SpaceX 的星链卫星是如何工作的？

近年来，几十颗明亮的卫星像康茄舞队伍一样穿过夜空，这让世界各地许多人感到惊讶，甚至有时不安。尽管SpaceX星链卫星从头顶经过的景象可能让不熟悉的人感到神秘，但它们究竟如何运作，对于许多已经了解这个雄心勃勃的项目的人来说，仍然是一个谜。

星链星座旨在为服务不足的农村地区提供高速互联网，它依赖于一个庞大的互联卫星网络。在过去几年里，每隔几周左右，一枚SpaceX猎鹰9号火箭就会发射升空，将一批约60颗星链卫星送入近地轨道。当这些桌面大小的卫星飞向最终位置时，它们会明亮地反射光线，这让许多观星者感到恼火。

截至2021年6月，星链活跃卫星已超过1500颗，使其成为地球周围最大的卫星星座。事实上，SpaceX现在拥有我们星球上所有活跃卫星的一半以上。最终，埃隆·马斯克计划让星链由数千甚至数万颗卫星组成，为全球提供高速、低延迟的互联网。

尽管SpaceX的星舰和载人龙飞船发射备受关注，但星链却悄然成为该公司发射频率最高的项目。马斯克经常谈论将人类送上火星，但显然星链是他的首要任务——即使只是为了资助马斯克的多行星目标。泄露的文件显示，到2025年，SpaceX预计星链的收入将是所有其他发射收入总和的五倍。

这种潜在的现金正在点燃一场商业太空竞赛，以建立许多人认为是未来的卫星互联网。亚马逊和OneWeb等公司也在开发自己的卫星互联网星座，即巨型星座。甚至中国也计划在未来几年内推出一个类似星链的项目。

那么，像星链这样的卫星巨型星座是如何运作的？为什么它们需要那么多卫星？

解决缓慢的卫星互联网

卫星互联网以其延迟而臭名昭著。因此，为了以最小的延迟传输更多数据，星链卫星的轨道比传统卫星低得多——仅在地球表面上方约340英里（550公里）处运行。因此，星链适用于视频通话和在线游戏等挑战当前基于太空的互联网提供商的服务。最终，星链预计将提供高达每秒1千兆的速度，且没有流量上限。这对于数据需求旺盛的家庭来说也绰绰有余。

但正是这个低轨道位置也是星链卫星在夜空中如此明亮的主要原因之一：它们离我们很近。

一旦发射，猎鹰9号运载火箭会将其一批60颗星链卫星部署到距地球约270英里（440公里）的初始“停车轨道”。从那里，单颗卫星展开其太阳能电池板，并缓慢地开始在地球周围散开。每颗卫星还使用其推进器逐渐将自身提升到更高的高度，爬升到其最终轨道，比国际空间站的轨道高出约100英里（160公里）。随着卫星的爬升，它们会变得更暗，反射回地球的阳光也更少。

过去，用于电视等目的的通信卫星使用更高的轨道。这是因为它们距离地球相对较远，使得它们可以在更大的地理区域内被卫星天线“看到”。但由于星链轨道更近，该网络需要数千颗卫星才能提供全球同步覆盖。

当然，星链的航天器比传统卫星小得多——被称为小型卫星——每颗仅重550磅（250公斤）。有些人甚至称它们为“飞行路由器”。这部分解释了为什么客户还必须购买地面天线才能使用星链的互联网服务。

这个天线被混淆地称为“星链”，但更常被称为“棍子上的UFO”或“平板麦克迪什”。当它通电时，自动指向天线会迅速扫描天空并锁定最近的头顶卫星——如果环境温度低于122华氏度，根据ArsTechnica的最新报道。然后，随着每颗新的星链卫星进入视野，旧的卫星消失在地平线之外，它会无缝地保持连接。

巨型星座的未来

最初，SpaceX计划使用激光将每颗卫星与其邻居连接起来，让航天器彼此通信。但第一批星链卫星发射时没有这项能力。

因此，目前的服务依赖于一套称为网关的地面站系统。这些地面站分布在全球各地，与星链卫星交换信号，将它们接入现有的光纤基础设施。因此，用户的家庭天线在卫星经过头顶时连接到星链卫星，这反过来又将他们连接到最近的网关。因此，除了自己的天线，用户还需要在距其位置大约500英里范围内有一个地面站才能获得服务。

不过，这种情况不会持续太久。星链工程师已经试验了一批使用激光通信的测试卫星。激光不是将人们连接到附近的地面站，而是让卫星以光速直接相互通信，这在太空真空中比在光纤电缆中更快。在Reddit的“问我任何问题”（AMA）会议上，公司工程师表示这项技术仍过于昂贵且难以批量生产，但他们预计将在未来几代卫星中推出。

当然，就在不久前，整个项目还因技术挑战而无法实现。在20世纪90年代，几家公司尝试并失败，最终破产。这些服务因昂贵的发射和尚未完全准备好的电子设备而受阻。那段令人失望的历史甚至迫使马斯克在项目初期讨论星链时采取了审慎的态度。

然而，星链发射现在已经变得如此常规，上个月，SpaceX庆祝了其第100次连续成功发射猎鹰9号。即使只部署了最终星座的一部分，已有超过10,000名客户获得了星链互联网服务的测试版。现在很清楚，SpaceX不仅彻底改变了火箭发射行业，还找到了如何利用这些火箭来利用现代电子设备快速小型化的方法。

星链越来越有可能帮助解决至少一些农村地区的高速互联网问题。随着马斯克计划最终每次SpaceX星舰发射都携带数百颗星链卫星，地球大部分地区有朝一日可能会从太空获得互联网信号。该公司曾一度表示，它每天生产六颗星链卫星。

现在悬而未决的问题是，将有多少竞争对手效仿，以及这些巨型星座最终将由多少颗卫星组成？