星島日報

【創科廣場】SpaceX展示回收技術 天基互聯網成形

2020-09-08 08:56
2015年,馬斯克提出「Starlink計畫」,計畫2019-2024年間,發射約1.2萬顆Starlink衞星組成「星鏈」網絡,提供全球低成本的互聯網服務。

馬斯克(Elon Musk)主導SpaceX星鏈計畫(Starlink),初期不被業界看好,隨着衞星量增加,SpaceX降低運載成本,帶動了全球低軌星鏈計畫,低軌衞星發射數量2017年開始顯著增長。不過論規模和速度,SpaceX已無出其右。

寬頻網速延遲率

9月3日,SpaceX再發射Falcon 9火箭,攜帶60枚Starlink入軌,發表衞星傳輸數據,聲稱延遲度極低,下載速度100 Mbps。Starlink衞星完成數據分享測試,同軌道衞星以兩枚衞星的連綫(稱為Space laser),高速傳送數以百GB數據;Starlink亦有機會成為全球傳送數據最快的衞星網絡。

SpaceX發射大幅降低了成本,肯定成為天基互聯網霸主,甚至擁有全球最大電訊網絡。

用戶只要安裝好專用天綫,毋須光纖就連接上網,甚至傳送數據。雖然現時速度不及SpaceX原先預期,100 Mbps也足以串流高清電影,延遲率也能應付要求最快網上遊戲,意味Starlink可應付任何形式實時通訊,視像會議甚至是AR/VR。

隨着5G商用,衞星互聯網覆蓋可與5G互補。城市人口密集地區,5G讓大量用戶同時上網;偏遠地區如大海、沙漠、林區等人煙罕至地區,接通Starlink衞星亦可上網,堪稱是天上的5G。以上速度未達SpaceX向聯邦通訊委員會(FCC)呈報的Gbps級網速,SpaceX稱須部署超過4,400枚Starlink衞星後,就可達Gb級的下載速度。

網速每月三級跳

2020年,SpaceX共發射12次Starlink,每次60枚。SpaceX低軌道Starlink衞星數量,已超過700枚,而400枚已可提供基本的營運。今年SpaceX會展開試業,北美偏遠地區可通過衞星傳送數據,連接至互聯聯網,並成全球擁最多衞星的商業通訊公司。8月,SpaceX測試平均下載速度,介乎11 Mbps及60 Mbps左右,SpaceX每隔2~3周就發射60顆衞星,短時間成為全球最大衞星互聯網運營公司。

以100 Mbps傳輸仍稱不上寬頻,但Starlink針對光纖未能服務的鄉郊及偏遠地區,100 Mbps已綽綽有餘。美國FCC計畫提供160億美元資助,向國內超過6百萬未能受惠話音及寬頻服務的家庭及商業提供寬頻。FCC要求下載速度為25 Mbps,上載最低3 Mbps;Starlink已超越門檻,可獲得有關撥款。

今次全程發射位於佛羅里達州Cape Canaveral的甘迺迪太空中心,SpaceX高級工程師Kate Tice在美國加州總部Hawthorne現場,直播解釋發射過程。

Tice表示,今年SpaceX已進行16次升空。Falcon 9高度229呎,具兩級推動器,推進劑2種,包括100萬磅航空級煤油以及液態氧,一級推進器具有9個梅林火箭發動機(Merlin rocket engine),為歷史上首枚能多次重用的液體燃料火箭。二級推動器則有一部梅林真空引擎(Merlin vacuum engine),進入太空時使用,以液態氧推送Starlink第2程航行,進入水平綫550公里高的地球軌道。

回收如探囊取物

SpaceX回收過程暢順,一級推進器返回大氣層後,引擎就重啟,準確降落停泊大西洋的自動太空港無人回收船(Autonomous spaceport drone ship (ASDS))「我當然依然愛你」(OCISLY)號。OCISLY停泊在離佛羅里達州Cape Canaveral東北約350海里,南卡羅萊納州Charleston以東約20海里的大西洋海面上。發射後9分鐘,一級推進器安全着陸,亦是第60次回收一級推進器。

SpaceX也回收火箭整流罩(Payload fairing)。火箭頂部的整流罩,外型如兩片蜆殼,保護衞星不受升空時的氣動熱力(Aerothermal heating)、氣動力負載(Aerodynamic load)及其他污染物所破壞。保護整流罩極為堅固,造價超過600萬美元;到了太空真空環境,整流罩分離拋棄,並發動二級推動器繼續旅程。

整流罩沒有動力,遇到天氣及整流罩分離高度影響,較難控制準確落點,SpaceX確保整流罩不長期浸在海水影響結構。以兩艘命名為Ms. Tree及Ms. Chief,安裝巨型大網「捕捉」以降落傘從天而降的整流罩。今次Ms. Chief在整流罩掉入海後迅速撈起,送回佛羅里達州Port Canaveral發射中心。

SpaceX稍後會推出公眾Beta計畫測試Starlink傳送速度,有興趣的公眾人士可在Starlink.com網頁登記。

運載成本急跌

2020年始,SpaceX每月發射60枚Starlink,今年覆蓋北美及加拿大北部高緯度地區,2021年全球覆蓋提供天基互聯網。中國正籌辦天基互聯網「虹基工程」,於明年投入示範應用,只由100多顆小衞星組成。

Falcon 9低軌發射成本約每公噸2500美元,較歐洲亞利安和俄羅斯「質子M」低。中國運載成本也遠較SpaceX為高。SpaceX掌握回收技術,成本有望再降,加上美國融資成本較低,其他地區難以競爭。

商業發射衞星經營模式成功後,2015年始,中國陸續出現多家民營衞星公司;包括星際榮耀、藍箭航太、星河動力、科工火箭、長征火箭等的商業火箭企業,商業衞星製造則有微納星空、銀河航太、天儀研究院等。

據統計,中國商業航太企業數量超過160家,發行A股超過15家。中國火箭製造和發射成本,仍遠較SpaceX為高,回收技術正在發展。中國多家基金投資商業航天,衞星製造較突出包括天儀研究院和銀河航太,可年產數百顆衞星之多;本港晨興基金亦參與了銀河航太投資。

中國缺乏SpaceX回收技術,如何以成低成本,載送數以萬計衞星上天,將成極大難題。

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