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上週SpaceX又一次成功發射了60顆衛星上天。星鏈衛星群目標是為全球使用者提供資料通訊上網服務。美國地廣人稀,只能大城市推5G,其他地方提供星鏈資料服務以及傳統的4G服務,美國還有不少地區用的3G。

星鏈衛星發射的速度很快,現在太空中已經有1200+顆星鏈衛星了。星鏈的目標是未來要發射2.4萬顆衛星進入太空。

星鏈未來要發射2.4萬顆衛星,數量龐大

太空中有這麼多美國衛星對於我國的太空安全是個大挑戰。SpaceX明確給美國軍方提供服務,包括衛星資訊分享,以及星鏈為美國軍方提供資料通訊服務。

1.未來如果天上有2.4萬顆美國衛星,且不說對全球的監控達到7*24小時完全無死角的程度,星鏈衛星上帶個高畫質攝像頭不是難事,而且星鏈目前用鐳射進行星鏈衛星之間的通訊,如果鐳射功率大一點,完全就可以變成太空武器。

2.而且星鏈衛星本身就是一件武器,每顆星鏈衛星重200公斤,超過一般的低軌衛星,我國的靈巧低軌衛星重量不過130公斤。在外太空中,龐大的星鏈衛星就是一顆顆飛馳的武器。之前有過星鏈衛星和歐洲的風神氣象衛星險些相撞,風神氣象衛星不得不趕緊連續三次變軌躲避,這種變軌會大大影響衛星的壽命。

想想,如果星鏈衛星撞擊目標是我國的北斗通訊衛星後果是啥?反正星鏈衛星量多又便宜,馬斯克的衛星工廠每個月能生產30顆,一次發射60顆,星鏈衛星每一顆成本才100萬美元(摺合人民幣650萬),中國的北斗通訊衛星總共55顆,花了700億,平均一顆13億人民幣,在外太空中,我們撞不起。

星鏈衛星重達200公斤

3.數以萬計的星鏈衛星如果為美國軍方提供資料服務,那麼將大大加強美國空軍的通訊能力。空天中的資料通訊能力非常重要。比如現在為什麼還需要人控固定翼飛機去打空戰,除了無人機本身的限制,無人機和後面的軍事基地實時傳輸資料的能力是一個巨大的瓶頸。一旦突破這個瓶頸,美國空軍可以直接在後臺指揮前面的無人機轟炸,根本不需要人控飛機出現。

無人機應用制約最重要因素之一是資料傳輸速度

4.大量星鏈衛星主要集中在1000公里到5000公里的低軌,頻段主要集中在Ka,Ku和V頻段,在軌道高度範圍有限,頻段高度集中的情況下,衛星軌道和頻譜的競爭越來越激烈。現在太空規則是,衛星軌道和頻段先到先得。

只要和國際電信聯盟申請,在一年內發射佔據了位置和頻段就是你的了。未來衛星報廢,再發射新的衛星頂替就好了,可以一直佔據這個位置。

國際電信聯盟負責管理衛星軌道和頻段

衛星壽命一般3到10年,主要是由於靠近地球低軌飛行的時候,受到稀薄空氣摩擦力影響,衛星的飛行高度會不斷降低,這個就需要衛星本身自帶的推進器進行變軌修正,衛星自帶的燃料是有限的,燃料用完,衛星就會飛入地球大氣層墜毀。這就是為什麼上面說風神氣象衛星為了躲避星鏈衛星,連續緊急三次變軌造成壽命大大縮短的原因。星鏈衛星採用的是霍爾離子推進器來變軌,離子推進器的燃料是氙氣,用完了,衛星就掉下來了。

順便說一下星鏈衛星的設計壽命是5-7年,以未來星鏈衛星2.4萬顆龐大的衛星數量,SpaceX得不斷髮射衛星去替換退役的衛星。因此星鏈衛星的造價低廉和發射費用很低,對於維持整個星鏈專案至關重要。

衛星尾部的藍色就是離子推進器噴出氙氣離子

5.上週發射星鏈衛星的是一枚9手的獵鷹9火箭。就是這枚火箭之前已經用了8次,回收後再用,這是第9次使用。可回收火箭對於降低發射成本效果非常非常明顯。

中國在可回收火箭技術的跟進上不明顯,去年11月份,中國航天科技集團公司CASC表示,中國將在2025年之前開發出能垂直起飛,垂直降落的第一個可回收火箭,可能是我國長征8號火箭,目前上海航天技術研究院SAST也在研發可重複使用的長征6號火箭。

離2025年還有4年,感覺有點慢。可重複使用的獵鷹火箭讓SpaceX將衛星發射的費用降低到每發射1公斤負荷進入太空的成本降低到5000美元,價格低廉吊打全世界,因此SpaceX拿下了全球90%的商用衛星發射訂單。未來太空商業發射的需求會越來越大,我們得迎頭趕上。

反正我們摸著鷹醬的毛過河又不是一次兩次,既然SpaceX證明了可複用火箭的技術路子非常好用,就接著摸,摸禿嚕皮算。。。

獵鷹9火箭

6.除了開發可複用火箭,大推力火箭也是勢在必行。未來我們有很多發射計劃,太空站,月球基地,移民火星,發射深空望遠鏡,都是要發射大量負荷進入太空,沒有大推力火箭肯定不行。

人類成為跨星際物種這個程序是不可阻擋的,而且即使核聚變沒有成功,星際衝壓發動機還遙遙無期,光靠壓榨化學能火箭潛力,也夠人類移民火星了。

今年3月份,中國放出訊息是,決定研製長征9號大推力火箭,近地軌道130噸運載能力,奔月軌道50噸左右的運力。希望長征9號早日成功。

7.為了和SpaceX星鏈競爭,我國推出了鴻雁和虹雲星座,但是隻有幾百顆衛星的計劃,數量和星鏈差別太大。而且我看到為了降低發射成本,使用固體火箭發動機,雖然理論上可以把發射到太空的成本降低到每公斤10000美元左右,但是固體發動機改進空間特別小,不能變軌,不能靈活控制,相當於一枚大型鞭炮,點火發射就完事了。未來,還是必須以可回收液體發動機為主攻方向。

中國的主力火箭發動機是YF77和YF100氫氧煤油發動機。我國的YF發動機都是在原蘇聯RD120高壓補燃液氧發動機改進,各種魔改形成我們自己的主力發動機,效能也壓榨到極限了。

液氧甲烷發動機和液氧煤油發動機各有優缺點。

甲烷比衝450S比煤油350S高,比衝越高,火箭越厲害。而且液氧甲烷發動機不易結焦,發動機結構簡單,甲烷價格也比煤油便宜。

甲烷發動機的缺點是:甲烷是低溫燃料,煤油是常溫燃料,為了處理甲烷的低溫儲存,需要增加火箭的自身重量。甲烷的密度比煤油密度低,燃料箱的大小也會比煤油大,因此也增加了火箭重量。

但是有一個核心問題是,我們以後要移民火星,是不可能帶著大量的燃料箱和火箭一起飛的。火星上有甲烷,但是沒有煤油。如果用甲烷發動機,我們飛到火星,就地補充燃料就可以飛回地球。如果用煤油發動機,我們得帶著返回用的燃料箱飛去火星,再回來,這是不可想象的,負荷太大了。

除了火星,未來的星際旅行,肯定是甲烷發動機,因為火星,木星,金星大量星球上都有甲烷,沒有煤油。

用不同的燃料,完全是研發一款全新的發動機。不是換燃料就行那麼簡單。煤油發動機的燃燒室,點火,燃料流程和甲烷發動機完全不一樣。

如果未來的目標是星辰大海,甲烷發動機是繞不過去的。

SpaceX的猛禽發動機是液氧甲烷發動機。我們的液氧甲烷發動機也得研發起來。

8.研發多發動機並連技術。SpaceX的大獵鷹火箭BFR是27個猛禽發動機並連,一個猛禽發動機推力200噸到350噸,27個猛禽發動機可以達到5400噸到9400噸,這個推力比人類歷史上的推力最大的土星5號的3400噸大的多。

多發動機並連技術,還有個好處,可以靈活關閉和開啟某些發動機,實現火箭的推力和姿態改變。比如正在試驗的SpaceX的星艦SN10,就是3臺猛禽發動機並連,在下落回收的時候,會關掉其中一臺發動機,配合控制翼面和向量發動機合作,可以完成複雜的下落動作,實現回收。

我們未來也可以透過多個YF100發動機並連,實現推力突破,比如長征9號並連10臺YF100,實現超過1000噸推力。

9.引進民營公司或者國有企業成立獨立公司,獨立立項,引入競爭,加快研發。

美國近年航天領域發展加快,和美國國家航天航空局NASA,引入小公司競爭的關係很大。

曾經NASA也是發展緩慢,費用龐大,旗下的三大主力:波音,洛馬,諾格,號稱是NASA三個親兒子,NASA幾乎所有的商業發射專案合同都是這三個公司包了。

這三個公司恃寵而驕,不但研發緩慢,發射費用還在飛速增長,SpaceX出現之前,他們給NASA的報價是每次衛星發射達到12億美元,NASA忍無可忍,扶植了一批商業小公司,SpaceX只是其中之一。由於馬斯克出眾的個人能力,SpaceX變成了NASA發射主力之一,SpaceX發射的費用只有三大航天公司費用的十分之一。

SpaceX和藍色起源這樣的小航天公司的崛起也倒逼傳統大航天公司,進行技術改革和壓低成本,效果非常明顯。

我們中國也可以學習NASA的做法,引進民營公司或者國有企業成立獨立公司,獨立立項,引入競爭,加快研發。

10.SpaceX的進展非常快。除了星鏈專案的快速推進,猛禽發動機越來越穩定,星艦Starship的進步也很快。

目前已經Starship已經試驗到了SN10,每個月試驗一次,計劃是實驗到SN21,星艦準備完成,就可以開始發射到火星去了。這樣算下來,大概還有一年,Starship will be ready。

馬斯克已經在德州星艦發射基地旁邊開始建設火星城市,未來會為星艦發射背後,提供大量物資和人員上的準備。

很多人說馬斯克是騙子,可複用火箭是謊言,飛往火星是痴人說夢。。。我們看一件事情,不要帶著偏見。

Starship專案在以肉眼可見的速度在飛速進步。

可複用火箭技術將太空發射成本降低到原來的十分之一。

我們看到別人的進步,不是盲目崇拜,也不要閉上眼睛不看不聽,我們要學習別人的長處,然後自己快步趕上。

中國的航天業的發展一向發展得非常優秀,比如我們的北斗衛星定位系統,比美國的GPS衛星系統精度更高,比如我們的嫦娥5號月球取樣專案完美成功,比如我們的天問一號已經成功達到火星。。。

說明我國對航天領域一直是非常重視的,未來要更加重視。

因為飛往外太空,不僅是一種夢想,也是現實中的軍事壓力,2019年美國成立了專門的太空軍,未來太空會成為新的重要戰場。

中國航天業加油!

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