨道会有很多互联网卫星提供服务，互联网卫星服务的最大优点除了军用之外就是覆盖面积，如果可以甚至可以给南极北极提供网络，还有就是低延时高吞吐量等等。

希望在未来可以让更多人体验网络的快乐，控制卫星成本控制发射成本是互联网卫星计划的关键之一，如何让更多人用上互联网卫星提供的网络是最终目标之一。

SpaceX互联网卫星太空部署渲染图

也许……从这些互联网卫星计划，我们也可以窥探未来网络发展形势的一二。