星岛日报

【创科广场】SpaceX展示回收技术 天基互联网成形

2020-09-08 08:56
2015年,马斯克提出「Starlink计画」,计画2019-2024年间,发射约1.2万颗Starlink衞星组成「星链」网络,提供全球低成本的互联网服务。

马斯克(Elon Musk)主导SpaceX星链计画(Starlink),初期不被业界看好,随着衞星量增加,SpaceX降低运载成本,带动了全球低轨星链计画,低轨衞星发射数量2017年开始显著增长。不过论规模和速度,SpaceX已无出其右。

宽频网速延迟率

9月3日,SpaceX再发射Falcon 9火箭,携带60枚Starlink入轨,发表衞星传输数据,声称延迟度极低,下载速度100 Mbps。Starlink衞星完成数据分享测试,同轨道衞星以两枚衞星的连綫(称为Space laser),高速传送数以百GB数据;Starlink亦有机会成为全球传送数据最快的衞星网络。

SpaceX发射大幅降低了成本,肯定成为天基互联网霸主,甚至拥有全球最大电讯网络。

用户只要安装好专用天綫,毋须光纤就连接上网,甚至传送数据。虽然现时速度不及SpaceX原先预期,100 Mbps也足以串流高清电影,延迟率也能应付要求最快网上游戏,意味Starlink可应付任何形式实时通讯,视像会议甚至是AR/VR。

随着5G商用,衞星互联网覆盖可与5G互补。城市人口密集地区,5G让大量用户同时上网;偏远地区如大海、沙漠、林区等人烟罕至地区,接通Starlink衞星亦可上网,堪称是天上的5G。以上速度未达SpaceX向联邦通讯委员会(FCC)呈报的Gbps级网速,SpaceX称须部署超过4,400枚Starlink衞星后,就可达Gb级的下载速度。

网速每月三级跳

2020年,SpaceX共发射12次Starlink,每次60枚。SpaceX低轨道Starlink衞星数量,已超过700枚,而400枚已可提供基本的营运。今年SpaceX会展开试业,北美偏远地区可通过衞星传送数据,连接至互联联网,并成全球拥最多衞星的商业通讯公司。8月,SpaceX测试平均下载速度,介乎11 Mbps及60 Mbps左右,SpaceX每隔2~3周就发射60颗衞星,短时间成为全球最大衞星互联网运营公司。

以100 Mbps传输仍称不上宽频,但Starlink针对光纤未能服务的乡郊及偏远地区,100 Mbps已绰绰有馀。美国FCC计画提供160亿美元资助,向国内超过6百万未能受惠话音及宽频服务的家庭及商业提供宽频。FCC要求下载速度为25 Mbps,上载最低3 Mbps;Starlink已超越门槛,可获得有关拨款。

今次全程发射位于佛罗里达州Cape Canaveral的甘乃迪太空中心,SpaceX高级工程师Kate Tice在美国加州总部Hawthorne现场,直播解释发射过程。

Tice表示,今年SpaceX已进行16次升空。Falcon 9高度229尺,具两级推动器,推进剂2种,包括100万磅航空级煤油以及液态氧,一级推进器具有9个梅林火箭发动机(Merlin rocket engine),为历史上首枚能多次重用的液体燃料火箭。二级推动器则有一部梅林真空引擎(Merlin vacuum engine),进入太空时使用,以液态氧推送Starlink第2程航行,进入水平綫550公里高的地球轨道。

回收如探囊取物

SpaceX回收过程畅顺,一级推进器返回大气层后,引擎就重启,准确降落停泊大西洋的自动太空港无人回收船(Autonomous spaceport drone ship (ASDS))「我当然依然爱你」(OCISLY)号。OCISLY停泊在离佛罗里达州Cape Canaveral东北约350海里,南卡罗莱纳州Charleston以东约20海里的大西洋海面上。发射后9分钟,一级推进器安全着陆,亦是第60次回收一级推进器。

SpaceX也回收火箭整流罩(Payload fairing)。火箭顶部的整流罩,外型如两片蚬壳,保护衞星不受升空时的气动热力(Aerothermal heating)、气动力负载(Aerodynamic load)及其他污染物所破坏。保护整流罩极为坚固,造价超过600万美元;到了太空真空环境,整流罩分离抛弃,并发动二级推动器继续旅程。

整流罩没有动力,遇到天气及整流罩分离高度影响,较难控制准确落点,SpaceX确保整流罩不长期浸在海水影响结构。以两艘命名为Ms. Tree及Ms. Chief,安装巨型大网「捕捉」以降落伞从天而降的整流罩。今次Ms. Chief在整流罩掉入海后迅速捞起,送回佛罗里达州Port Canaveral发射中心。

SpaceX稍后会推出公众Beta计画测试Starlink传送速度,有兴趣的公众人士可在Starlink.com网页登记。

运载成本急跌

2020年始,SpaceX每月发射60枚Starlink,今年覆盖北美及加拿大北部高纬度地区,2021年全球覆盖提供天基互联网。中国正筹办天基互联网「虹基工程」,于明年投入示范应用,只由100多颗小衞星组成。

Falcon 9低轨发射成本约每公吨2500美元,较欧洲亚利安和俄罗斯「质子M」低。中国运载成本也远较SpaceX为高。SpaceX掌握回收技术,成本有望再降,加上美国融资成本较低,其他地区难以竞争。

商业发射衞星经营模式成功后,2015年始,中国陆续出现多家民营衞星公司;包括星际荣耀、蓝箭航太、星河动力、科工火箭、长征火箭等的商业火箭企业,商业衞星制造则有微纳星空、银河航太、天仪研究院等。

据统计,中国商业航太企业数量超过160家,发行A股超过15家。中国火箭制造和发射成本,仍远较SpaceX为高,回收技术正在发展。中国多家基金投资商业航天,衞星制造较突出包括天仪研究院和银河航太,可年产数百颗衞星之多;本港晨兴基金亦参与了银河航太投资。

中国缺乏SpaceX回收技术,如何以成低成本,载送数以万计衞星上天,将成极大难题。

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