本文采集自微信公众号——星空神话

  美国太平洋时间2023年5月20日上午6点16分,SpaceX公司从加利福尼亚州范登堡太空军基地SLC-4E工位用一枚猎鹰9型号1.2批次5火箭(Falcon 9 V1.2 Block 5)成功发射了英国一网公司L19任务的16颗卫星(15颗一网一代互联网宽带卫星星座卫星与1颗一网二代互联网宽带卫星星座技术演示星)和美国铱星通信股份有限公司(Iridium Communications Inc)的5颗新一代铱星通信卫星。

  由于本次任务的载荷全重6.6吨,且轨道高度有限,SpaceX公司为猎鹰9火箭二级选择了短喷口式真空优型灰背隼1D减弱发动机,这种改进型发动机的性能不如标准型,但是更易制造,成本也更低,专门用于无需发挥猎鹰9火箭全部性能的任务。

任务集成为5颗新一代铱星通信卫星在上,16颗一网公司卫星在下

一网一代互联网宽带卫星星座卫星

  一网公司建设中的一代互联网宽带卫星星座将用于全球覆盖,向农村与偏远地区提供高速宽带互联网服务,全星座共有18个轨道平面,高度约1200千米,每个轨道平面中有36颗卫星,共计648颗,其中工作卫星至少要588颗,另有数十颗轨道备份星,按计划,这个星座之后可以扩展到900颗卫星以上。本次任务后一网公司的一代星座卫星总数已达633颗,将为该公司卫星网络提供更高的弹性与冗余。

视频:一网系统如何工作

  一网公司一代星座卫星,基于空中客车箭卫星总线(ARROW)研制,每颗质量147.5千克,装有两部太阳能电池板,配备有Ku波段天线,工作频率在12吉赫至18吉赫间,每颗卫星吞吐量8吉比特/秒,负责向全球客户发送低延迟宽带互联网信号,15颗卫星总质量约2.21吨。此种卫星原本装有俄罗斯火炬设计局(OKB Fakel)制造的SPT-50M稳态等离子体推进器,但因为俄军入侵乌克兰,导致俄罗斯与西方关系闹翻,一网公司的后续卫星安装了美国布塞克公司(Busek)的BHT-350霍尔效应推进器。原计划这些卫星具备星间链路功能,但2018年7月,一网公司因监管问题决定取消该能力,代之以在全球建造40多个网关的方案,每个网关可连接最远4000千米外的卫星。此卫星主承包商是欧洲空中客车防务航天公司(Airbus Defence and Space),头十颗卫星在该公司位于法国图卢兹的工厂制造,后续卫星由位于美国弗罗里达州肯尼迪航天中心大门外的空中客车一网卫星公司(Airbus OneWeb Satellites,是空中客车与一网公司的合资企业)工厂生产。 

一网二代互联网宽带卫星星座技术演示星

小袋鼠星

  除15颗一网一代星座卫星外,本次任务还包括一颗名为小袋鼠星(JoeySat)的一网二代星座技术演示星。据称一网公司最早将在2025年开始部署其二代星座。小袋鼠星采用一网一代星座卫星平台,属于欧洲空间局(ESA)与一网公司(做为电信服务提供商)合作的日升项目(SUNRISE),并得到英国航天局(UKSA)的协助,将在轨演示一网公司二代星座的关键技术。一网公司表示,他们的二代星座大约包括300颗卫星,之所以卫星数目比一代星座显著减少,主要是因为二代星座在高需求区可与欧洲通信卫星公司(Eutelsat)的地球静止轨道星座联用。有信息显示二代一网卫星的容量是一代卫星的三至五倍,体积也更大。

  小袋鼠星的主载荷由以色列赛提克斯飞公司(SatixFy)研制,提供数字再生处理、电控多波束阵列、数字波束赋形与跳波束技术,可以每秒1000次的频率在地球上不同位置间切换,同时按需调整信号强度,能增强卫星在需求高峰时的响应能力。该卫星载荷可在轨重配置,并完全由软件定义。按计划,该卫星将在轨进行5G端对端测试。由法国光学发光二极管通信公司(Oledcomm,Optical LED Communications,请注意此处Oled指光学发光二极管,而非有机发光二极管/Organic Light-Emitting Diodes)与捷克/芬兰先进相机公司(Advacam)合作研制的星载辐射监测器将测量与监测低地球轨道辐射环境,为一网公司的业务及未来科学项目提供重要信息。

铱星星座

  本次发射的5颗新一代铱星通信卫星将用于替换2017年至2019年间由SpaceX公司发射的部分新一代铱星通信卫星,该星座目前共包括66颗运营卫星、9颗在轨备份星与6颗地面存储备份星。

一代铱星

一代铱星星座

  铱星项目是一个为全球卫星电话、寻呼机和集成式收发器提供L波段语音与数据覆盖的卫星星座。铱星星座包括部署在低地球轨道上的66颗卫星,它们以11颗为一个平面,运行于6个平面上,为全球提供移动通信。之所以被命名为铱星是因为原计划整个星座包括77颗卫星,而77正是金属铱的原子序数。

视频:铱星网络覆盖

  最初由摩托罗拉公司(Motorola)出资的铱星系统由于初始成本高(约50亿美元),客户增长缓慢,直到全部卫星入轨都无法提供像样的服务,这直接导致了原始运营方铱星SSC公司(Iridium SSC)在1999年破产。2009年,《时代》杂志曾将之评为“十年来最大技术失败之一”。2001年,铱星卫星有限公司(Iridium LCC,即后来的铱星通信公司)成立,买下了原公司的部分资产。

  第一代铱星卫星由摩托罗拉公司总承包,基于洛克希德.马丁公司(Lockheed Martin)LM-700A卫星总线,单星质量689千克,设计寿命8年,可即便该星座中最年轻的卫星在轨运行时间也远超预期。这些一代铱星卫星的通信天线布置位置会使得其出现肉眼可见的闪光,这是因为太阳光经其天线反射后会在地面上易于观察,此时卫星的亮度将超过空中最亮的星星。虽然很多卫星的天线或太阳能电池板都会反射光线,但都达不到铱星卫星那样的程度。新一代铱星不会像前辈们那样熠熠生辉,在它们投入运营时,老一代铱星将脱轨。2009年,铱星33号与俄罗斯宇宙2251(一颗天箭-2M通信卫星)在轨相撞,形成了大量碎片。

七颗一代铱星在拜科努尔航天发射场等待发射

   一代铱星是由国际上的多种火箭协作发射的,其中60颗卫星以5颗一组模式由波音公司(Boeing)的德尔它II(采用7920-10C重型配置)火箭从范登堡空军基地发射升空,其中前11次发射是初始星座部署,第12次发射是2002年进行的补充发射。另有21颗铱星由加Blok DM2上面级(Blok DM-5的商业型号)的俄罗斯质子-K型火箭以七颗一组方式从拜科努尔航天发射场发射。剩余的老一代铱星以成对方式发射,其中6对由中国长征2C/SD火箭从太原卫星发射中心发射。长征2C/SD(长二丙/SD)是长征2C(长二丙)的一个三级型号,专门用于铱星发射任务。最后两对老一代铱星由俄罗斯的罗克特/和风-KM火箭于2000年和2002年发射。

新一代铱星

新一代铱星星座

视频:新一代铱星为何如此独特

   第二代铱星基于泰勒斯.阿莱尼亚宇航公司(Thales Alenia Space)ELiTeBus-1000卫星总线,此总线衍生自普罗透斯卫星总线,使后者的寿命提升至少10年,所以也被称为延寿总线,铱星通信公司希望新一代铱星星座能够在轨工作15年。每颗卫星重860千克,装有与客户设备通信的L波段转发器,以及与地面站间上/下行链路和卫星间及交联Ka波段转发器。铱星卫星的交联能力允许同一平面中前后卫星及相邻平面中的对应卫星来中继通信。这使得呼叫可在无需地面站的情况下于网络内路由,减少了延迟与成本。每颗铱星上都预留有50千克质量空间,可以安装合作伙伴的次级载荷,其中包括广播式自动相关监视(ADS-B)接收机,这是一个铱星公司与加拿大政府间的合作项目,旨在建立一个全球范围内的空中交通监视系统。所有新一代铱星中有大约60颗携带有加拿大精确地球(exactEarth)有限公司名为精确检视-RT(exactView-RT)的载荷,它使用自动识别系统(AIS)接收机来收集和中继船舶跟踪信息。

   此次发射的5颗新一代铱星被部署到一条倾角86.4度,高615千米的圆形轨道中,它们将先前往625千米高度轨道进行检测,之后其中一颗升轨至760千米高的运营轨道,另外四颗则分布于625千米高度的不同轨道平面工作。

发射流程

   倒计时35分钟,猎鹰9火箭两级开始加注过冷RP-1燃料(是一种精炼煤油),并向火箭一级加注超冷液氧氧化剂。

   倒计时20分钟,猎鹰9火箭二级燃料加注完成,火箭一级继续燃料与氧化剂加注作业。4分钟后,火箭二级开始加注液氧。猎鹰9火箭共需加注超过100万磅推进剂,发射质量达120万磅,升空时9台灰背隼1D(Merlin 1D)发动机将产生约170万磅推力。

   倒计时7分钟时,随着少量液氧进入火箭一级9部发动机,猎鹰9火箭开始冷却,若无此过程,当发动机点火时,一旦全容量超冷液氧流过,引发的热冲击可能导致发动机开裂。

   倒计时6分钟,火箭一级燃料加注完成。

   倒计时3分钟,运输-起竖装置(TE)垂直支撑结构完成回撤,TE用于猎鹰9的起竖作业,并为火箭和载荷提供结构支撑、加电、遥测,并通过快速断开(QD)悬臂实施推进剂加注。火箭一级液氧加注完成。

   倒计时2分钟,火箭二级液氧加注完成。

   倒计时1分钟,箭载计算机接管倒计时控制,自主飞行终止系统发射配置就绪。

   倒计时3秒,箭载计算机发出点火指令,一级9台灰背隼1D发动机启动,经快速自检,当倒计时为0,猎鹰9发出释放指令,打开底部液压夹具,火箭升空。

   火箭发射后穿过浓雾,于1分12秒通过最大气动上升压力区(Max-Q)。 

   火箭升空后2分33秒,一级9台发动机关机(MECO),3秒后,火箭一级与二级分离,再过8秒,火箭二级发动机第一次启动(SES-1)。

   火箭升空后3分13秒,位于二级前方的载荷整流罩分离。分离后的整流罩依靠反应控制系统(RCS)推进器再入大气层,然后张开翼伞溅落海中,等待SpaceX公司回收船回收。

   火箭升空后6分45秒,火箭一级执行进入燃烧(重启三部发动机),24秒后关机。1分20秒后,火箭一级重启中心发动机执行降落燃烧,23秒后降落在SpaceX公司西海岸自主空港无人驳船“当然,我依然爱你”号(Of Course I Still Love You上)。

   火箭升空后8分41秒,火箭二级发动机第一次关机(SECO-1),进入一个滑行段。

   火箭升空后55分09秒,火箭二级发动机第二次启动(SES-2),4秒后第二次关机(SECO-2)。

   火箭升空后59分17秒,任务新一代铱星5号星首先分离。2分11秒后,任务新一代铱星4号星分离。34秒后,任务新一代铱星3号星分离。47秒后,任务新一代铱星2号星分离。1分41秒后,任务新一代铱星1号星分离,至此本次任务5颗新一代铱星全部分离。

   火箭升空后1小时05分又32秒,一网卫星阿尔发2号与阿尔发6号首先分离。53秒后,一网卫星阿尔发1号与阿尔发5号分离。26秒后,一网卫星布拉沃8号与布拉沃4号分离。14分56秒后,一网卫星阿尔发3号与阿尔发7号分离。1分51秒后,一网卫星布拉沃5号与布拉沃1号(小袋鼠星)分离。1分07秒后,一网卫星阿尔发8号与阿尔发4号分离。1分02秒后,一网卫星布拉沃7号与布拉沃3号分离。39秒后,一网卫星布拉沃6号与布拉沃2号分离,至此本次任务16颗一网通信卫星全部分离。

   SpaceX公司下次任务是计划在5月21日用一枚猎鹰9运载火箭发射公理航天公司(Axiom Space)的私营商业全乘员组空间站访问任务公理-2(Axiom Mission-2/Ax-2)。

<