小火箭出品
本文作者：邢强博士
本文共8219字，68图，5表
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本文是星链计划低轨巨型星座系列报告的2019年最终版。
本文，小火箭将要和大家探讨如下七个话题：
第一：星链计划第二批卫星的情况；
第二：部署星链计划星座的成本分析；
第三：星链计划低轨星座的军用测试的最新情况；
第四：已部署成功的第一批星链卫星星座的网速；
第五：在轨的星链计划卫星目前的状况怎样；
第六：短期内，星链计划卫星的部署计划；
第七：未来几个比较关键的工程节点。
数据
矗立在卡纳维拉尔角第40号发射综合体上的猎鹰9号运载火箭，承载着第二批60颗星链计划卫星的发射重任。
这是工程实用化的星链计划卫星巨型星座的41927颗卫星中的第二批。
按小火箭对全球每次运载火箭发射详细情况的统计分析，这次发射，有如下几个值得一提的数字：
发射载荷总质量为15.61吨，相较于第一批实用化星链卫星的质量，平均每颗卫星增重30公斤。
这是SpaceX公司自2002年5月6日成立以来，所发射的总重的入轨载荷。
公元2017年4月20日，北京时间19时41分28秒，由中国自主研制的首艘货运飞船天舟1号，搭载长征7号火箭成功升空，然后优雅地造访了天宫空间站。
天舟1号是中国航天自1970年4月24日具备独立自主的太空发射能力以来，发射的最大最重的航天器。
天舟1号满载货物后，其发射质量为13.5吨。
今年（2019年）5月24日，SpaceX公司发射第一批星链卫星的载荷质量，干重13.62吨，加上少量附属器件，将近13.7吨。
那次发射之后，从近地轨道角度来看，排除纸面数据，SpaceX公司和中国航天在实际发射过程中打的最大载荷质量，已经是旗鼓相当了。
本次发射，SpaceX公司的最大可验证的近地轨道运载能力，刷新为15.61吨。
这是：
第1次：首次使用二手的整流罩；
第2次：实用版星链计划卫星的第2次发射；
第4次 ：B1048猎鹰9号可重复使用运载火箭第一级的第4次使用！
第9次：今年（2019年）猎鹰9号运载火箭的第9次发射；
第11次： 今年SpaceX公司的第11次火箭发射；
第60颗：一口气，一箭60星；
第75次： 猎鹰9号系列运载火箭的总第75次发射；
第83次： SpaceX公司的第83次火箭发射。
相较于第一批星链的60颗卫星（上上图），第二批星链的60颗卫星（上图）有三个比较明显的技术更新：
第一：升级了高性能的星敏感器（上图由红色的发射前请取下的口盖保护着的传感器），有助于卫星更好地进行轨道和姿态控制；
第二：增设了Ka波段天线（上图折叠起来的开口朝下的小锅盖），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；
第三：分两堆，每堆30颗放置的卫星，在从上到下数第12颗、第22颗和第26颗的位置，塞入了缓冲软结构，以免上方卫星对靠下的卫星外壳结构带来损伤。
第二批星链计划卫星，单星质量增加了30公斤后，其堆叠式布局方式不变。
不过，增设的天线让整堆的横截面尺寸增加了6厘米。
这个尺寸的增量，让原本就拥挤的整流罩内空间变得愈发紧张。
怎么办？
拆整流罩！
通常来说，按航天发射标准，运载火箭的整流罩需要设计有专门抵御来自发动机工作噪声和整流罩与大气摩擦产生的噪声的隔音层。
这种噪声和振动会对薄皮儿馅儿大的卫星带来不小的伤害。
不过，星链计划的60颗卫星是堆在一起的，其侧面与传统的单颗大卫星是不同的。
对于振动场而言，传统卫星的薄壳会被诱发产生多种振动模态，一旦接近其固有频率的整数倍，卫星就有结构解体的危险。
而星链计划是一大堆彼此之间紧密结合的状态，从侧面看，简直就是一个大铁坨子。声波奈他不得。
不过，位于整堆60颗卫星顶部的2颗和底部的2颗，没有其他孪生兄弟姐妹的保护，裸漏在外的平面的确容易被声场振坏。
没关系。
读过小火箭早期报告的好友，或许还记得。在星链计划卫星进入太空的3年前，小火箭给出了每次发射50颗卫星的方案。
由此可见，只要一条轨道有50颗卫星能够正常工作，就能够完成星链计划的设计性能。
一箭60星，在为了优化结构重量和内包络尺寸而剔除隔音层的整流罩的体内，很有一定的概率会损坏4颗卫星。
但是，只要其他56颗卫星能够正常工作，影响就不大。
进了太空，再坏6颗也没问题。
这个设计思路，和猎鹰9号运载火箭的第一级的9台发动机并联的冗余设计思路有着较大的相关性。
在目前情况下，影响猎鹰9号运载火箭发射能力的瓶颈，已经不是发动机的推力，而是整流罩的尺寸了。
小火箭认为，今后SpaceX公司会研制直径更大，长度更长的整流罩。
当然，不会在最近几次发射时出现，因为美国宇航局NASA已经要求SpaceX公司把猎鹰9号运载火箭Block 5型的技术状态锁定，以便在审核用该火箭执行载人飞行的可靠性的时候，积累关键数据。
对该型运载火箭的分析，详见小火箭的公号报告《小火箭 | 剖析SpaceX公司的最新版猎鹰运载火箭》。
成本
星链计划，由41927颗低轨卫星组成，是个庞大的卫星星座，其规模是人类自1957年10月4日把第一颗人造地球卫星斯普特尼克一号送入太空以来积累的所有在轨活跃卫星总数的20倍。
那么，如何以更加经济的方式把这么多的卫星送入预定轨道，又如何让这么多卫星的在轨保持的运营维护成本控制住呢？
这两方面的成本控制就格外关键了。
在小火箭的公号报告《SpaceX可回收火箭技术与成本分析》中，已经对猎鹰9号运载火箭在实现可回收和可重复使用之后的成本，进行了详细分析，本文不再赘述。
按小火箭的计算，本次整箭发射成本为3592.2万美元。（是崭新的猎鹰9号运载火箭首次发射的57.8%）。相当于人民币2.52亿元。
本报告是低轨巨型星座年度报告的2019年最终版，因此，干脆以今天（2019年11月11日）发射的这枚猎鹰9号运载火箭为案例，讲述该火箭的第一级的复用过程吧！
猎鹰9号运载火箭的第一级能够重复使用之后，每枚火箭的第一级，就获得了和民航客机一样的唯一编号标识。
比如今天这枚猎鹰9号运载火箭的第一级，其编号是B1048。
她的首次亮相，是在2018年7月25日。
崭新的她，在美国西海岸的范登堡空军基地执行了新一代铱星低轨通信星座的第7次发射任务。
随后，她在海上平台成功实现了回收。
通体洁白，这是崭新的B1048。
2018年10月8日，还是在西海岸，范登堡空军基地。
这是B1048的第二次使用。
考虑到这次发射的是阿根廷的合成孔径雷达对地观测卫星，其弹道比较特殊，更适合于陆上回收。
于是，B1048的第二次回收，在范登堡空军基地第4号着陆场。
这是猎鹰9号系列运载火箭第一次在太平洋附近执行再入可回收飞行弹道。
猎鹰9号运载火箭的第一次美国西海岸带回收操作的发射，给加利福尼亚州的居民带来了一场视觉盛宴。
这条比较特殊的弹道让人们大饱眼福：螺旋状的高空喷流尾迹和七彩的水蒸气彩云都有了！
完成第二次使用后，在范登堡空军基地的B1048，经过简单处理，准备踏上横跨北美大陆的征程。
接着，一辆长得非常像擎天柱大哥的大卡车，将B1048装到托架上，横穿整个北美洲，把她从加利福尼亚州范登堡空军基地的第4发射场的4E工位运到了佛罗里达州的卡纳维拉尔角第40发射场。
小火箭开了一下导航看了看，这一路，不眠不休地开至少40个小时才能到。
走I-10W公路会好一些。这就是德克萨斯州（或译 得克萨斯州 以和山东德州区分开）和新墨西哥州的人有时候会拍到猎鹰9号运载火箭躺着大卡车里赶路的场景的原因。
全程2719英里，也就是4376公里。这个距离，相当于火星赤道半径的1.3倍。
北京市到上海市的里程，为1318公里，猎鹰9号运载火箭的第一级B1048从范登堡空军基地转场到卡纳维拉尔角，相当于跑了3趟京沪线。
今年（2019年）2月22日，以B1048为第一级的猎鹰9号运载火箭，成功发射了印度尼西亚的通信卫星和以色列月球探测器。
这是B1048的第3次使用。
同时，这次发射，载荷要求的星箭分离速度很大，因此使得第一级再入大气时的速度，为所有猎鹰9号运载火箭中最大的。
当时又遇到了大西洋的大风巨浪。
不过，居然还是回收成功了。
复用的猎鹰9号运载火箭的第一级，除更换内部较细的管路阀门以外，不再对外部结构进行翻新作业。
这种节省支出的做法，使得我们也可以从外观上，非常容易地判断这是第一次使用的第一级还是好几手的旧第一级。
上图就是蓄势待发的准备发射星链计划第二批卫星的一枚猎鹰9号运载火箭。
这是B1048的第4次使用了：
她进入过太空3次，去过1次太平洋，去过1次大西洋，还完成过范登堡空军基地的第一次陆上回收，另外还从美国西海岸到美国东海岸，横穿过整个北美洲。
这满身黑漆漆的模样，
不是岁月的沧桑，
而是荣誉的勋章！
——小火箭
嗯，不到1年半的时间里，B1048第一级火箭4次使用，平均每4个月进入太空1次。
另外，为了进一步降低发射成本，这枚猎鹰9号运载火箭，首次实现了运载火箭整流罩的重复使用。
嗯！这次用的是二手整流罩。
从哪里来的？
小火箭风格：这是今年（2019年）4月11日，重型猎鹰运载火箭发射阿拉伯6号高轨高通量卫星时候用的整流罩。
上图为芯级并联的重型猎鹰运载火箭发射阿拉伯6号通信卫星时的场景。
土豪国购买了这枚重型猎鹰运载火箭，成为该型运载火箭成功进入国际卫星发射市场的里程碑事件。
很壮观吧！
不过，实际上，单纯从发射质量的角度来看，这次的整流罩内的载荷总质量，为6.46吨，仅相当于今天（11月11日）这次发射的载荷质量的42%。
这是阿拉伯6号卫星与猎鹰9号运载火箭整流罩的一个瓜瓣的合影。
可以比较清晰地看到瓜瓣内侧有厚厚的隔音层和卫星顶部剩余出来的空间。
这是星链计划第二批卫星和同一块整流罩瓜瓣的合影。
比起阿拉伯6号卫星，这些卫星对整流罩内空间的利用效率高多了。
这就是星箭总体优化的好处，能够更好地发挥运载火箭的能力。
这是重型猎鹰运载火箭的整流罩成功回收后，乘船回家的场景。
小火箭建议SpaceX公司学习第二次世界大战的王牌飞行员和轰炸机机组的做法，在成功回收之后的整流罩上绘制符号，记录成功的次数。
上图的轰炸机，机鼻侧面绘制有33颗炸弹，代表了她成功执行了33次轰炸任务。
小火箭看该机的透明整流罩的形状，认为这是一架后期型号的B-17轰炸机。
整流罩，可以绘制一朵浪花或者一张回收网，来表示完成了回收。
嗯，说不定SpaceX会看到并接受小火箭的这个建议吧！
在轨运维方面，对成本进行控制的主要手段，就是用氪离子电推进发动机替代氙离子电推进发动机了。
有关离子电推进，小火箭在2015年给出了系列报告《离子发动机：星际远征的重要动力》《有关电推进发动机的几个设想》，如果是在小火箭公众号平台上看到的本文，那么点击这两个链接即可阅读。
在有关电推进的几个设想中，小火箭提到了氙的亲戚氪。
尽管有着理论上的可能性，不过SpaceX公司基于氪工质的离子发动机的工程化，依然让小火箭感到欣喜。
星链计划的这些卫星，绝大多数都是运行在53.00°附近，近地点549公里，远地点551公里的稍微扁一点点的椭圆轨道上。
星链计划的第一批60颗卫星中，有36颗卫星的轨道保持能力优秀，至今误差不超过1公里，足见氪离子电推进发动机虽然是首次进行太空大规模工程化应用，但表现还是不错的。
离子电推进，以目前人类的技术条件，最好用的工质是氙。
一立方米的氙气，价格为人民币60255元！
这是什么概念？
北京市2019年的居民用天然气的售价，为每立方米2.63元。
也就是说，氙气的价格，是天然气的2.3万倍！
一立方米氪气，价格为人民币3250元，虽然价格比天然气还是贵了很多，但是相较于氙气，价格只有其18.54分之一，已经是便宜了不少。
考虑到4万多颗的卫星数量和长时间的运维周期和更替补网星的变轨消耗量，用氪来替代氙，虽然性能方面会打折扣，但是在未来10年内，能够至少节省113亿元的成本。
以上是小火箭在火箭复用、整流罩复用、电推发动机工质创新3个方面讲述的星链计划巨型低轨星座的成本控制方案。
军用
小火箭定律：迄今为止，在人类工程技术发展史上，基本上没有任何一项尖端技术能够被军方所忽略。不管这项技术的初衷到底是用于提升人类的生活质量还是仅仅用来满足人类的好奇心，最终这些家伙大多都被拿来用于增强军队的作战效能了。
——邢强
星链计划低轨巨型星座，也没能例外。
星链的启动大客户，就是美国空军。
美国空军向SpaceX赞助了2870万美元（相当于人民币2.01亿元）扶持该公司把星链计划的应用场景拓展到军用。
实际上，按小火箭联合会的消息，早期的星链低轨技术验证试验，包括了卫星和美国空军战斗机的天线阵列进行直接互联的内容。
实际上，在2019财年，有2.15亿美元的专项军费，拨给了向商业航天企业寻求高速军用互联网的计划。
按目前的合同情况，毫无疑问，美国空军慢慢的变成了了星链计划的早期启动用户。
那么，自2019年5月24日的第一批星链计划60颗卫星入轨以来，已经过去了5个月零18天了，军方对星链卫星有没有进行过实际的测试呢？
有的。
小火箭得到了这一系列测试的完整数据，现在本报告中和大家伙儿一起来分享，网速为 ：
610兆比特/秒
这个网速，是美国空军在一架飞行中的C-12双螺旋桨发动机军用侦察机上的实测数据。
C-12是美国军方从比奇公司采购的军用侦察机和情报支援机。
该机由比奇公务机改装而来。
早在公务机的形态的时候，该型飞机就为了满足公司总裁或者业务繁忙人士在高空飞行中的通信需求而开拓了卫星通信链路。
2009年6月10日，比奇C-12军用情报支援机正式进入中东战场。
到2015年，C-12被大量部署的军用无人机所替代之时，该型情报飞机共执飞8.1万架次，飞行总时长超过42万小时。
根据战区信息统计，有653处武器藏匿处和8237名敌方武装人员的发现和该机直接相关。
后来，美国空军有了大量的全球鹰无人机和具备察打一体能力，发现即可攻击的捕食者无人机，就逐渐把41架C-12情报飞机淘汰，划拨给了美国海军和陆军还有情报中心。
这次星链计划的首次军事通信试验，选取这款飞机，有一统美国空军、海军、海军陆战队和陆军以及情报指挥中心的意味。
因为这款飞机是唯一一款这5家单位都有操作经验且参战累计时长超过40万小时的机型。
这是美国海军陆战队的C-12情报机。
美国陆军好不容易得到了几架C-12情报机，因此就想法设法地增强她的性能。
上图和上上图，都是被美国陆军改装后的C-12情报机。
这上面的天线太多了！小火箭担心这小飞机还能不能愉快地飞行了。
有了星链计划低轨卫星星座的支持，飞行器的天线就可以极大地简省和统一了。
而且610兆每秒的传输速率，是当前美军战区5兆每秒的最低传输速率要求的102倍，具备进一步拓展应用的潜力。
今后，占全球14465枚核弹头的总数一半的7000多枚美国核弹头，将会连入全球卫星通信网络，具备更有弹性的作战模式。
嗯，就在很多地方还在探讨低轨巨型星座的必要性和所谓的商业盈利模式的时候，有些地方的低轨星座已进入军事实测运行阶段。
有关低轨巨型星座的建设，真的应该尽快提上日程了。
状况
按照小火箭的风格，我们该对每一颗星链计划卫星的状态做到心中有数。
感谢大家一直以来对小火箭的鼓励和支持！
这是小火箭给出的所有60颗星链计划在轨60颗卫星在2019年10月22日傍晚时分的轨道情况。
本报告，给出2019年11月11日与上次的10月22日的星链计划第一批次60颗卫星的对比图表：
在上个月（2019年10月）的小火箭报告中，小火箭对星链-52、星链-67、星链-60和星链-80等卫星的状况表示了关切。
如今，星链-52、星链-60和星链-80这3颗卫星，已经不再处于小火箭监控中心的数据之列，被判定为失联。
目前，星链计划第一批的60颗卫星中，在轨活跃卫星有57颗。
大部分星链卫星运行状况良好。
不过，有一些卫星需要引起注意。
星链-26号卫星，在2019年10月22日属于状态良好星，近地点高度548公里，远地点高度551公里，倾角为53.00°，在标称值范围内。
但是，在20天后的今天，星链-26号卫星的近地点高度已陡降9公里，远地点高度陡降10公里，如果不是紧急规避的变轨动作的话，那就有很大的可能性是电推出了问题。
星链-52号、星链-60号和星链-80号这3颗卫星，已失联。
星链-67号卫星在20天的时间里，近地点高度下降了2公里，远地点高度下降了7公里。
不过，考虑到星链-67号卫星的入轨近地点高度仅303公里，因此，这是正常的离轨操作。预计在小火箭后续的低轨巨型星座的报告中，将会迎来星链-67号卫星的再入。
另外，星链-46号卫星，近地点高度也只剩下357公里了。
也就是说，在可预见的将来，星链-67号和星链-46号卫星将会跟随之前3颗卫星，进入主动离轨操作的行列。
那样的话，第一批60颗卫星就会先后有3颗和2颗卫星结束使命。
第一批60颗卫星，经小火箭判定为长期有效在轨的，为55颗，满足咱们3年前在星链计划尚未公布细节的时候给出的单轨50颗卫星的部署要求。
另，应小火箭好友的要求，我终于下定决心，去探求SpaceX公司星链计划的氪离子电推进发动机的细节。
上图为该发动机点火状况的实拍照片。
氪工质工作起来的颜色，的确梦幻。
这么好的电推，能够拯救之前没能以理想状况入轨的星链卫星么？
可以的。
上表的对比，小火箭的持续监测，发现：星链-69号和星链-75号这两颗卫星通过数月的努力，终究进入了预定轨道。
其中，星链-69号卫星，入轨时的轨道近地点高度为546公里，偏离标称值3公里。远地点高度551公里，恰好为标称值。
如今，星链-69号卫星的近地点高度提升到了549公里，已进入标称范围，同时其远地点高度维持在了551公里。
星链-75号卫星的轨道抬升操作最为明显。
2019年10月22日，小火箭发布上一份低轨巨型星座报告的时候，星链-75号卫星的近地点高度仅540公里，远地点高度为544公里。
星链-75卫星的轨道整体套在标称轨道内，近地点和远地点高度都不足。
2019年11月11日，小火箭发现，该星的近地点高度已经抬升了足足8公里，达到了548公里；远地点高度抬升了7公里，达到了551公里。
嗯，星链-75号这颗卫星，已完成自救变轨过程，成为在标称轨道上运行的正常工作星。
星链-29号和星链-48号卫星的轨道高度有偏低趋势，需要重点关注。
节点
近期，星链计划会有哪些新的动作呢？
大家不妨和小火箭一起分析。
AC-130，由C-130运输机改装而来的空中炮艇机。
其两门20毫米 M61火神机炮，一门L60博福斯40毫米机炮和一门105毫米 M102榴弹炮，构成了空中炮艇的火力打击来源。
几乎没人会怀疑AC-130的火力输出密度，但是这种螺旋桨动力的飞机，需要有足够好的信息支持，才能以提前知晓信息来弥补飞行速度慢的劣势。
长期以来，AC-130活跃在战区前沿，高度依赖于预警机和其他战区通信给予的信息。
星链计划的低轨通信星座，能够让战场的高清画面以近乎实时的方式来进行传输。
不过，星链的数据下行能力已经在C-12情报机身上得到了验证。
小火箭认为，在近期，AC-130会尝试测试数据的上行能力。
KC-135空中加油机，是美军空军进行全球战略化部署的关键。
星链计划的低轨星座技术如果能够在这款加油机上得到验证的话，就可以帮助加油机在战时进行优化配置。
而且，KC-135是能够给C-130实施空中加油作业的。
这样，在今年（2019年）年底之前完成C-130系列的星链星座验证和在明年（2020年）5月份左右进行KC-135的星链星座通信试验后，就能够在明年的秋季，进行KC-135和C-130的相互寻找和战区加油配合试验了。
加油机和受油机在没有预警机和其他高轨军事通信卫星的支持下，仅靠星链计划的低轨通信星座实现相互配合之后，星链计划的双向链路便完成了技术层面的验证。
再往后，就是星间激光链路技术的工程化和全球化覆盖的规模化建设了。
小火箭预计，在2020年上半年，星链计划卫星星座的激光星间链路在轨试验将会完成。
再经过6次发射，到400~480颗星链计划卫星在轨的时候，星链在北美完成初步覆盖；
到2021年年底或者2022年6月之前，凑齐初步24次发射的星链计划，具备了一个由1200~1440颗卫星构成的低轨星座。
这个星座，会完成初步的全球覆盖（南北两极区域除外）。
到2020年年底之前，或许SpaceX公司就会发布星链计划低轨星座的地面终端和初步的服务价目表。
每个人生在这世上都是孤独的。每个人都被囚禁在一座铁塔里，只能靠一些符号同别人传达自己的思想；而这些符号并没有共同的价值，因此它们的意义是模糊的、不确定的。
我们非常可怜地想把自己心中的财富传送给别人，但是他们却没有接受这些财富的能力。因此我们只能孤独的行走，尽管身体相互依偎但心却难在一起，既不了解别的人也不能为别人所了解。
--毛姆 《月亮和六便士》
但愿覆盖全球的低轨巨型星座能够促进远隔万里的人们之间的相互了解吧！
全文结束！感谢大家！
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