Space一箭143星「太空拼車」破人類航天紀(jì)錄

Transporter-1 任務(wù)最大的亮點(diǎn)莫過于一箭多星發(fā)射刷新全球之最。

近日，SpaceX 又一次創(chuàng)造了歷史！

北京時(shí)間 2021 年 1 月 24 日 23 時(shí)，美國(guó)佛羅里達(dá)卡納維拉爾角發(fā)射基地，SpaceX 的獵鷹 9 號(hào)火箭攜 143 顆衛(wèi)星順利發(fā)射升空。

約 9 分 45 秒后，獵鷹 9 號(hào)第一級(jí)落在 Of Course I Still Love You 回收船上，這是 SpaceX 第 73 次回收一級(jí)助推器。

此次任務(wù)的主要亮點(diǎn)包括：

火箭方面：提供動(dòng)力的火箭為 B1058，于 2020 年 5 月首次投入使用（運(yùn)送 Demo-2 龍飛船上的兩位 NASA 宇航員 Bob Behnken 和 Doug Hurley 前往國(guó)際空間站），此次已是其第 5 次執(zhí)行任務(wù)了。

飛行距離方面：SpaceX 以往回收獵鷹 9 號(hào)一級(jí)火箭用時(shí)在 8 分鐘左右，此次回收時(shí)間長(zhǎng)了 1 分多鐘，說明飛行距離更長(zhǎng)。

星鏈發(fā)射方式的創(chuàng)新：10 顆星鏈衛(wèi)星是以固定在平板上的形式發(fā)射升空，將被發(fā)射至極地軌道，為阿拉斯加等極地地區(qū)的用戶提供互聯(lián)網(wǎng)覆蓋。

SpaceX 首次專門“拼單”發(fā)射衛(wèi)星。

一箭 143 星創(chuàng)下了單枚火箭運(yùn)輸衛(wèi)星數(shù)量的新紀(jì)錄。

本文將在介紹該任務(wù)的基礎(chǔ)上，揭秘“太空共享出行”和“一箭多星發(fā)射”。

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一箭 143 星破紀(jì)錄“拼單”

據(jù)了解，這項(xiàng)發(fā)射任務(wù)名為 Transporter-1（運(yùn)輸者 1 號(hào)），是 SpaceX 首個(gè)專門的“拼單”任務(wù)。

對(duì)此，美國(guó)太空網(wǎng) Space.com 在報(bào)道中有這樣一句表述：

這次飛行讓 SpaceX 在一場(chǎng)精心編排的「軌道芭蕾舞」中大秀“太空共享出行”的肌肉。（The flight allowed SpaceX to flex its ridesharing muscles in a carefully choreographed orbital ballet.）

此次，SpaceX 的客戶數(shù)量超過 40 余家，總共搭載 143 個(gè)航天器（142 顆衛(wèi)星和 1 個(gè)軌道轉(zhuǎn)移飛行器），主要包括：

10 顆星鏈衛(wèi)星

36 顆 SuperDove 衛(wèi)星

17 顆 Kepler 衛(wèi)星

3 顆 NASA 衛(wèi)星（為測(cè)試航天器通信和導(dǎo)航新技術(shù)）

9 顆 Eyries-1 衛(wèi)星

2 顆 EXOport-1 衛(wèi)星

28 顆 EXOport-2 衛(wèi)星

1 顆 Capella-3 衛(wèi)星

1 顆 Capella-4 衛(wèi)星

20 顆 D-Orbit's Pulse 衛(wèi)星

1 顆 SAR 衛(wèi)星

1 顆 iQPS-2 衛(wèi)星

軌道轉(zhuǎn)移器 Sherpa-FX 及其搭載的 13 顆衛(wèi)星

值得關(guān)注的是，Transporter-1 的發(fā)射載荷量占目前在軌衛(wèi)星總數(shù)（約 2860 顆）的 5％，143 這個(gè)數(shù)字在人類太空發(fā)射歷史上已是最高紀(jì)錄了。

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太空共享出行，背后打什么算盤？

看起來(lái)太空共享出行的時(shí)代已經(jīng)來(lái)了，但實(shí)際上，即便對(duì)于 SpaceX 來(lái)說，衛(wèi)星太空共享出行已經(jīng)不是什么新鮮事了。

眾所周知，SpaceX 已經(jīng)為多家公司、機(jī)構(gòu)向太空發(fā)射過有效載荷，其中在 2018 年 12 月的 SSO-A 任務(wù)中，SpaceX 火箭從加州的發(fā)射臺(tái)出發(fā)，將 64 顆衛(wèi)星送入了近地軌道，當(dāng)時(shí)其實(shí)已經(jīng)就有衛(wèi)星太空共享出行內(nèi)味兒了。

從那以后，SpaceX 也在幾次星鏈任務(wù)中，嘗試在火箭上加入其他的有效載荷（如 Planet 和 BlackSky 的小型立方體衛(wèi)星），和自家的衛(wèi)星共享火箭的空間。

那么問題來(lái)了，SpaceX 的“拼單”計(jì)劃目的何在？

自然是為了降低成本。

2019 年，SpaceX 就曾宣布，獵鷹 9 號(hào)將在全年的特定時(shí)間內(nèi)以拼車的形式發(fā)射衛(wèi)星，歡迎各需求方通過專門的網(wǎng)站進(jìn)行預(yù)訂。

據(jù)了解，其拼團(tuán)發(fā)射的費(fèi)用為：200 千克有效載荷送至 SSO 太陽(yáng)同步軌道，最低價(jià)為 100 萬(wàn)美元；增加的質(zhì)量部分每公斤收取 5000 美元。

如果同時(shí)有很多客戶一起參與拼單，愿意同時(shí)發(fā)射火箭上太空，那么成本就會(huì)低得多。

實(shí)際上，隨著發(fā)射成本的降低，以及像美國(guó)私人火箭公司火箭實(shí)驗(yàn)室（Rocket Lab）和維珍軌道（Virgin Orbit）等公司的小型發(fā)射裝置的出現(xiàn)，火箭的剩余運(yùn)載能力得到充分利用，小型衛(wèi)星要上太空也比以往更有利了。

然而，同時(shí)發(fā)射多顆衛(wèi)星并非易事——每一顆衛(wèi)星都必須按時(shí)間順序部署，避免可能存在的碰撞。為此，SpaceX 團(tuán)隊(duì)使用了專門的發(fā)射器和可自由飛行的轉(zhuǎn)移設(shè)備，一旦它們進(jìn)入特定軌道，就會(huì)開始部署有效載荷，比如此次為地球觀測(cè)公司 Planet 準(zhǔn)備的 48 顆微型衛(wèi)星在發(fā)射后不到 59 分鐘就開始部署了。

Elon Musk 的商業(yè)頭腦和團(tuán)隊(duì)越來(lái)越成熟的太空發(fā)射技術(shù)，使得 SpaceX 的首次正式大規(guī)模拼團(tuán)發(fā)射像預(yù)期的那般順利——2021 年，Transporter-2 和 Transporter-3 的任務(wù)也將進(jìn)行。

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一箭多星，載荷數(shù)量意味著什么？

由上述可知，Transporter-1 任務(wù)最大的亮點(diǎn)莫過于一箭多星發(fā)射刷新全球之最。

顧名思義，一箭多星是一種用一枚運(yùn)載火箭同時(shí)或者先后將多顆衛(wèi)星送入軌道的技術(shù)，主要分兩種：一是把衛(wèi)星一次性送入相同或相近軌道，二是分次分批釋放衛(wèi)星至不同軌道。

早在 1960 年，美國(guó)實(shí)現(xiàn)了一箭兩星，成為首個(gè)掌握這項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家。

隨后于 1961 年，美國(guó)和前蘇聯(lián)分別實(shí)現(xiàn)了一箭三星、一箭八星。

直至 1981 年，我國(guó)也終于實(shí)現(xiàn)了一箭三星發(fā)射，由此成為第四個(gè)獨(dú)立掌握這一技術(shù)的國(guó)家（在中國(guó)之前歐洲航天局率先掌握）。

在這一技術(shù)不再新鮮之后，各國(guó)在有效載荷數(shù)量上不斷刷新紀(jì)錄：

2014 年 6 月，俄羅斯第聶伯火箭一次發(fā)射了 37 顆衛(wèi)星。

2015 年 9 月，中國(guó)長(zhǎng)征六號(hào)火箭實(shí)現(xiàn)了一箭 20 星，打破了當(dāng)時(shí)的亞洲航天紀(jì)錄。

2016 年 6 月，印度也實(shí)現(xiàn)了一箭 20 星。

2017 年 2 月，印度創(chuàng)下了一箭 104 星的世界紀(jì)錄。

2018 年 12 月，SpaceX 實(shí)現(xiàn)了一箭 64 星，刷新了美國(guó)記錄。

要實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)，至少應(yīng)該有以下考慮：

其一是有效載荷的排列方式。

2015 年 9 月長(zhǎng)征六號(hào)火箭實(shí)現(xiàn)了一箭 20 星之后，長(zhǎng)征六號(hào)火箭副總設(shè)計(jì)師周遇仁曾這樣在采訪中表示：

20 顆衛(wèi)星被分成 3 層，像金字塔般排列。這樣的布局設(shè)計(jì)能夠確保衛(wèi)星分離速度、方向各不相同的情況下分離安全。

其二是火箭的運(yùn)載能力——保證質(zhì)量更大的數(shù)顆衛(wèi)星搭上車；避免火箭出現(xiàn)飛行不穩(wěn)定、受所攜帶設(shè)備干擾等問題。

其三則是星箭分離技術(shù)，衛(wèi)星按程序從火箭的特定位置分離出來(lái)，互相不能碰撞，就需要在路線和時(shí)間上面有精確設(shè)計(jì)。

正如百度百科的表述：

一箭多星的發(fā)射成功，標(biāo)志著運(yùn)載火箭能力的提高，標(biāo)志著分導(dǎo)核彈頭、發(fā)射技術(shù)和火箭與衛(wèi)星分離技術(shù)上的新突破。

無(wú)疑，作為非專業(yè)人士，我們傾向于用單次搭載的有效載荷數(shù)量去衡量某一艘火箭、某一項(xiàng)任務(wù)甚至某一個(gè)國(guó)家的航天水平如何，但事實(shí)上，衛(wèi)星數(shù)量多并不代表著技術(shù)含量一定高。

全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩曾在《科技日?qǐng)?bào)》的采訪中表示：

把衛(wèi)星送入相同或相近軌道，其技術(shù)含量較分批將衛(wèi)星送到不同軌道要低。

也就是說，一箭多星發(fā)射的技術(shù)含量與發(fā)射方式的關(guān)聯(lián)更強(qiáng)。

龐之浩在采訪中肯定了（當(dāng)時(shí)）印度實(shí)現(xiàn)一箭 104 星成就的不易，但也指出，由于所有衛(wèi)星均被送往相同軌道，且總體質(zhì)量也不大，因此在運(yùn)載能力上較之前并無(wú)突破性飛躍。

另外《科技日?qǐng)?bào)》在報(bào)道中也提到，一種加在火箭上的一級(jí)獨(dú)立飛行器“上面級(jí)”也是實(shí)現(xiàn)星箭分離技術(shù)的一大關(guān)鍵，目前也是個(gè)航天大國(guó)著力研發(fā)的技術(shù)之一：

被火箭運(yùn)送到一定軌道后，“上面級(jí)”能自主飛行多次點(diǎn)火啟動(dòng)，將航天器送入不同軌道空間。

如今，SpaceX 以 143 的數(shù)量創(chuàng)造了世界紀(jì)錄，再一次促進(jìn)了一箭多星技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái) SpaceX 將如何開展“拼車”業(yè)務(wù)、這一發(fā)射技術(shù)還將有怎樣的突破，我們拭目以待。

原文標(biāo)題：SpaceX 一箭 143 星「太空拼車」破人類航天紀(jì)錄！一箭多星技術(shù)大起底

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