如何发射一颗卫星——论星链计划对现代天文学的影响

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科普驿站  第四十二期

主题：如何发射一颗卫星——论星链计划对现代天文学的影响

科目：天文

难度：A2

时间：2020.1.27 

讲师：齿轮

星链计划是美国私营航天公司SpaceX的一个项目，旨在5年内搭建1.2万颗人造卫星在地球550千米高空处组建链式网络，故称为“星链”计划。星链计划启动不久，60颗第一批卫星从美国升空，进入正轨并成功运营，目前为止，SpaceX已经发射了120颗卫星。但是好景不长，第一批卫星发射后，美国天文学会认为“星链”卫星可能“污染”星空，影响天文观测。

事实上很清楚，卫星的发射如同依星、国际空间站等等，在一定情况下是影响了天文观测的。另外，国际天文学界也发现星链已经对天文观测产生了影响，而且与航天器碰撞的风险值令人堪忧。

SpaceX计划先发射12000颗星链卫星，这个数目已然十分惊人。更惊人的是，它又向国际电信联盟提出申请，为额外30000颗星链卫星部署频谱。如果都能成功实施的话，加起来总共42000颗。本来12000这个数字已经很难让天文爱好者接受，突然冒出来42000，这些庞大的数字让天文爱好者们都感到头疼，光学天文学将会遇到大问题，尤其是在拍摄最微弱和最遥远的星体方面，射电天文学也会受到很大的阻力，而且还会干扰到其他的大型天文望远镜和系统，比如说天眼和LIGO。

前不久，就已经有报道称，欧洲的一颗气象卫星在运行中险些与“星链计划”发射的卫星发生碰撞，幸好欧洲宇航局及时对卫星采取紧急变轨操作，才避免事故的发生。

在很多压力之下，SpaceX公司选择让步半分，他们决定给卫星上涂层，以此来减少干扰效果。但是事实上呢，这一措施治标不治本，对于天文研究和观测来说依旧会有很大干扰，甚至未来很有可能看不到星空了，如果计划成功，很多城市所布部署的黑暗天空保护地也将失效。

那么，为什么SpaceX在这种情况下，还是要做“星链”呢？其实答案很简单，就像目前爆发的疫情一样，没有买卖就没有杀害，对于天文学也是如此，一旦星链计划成功，无疑是一块垄断全球经济的巨大蛋糕。 

那么有人阻止吗，为什么民营的航天公司会拥有卫星轨道所有权？这就要从国际上对卫星轨道所有权的定义来说了：

国际规则中卫星频率和轨道资源的主要分配形式为“先申报就可优先使用”的抢占方式。意思是，地球上空的卫星轨道有很多，哪个国家先申报，哪个国家先发射，只要不发生和其他卫星轨道并轨、撞击等事件，就可以使用。随着经济和军事发展，卫星频率与地球静止轨道资源日益成为各国抢占的对象。一些国家和组织出于自己利益的考虑，先占领轨道位置及频率而后发射卫星。然而许多卫星仅仅是作了书面登记，成为所谓的纸面卫星。那是不是意味着，现在还没有发射人造卫星的国家，可以先申报，后期再投入研发，占用资源呢？答案是可以的。

在这种方式下，各国首先根据自身需要，依据国际规则向ITU（国际电信联盟）申报所需要的卫星频率和轨道资源，先向ITU申报的国家具有优先使用权；然后，按照申报顺序确立的优先地位次序，相关国家之间要遵照国际规则开展国际频率干扰谈判，后申报国家应采取措施，保障不对先申报国家的卫星产生有害干扰；国际规则还规定，卫星频率和轨道资源在登记后的7年内，必须发射卫星启用所申报的资源，否则所申报的资源自动失效。也就是说，通过这种方式抢占卫星频率和轨道资源，需要经过国际申报——国际协调——国际登记的过程。如果7年内这一轨道没有被投入使用，将视为放弃所有权。就像拍卖一件物品，以最高价拍下后，拥有所有权，但是不付款，拍卖方有权收回拍卖品进行下一次的拍卖。所以，卫星的轨道所有权基本上是谁先发射就归谁，只要避开其他的卫星轨道，便可以投入使用，一旦完全建设成功，马斯克便有登陆火星的资金和资本。

这又和登陆火星有什么关系？

早年间，马斯克曾经说过一句话：“这个星球不配我死，要死就一定死在火星上。”

马斯克是一个非常执著的人，其实他并不在乎地球发生了什么，他所做的所有的包括可回收火箭计划、发射汽车进入太空，几乎都是前期星际移民的实践，马斯克的愿望是将火箭发射成本降低九成，送10万人进入太空。

在今天，卫星上网的成本是很高的，主要是因为建设、发射、和卫星成本高，而SpaceX的星链计划明显在发射和卫星制造成本方面有着量级的优势，所以如果星链真的投入运行，那么对于今天提供卫星上网的服务商来说具有断崖式的成本优势。如果用网络速度的说法来看，这会是超越5G的、前所未有、空前绝后的运营速度，所以他的价值不可能会给普通民众使用，即使开放，也会是军民分开的，就像是开了迅雷会员和不开的区别（高数量级的压制）。

所以一旦马克斯建成星链，不考虑任何后果的情况下，财富值会激增，并且他会将大量资金投入星际移民上来。

这里讲一点有趣的事情，关于他的家庭。

马斯克从来不给公司的同事放假，周末也是一样，对待下属以身作则，他的一周工作时间超过100个小时。甚至很长一段时间每天只睡几小时，然后工作，工作之后再睡几个小时，就像是达芬奇的作息一样，周工作的时间高达120小时以上！要知道一周才只有168个小时。他的孩子夭折了，他三过家门而不入，好像事情不是发生在他身上一样，对待妻子也是。理智的人都适应世界，没理智的人都要世界适应他，所以世界所有的进步，全靠没理智的人。世界时刻都需要有梦的人——这是被宇宙植入在脑海里的未来，而有时候，你只需要看得远一点，不是只看眼前，看得再远一点，一切都会变得更加清楚……话说回来，有这种信念和战斗力的人，一般都是疯子，但是易于成功。

一旦星链计划进行到了一个临界点的时候，资金会大规模涌入，马斯克这样就会收拢资金并专攻载人航天器的研发。以目前情况来说，SpaceX的收入并不高，赚不了多少钱，至少暂时是这样，而马斯克是个有雄心的人，虽然他现在没有躲债的需求，但他说的要去火星的理想基本上可以断定是真的，SpaceX如果作为一个单纯的航天发射公司去慢慢积累资本是绝对无法实现他的理想的。大家可能想象不到，这么一个光鲜亮丽的私营航空公司，居然收入是很低的，有人计算过。SpaceX的年收入甚至和一个国企差不多。

经济基础决定上层建筑，这就意味着我们要换一个方式，一个足以养育一个新的资本市场的方式。以马斯克的聪明，如果还想不到利用航天发射的优势构建其在太空生意上的优势，那就太不可思议了。那么，这个方式是什么呢？马斯克看到的就是通讯技术。

按照美国人的数字，其有20%多的城市和农村人口还没有连上宽带，接近8000万人口，原因很简单，美国是个地广人稀且采取了低密度聚居模式的国家。马斯克做了这么久的可回收火箭，为什么要做可回收呢？就是为了降低成本，有了可回收火箭在手，就可以研发卫星，有了卫星网络在手，未来全球偏远地区无法建基站的地区用户，去野外挖矿采油的企业，探险科研的，当然还有军方，都可能是这个系统的大客户。

网上很多人对马斯克方案的评判，都认为他的设想和其的技术方案几乎是无懈可击的。我们不纸上谈兵，来看一看事实上可行性又有多高。

星链计划宣称，建成后可以服务于全世界的偏远村庄，使全世界都可以连上网，譬如非洲某些地方，在有了星链之后，人们就可以方便地上网，但真实的情况是，他们需要花钱才能给手机充电，他们需要的是一个中心化的供电系统，而如果这个系统建成了，光纤可能是更廉价高效的选择，所以星链的大市场不会是他们所说的偏远地区，而是更多服务于美国、英国等大客户。所以实际上挂羊头卖狗肉的表面工作要做得漂亮，于是支援边远来强化自己，以此获得边远地区的人员支持，这个支持人数不用多，更多的是需要支持面积。

可是卫星通讯的带宽始终不能和光纤比，对于高清视频直播，视频电话等应用，仍然有不足之处。低轨卫星需要保持轨道，进行姿态调整，卫星通讯还会受到太阳风的影响，所以，从性价比，可靠性，可维护性等方面考虑，星链项目还存在很多问题，相比微波中继+光纤的解决方案，并不见得更有竞争力。全球太空事业之所以在上世纪70年代之后停滞了，就是因为没有实际用处。这样看来，这句话就是一个幌子，从可行性的角度来说也不可能。

马斯克说星链计划每年带来的300至500亿美元收入，来自那些“超级用户”。如果星链服务于自己，服务于美国，那么将会是一个恐怖的资源垄断。前面提到，星链系统的大客户，只会是军方。

那么如果按照服务自己（马斯克）的角度来说，可行性又有多高？其实很多人，只知其一不知其二——

星链的运营实际上是以地面站为基础的，单人终端的星链和以前的光纤接入专线一样，只是给少数人的高价值附加服务，不会和普通的宽带接入服务竞争（但是很有可能会开放某一频段造福社会）。

接下来，成本——根据SpaceX的规划，后续等现在正在测试的“星际飞船”技术成熟之后，将可以实现一次发射部署300颗卫星，并且StarShip也是可重复发射的，将可以减轻不少发射压力。而整个星链计划的费用，根据目前的消息，每颗卫星在50万美元左右，一次发射60颗就是三千万美元，而发射费用由于猎鹰系列火箭都是可回收重复利用的，近日发射第二批星链卫星的猎鹰9号就是一枚四手火箭，可以降低到两千万美元左右。因此整个星链的部署费用在百亿美元左右。其实这样的费用比起宽带网络仅覆盖一个国家就需要动辄百亿美元的投资，成本并不高，按照拆东墙补西墙的方式，也是最有可能成功的。就像当年日本的圆谷公司拍摄奥特曼，其实资金是不足的，圆谷只能一边拍一边播，一年拍一部，每周都在拍，都在写剧本，但是最终也存活了超过50年。

很多人质疑他，但是鬼才的马斯克说不定真的会成功。可是如果真的成功了，现代天文学怎么办？其实大家不用担心太多，即将代替哈勃

的詹姆斯韦伯，马上就要登场了——

2018年6月29日，据国外媒体报道，哈勃望远镜的“接任者”詹姆斯·韦伯望远镜将推迟至最早2021年3月30日发射。

“詹姆斯-韦伯”这个名字是取自美国宇航局第二任局长詹姆斯·韦伯——在韦伯担任美国宇航局(NASA)领导人时美国的航天事业掀开了新的篇章，其中包括探测月球和“阿波罗”登月计划等。因此，“詹姆斯-韦伯”一诞生，便寄托着人们的厚望。同“哈勃”相比，“詹姆斯-韦伯”更大、更精密，能勘测到更远的太空！它口径是“哈勃太空望远镜”的三倍，但质量只有哈勃的一半左右。它是一架没有镜筒的望远镜。

本次科普到此结束，谢谢大家。

【本文参考于知乎、百度、腾讯及新闻文章，进行整理和二次编辑后用于耀星会的公益性科普。】

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