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11 月 11 日 SpaceX 猎鹰 9 号火箭将第二批 60 颗「星链」卫星发射升空,意味着什么? 第1页

  

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“面对着世界新技术革命的挑战,中国应该不甘落后,要从现在就抓起,用力所能及的资金和人力跟踪新技术的发展进程,而不能等到十年、十五年经济实力相当好时再说,否则就会贻误时机,以后永远翻不了身。”

————《关于跟踪世界战略性高科技发展的建议》(王大珩、王淦昌、杨嘉墀、陈芳允)


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意味着SpaceX距离能够独立成为世界航天新一极越来越近了

先看本次发射的几大亮点

1.火箭已经是第4次成功回收,变成5手火箭,历史上最多回收的一次。且Block5版本火箭并不需要大修还可以继续使用,理论上10次以内不需要修,最多可复用100次。

SpaceX的新火箭报价基本在6000万美元左右,二手的打七折,这个成本比起波音和洛马的联合发射同盟ULA动辄1.5-4亿美元发射报价,简直不要太感人。事实上,猎鹰系列火箭已经基本能做到ULA家宇宙神和德尔塔系列的全部发射能力。

2.火箭发射能力惊人。本次发射了60颗Starlink卫星,加上支撑结构总重在17吨左右。为进行火箭回收,猎鹰火箭的一级基本要保证剩余30%的燃料,基本对应损失30%的运力。从这个角度看,猎鹰9号宣传的22.8吨近地轨道运力名不虚传。这个运力,和美国现役德尔塔4重型、俄罗斯质子M/M+、中国长征5号同一个级别,但总体性价比远高于任何其他一款。

3.整流罩第二次使用。SpaceX突破了价值600万美元整流罩回收技术后,第一次将二手整流罩使用在这次任务中,目前这个技术独步全球。

4.星链系统迭代速度太快了。SpaceX的Starlink并不是第一个提出来的低轨卫星通信系统,但绝对是建造最快的。2018年2月发射两颗实验星,2019年5月就发射第一批60颗实验星座,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、超强变轨能力和通信能力、星间链路等都有了很大的进步,速度非常惊人。最终目标是30000颗星(已获批),远超人类历史上总共发射过的8000余颗卫星。

(UCL)

5.航天产品家族基本齐备。现在SpaceX手里有如下航天产品:世界唯一可回收复用火箭(猎鹰9号)、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)、世界最大低轨卫星通信星座(星链),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,就差军星和深空探测研制能力。


目前,SpaceX依然在快速迭代:

1.极大挤压传统航天势力。自从2015年12月首次实现猎鹰火箭回收以来,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也实现了血洗国际航天发射市场。

4年内(截至2019年11月13日),美国共计有22+30+34+23=109次发射,SpaceX占据了半壁江山,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。

例如,单在2019年,就逼迫ULA的德尔塔M+(5,4)和M+(4,2)两型火箭退役,实在太没有优势。

(Danny Paez)

目前,ULA赖以生存的德尔塔4重型火箭(德尔塔系列唯一服役的一个,军方载荷垄断地位)也面临重大挑战。SpaceX订购的超大整流罩正在瑞士RUAG Space的新工厂生产,一旦开始投入使用也意味着德尔塔4重型比起猎鹰重型将任何技术优势都没有了。后者是现役世界第一火箭,运力是德尔塔4重型的2倍多,价格却是4分之一左右,优势明显。

即便是美国下一代火箭,无论是ULA的火神,还是NASA的SLS,都不会比SpaceX更有优势。尤其是已经磕金200多亿美元的SLS,预计单次发射费用在15亿美元左右!!!在猎鹰重型100%成功率且价位仅在1亿、大猎鹰火箭研发中,实在想不出任何理由去用SLS。SpaceX的技术优势在快速积累发展前景。


2.营利点越发明显。商业航天最大的难度在于营利,通过技术和价格优势,SpaceX在2016年基本开始盈利,但这也面对一个问题:即便做到一年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。

但随着SpaceX载人航天飞船的成熟、猎鹰9号和重型火箭迈入暴利的军方载荷市场、星链必将是个远超铱星的低轨通信市场,这些利润都远超普通商业发射,这也意味着SpaceX的营利能力将有质的飞跃,远超目前情况。利润会带来技术的进一步迭代。

而如果大猎鹰和星舰研发和测试顺利,这二者的组合各方面都将超过SLS和猎户座组合,基本意味着它们将成为人类唯一有能力征服火星探测的航天器。那时候SpaceX的地位,可就是另外一副光景了。

虽然是别人国家的别人家公司,但站在全人类航天发展的角度,SpaceX的确是一个伟大的公司。



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意味1,猎鹰9真实运力进一步提升验证

猎鹰真实运力得到进一步提升验证,本次发射卫星重量从单体227公斤上升至260公斤,仅60枚卫星总重就高达15.6吨,加上卫星骨架配置器一般推测本次实际载荷重量为17-18吨之间,可回收式火箭运力如此堪称顶尖。

意味2,航天器复用进一步奠定成为了主流方向

火箭一级第四次成功回收,四手变五手,整流罩复用发射等等,这些数字和背后的成本无一不进一步证明了,火箭和组件复用绝不是歪路和邪路,给美国其他公司和其他国家火箭生产商提供了最新的方向。

意味3,廉价大载荷入轨或引发卫星制造革命

一直以来,卫星生产由于发射费用昂贵,所获得的订单数量的微量,导致几乎不存在流水线式卫星作业,这就造成了单颗或几颗卫星及其生产平台成本昂贵,无法量产摊销成本,廉价大载荷入轨的商业公司运作成功会让大量科技制造企业进军卫星制造产业,让卫星整体供应链更加完善,批量生产更加成熟。

意味4,卫星发射容错率更高

在卫星尚未发射的时候,SpaceX公司便已经检测出60颗卫星中有一颗卫星损坏,但是即使如此依然全部发射,这意味着在未来卫星和发射费用降低后,航天发射的容错率更高,加速了人类航天活动的发展和前进。


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沉寂了3个月之后,SpaceX迎来了今年度第11次发射任务2019年11月11日,在卡纳维拉尔角,猎鹰9号火箭将第二批60颗星链卫星发射升空。本次发射也是著名的卡角自8月22日GPS-III卫星发射以来的首次地面发射任务(为什么强调地面?因为进行过一次空射发射任务)。

这次任务中,在一二级火箭分离后,猎鹰9号发射升空8分25秒后,SpaceX在海上驳船回收猎鹰9号一级火箭,这是SpaceX第四次回收了这枚一级火箭。

海上回收船,回收了B1048.4芯体 https://www.zhihu.com/video/1177602308970684416

猎鹰9号升空1h1min后,第二批 Starlink (星链)60颗卫星星箭成功分离。

星箭分离 https://www.zhihu.com/video/1177602420116488192

因天气情况限制,回收船放弃了两片整流罩的回收尝试。

发射小结:四手芯体火箭成功发射并成功回收(难道还要用第五次?复用的次数极限是?),二手整流罩(一片是二手的,一片是新的)成功分离,星箭成功分离。略有遗憾的是,整流罩回收未进行,发射综合成绩可以打90分。

整体任务具体分析:

1、“能力新高”,

猎鹰9号的运载能力达到了新高,60颗星链卫星Starlink卫星每颗重约573磅(260公斤),每一颗比第一批的重30kg,60颗一共比第一批重1.8吨,这次总质量为15.6吨。(比长征7号的运载能力13.5吨,多了2.1吨)

starlink卫星密集阵列

2、“卫星新技术”

星箭分离高度为280km,卫星再用霍尔推进器(氪电推)爬升,其中40枚爬升到350km,20枚爬升到550km。相较于第一批星链第二批星链有两个比较明显的技术更新:一是升级了高性能的星敏感器,有助于卫星更好地进行轨道和姿态控制;二是增设了Ka波段天线,比第一批只有Ku波段转发通信功能的星链卫星要更强一些。

3、“芯体旧四手

首次采用“四手”芯一级B1048.4,意味着编号为B1048.4的火箭芯体第四次重复使用!它的前三次发射时间是,首次发射:2018年7月25日,铱星星座发射,范登堡空军基地;第二次发射:2018年10月8日,发射阿根廷遥感卫星,范登堡空军基地;第三次发射:2019年2月22日,发射印尼通信卫星和以色列创世纪月球着陆器,卡纳维拉尔角。

从发射的影像中很容易识别出这个四次使用的芯体B1048.4,因为其表面没有进行补漆等修饰,原生态的形式装配成了猎鹰9号。

4、“整流罩旧二手”首次使用了二手整流罩 ,本次发射,猎鹰九号火箭的两瓣整流罩中的一瓣源自于4月11日重型猎鹰发射任务。那次发射中,SpaceX公司成功回收了一瓣整流罩。整流罩上带有飞控、推力模块和带有方向舵的降落伞,实现下降过程中的制导。整流罩的造价在600万美元以上,占到了猎鹰九号火箭成本的10%左右,因此回收整流罩具有较大价值。整流罩脱落在大气层前,整流罩脱落之后与大气的相对速度不会很大导致与空气摩擦烧蚀;通过驳船的巨网回收使整流罩免于冲击和海水浸泡。

影响与分析:

1、市场方面,SpaceX 直接应对了其他瞄准宽带市场的的卫星“巨型星座”竞争(如 OneWeb 和亚马逊的柯伊伯网络),证明公司发射能力,提高市场占有率。但是从发射次数来看,2019年按照发射计划,今年12月份,SpaceX还有一项国际空间站的货运补给任务CRS-19,一项商业通信卫星一箭双星发射任务,2019年总发射次数预计为13次,远低于2018年全年的21次发射任务。发射次数和中国就更没法比了。

2、具体商业方面,由于其连续可回收发射,目前发射成本在3500万-5000万美元左右,是崭新的猎鹰9号的运载成本的60%左右,这直接导致了前几天刚刚空射完的飞马座火箭正式宣布退役,因为运力只是猎鹰9零头,发射灵活性不足,报价却几乎和猎鹰9持平,无力竞争后只能无奈退役。让我们看一下可爱的小飞马。估计其它公司也会考虑自己的研发成本和发射成本的市场竞争性。

3、星座计划的高速通信链路的加紧进行,第一期目前还有55颗星正常工作。我国的类似计划“鸿雁”和“虹云”互联网星座计划,再次感受到了压力和动力。

4、如果符合市场需求,SpaceX 公司可以发射联邦通信委员会授权 的42,000颗 Ku 波段、 Ka 波段和 V 波段广播的 Starlink 卫星,在不同的近地轨道高度上部署多组航天器。自从最近一次5月发射 Starlink 卫星以来,SpaceX 通过最大限度地利用 Ka 波段和 Ku 波段的设计升级,提高了最终用户的频谱容量。与前60颗卫星一样,现在发射的新一批宽带卫星将使用氪离子推进器进行轨道机动,转移到其工作轨道。氪离子推进剂省钱呀!!!

5、最后一条,还是光污染的问题,性能是不错,用户也很多,这些4.2卫星反射的阳光比预期的要多,形成了一个闪闪发光的现象,这些明亮的卫星已引起了世界各地埋怨,特别是天文学家,他们担心增加数万颗同样明亮的卫星可能会干扰地面望远镜的科学观测。spacex公司表示,他们正积极寻求合作合作,工程师们正在采取措施,将未来 Starlink 卫星的发射面变成黑色,以减轻对阳光的反射。据说在这次实施了。看看效果再和大家沟通。


最后,感谢邢博士,引用了您的2张美丽的照片和引用的300字左右的文字。




  

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