氪离子推进器--星链漫步太空动力源 Ⅱ 全球星链竞赛

2022-06-07

氪离子推进器

                                          星链漫步太空动力源 


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版星链计划实施


2022年5月20日晚间,我国在酒泉卫星发射中心以“一箭三星”的方式将三颗低轨道通信试验卫星送入到了预定的轨道上,而执行这次发射任务的运载火箭是我们的长征二号丙。据悉,长征二号丙运载火箭这次是与远征一号S上面级携手完成的发射任务,而它们的第一次合作是在2018年10月。有消息人士称,我们这次发射的低轨道通信试验卫星,可以看成是大陆版的“星链计划”,而该计划的实施估计要刺痛马斯克了,因为他总觉得自己的“星链计划”是独一无二的。白宫官员认为,SpaceX这次遇到了硬茬,大陆所掌握的航天技术更为全面。

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知情人士称,我国航天领域的发展正有条不紊的进行着,低轨道通信试验卫星的入轨,也只是为了推动我们自己的研究项目发展罢了,我们没有必要像马斯克的“星链计划”一样,在太空制造那么多威胁其它航天器安全的垃圾。有网友调侃称,在乌克兰将“星链卫星”当个宝的时候,我国已经在量子态传输领域取得了重要的实验进展,我们已经实现了相距1200公里的地面站量子态远程传输实验,这意味着我国在量子通信领域迈出了关键一步。

SpaceX

据悉,目前在轨服役的Starlink卫星已经多达2300颗,均是搭载猎鹰9火箭升空,最新型号为v1.5版本,长度不超3米,重量在295kg以内。


据马斯克的分享,v2.0版本的Starlink也就是二代星链已经生产出来了,长达7米,单体重量居然提升到1.1~1.25吨。性能方面,马斯克称二代星链卫星的通信能力几乎比一代(v1.0)高出10倍,测试版已经几乎好一个数量级。

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当前星链在美国部分地区的最高测速水平已经达到301Mbps,不说10倍,即便是5倍提升也超千兆了。只是目前的问题是上行严重不对等,延迟也略高。


按计划,今年内,SpaceX计划部署2200颗v1.5星链卫星。SpaceX星链的全球用户已经超过40万。

华为的卫星星座计划

其实华为早在2019年的6G峰会上,就已经提出过要发射由10000颗卫星组成的星座,主要作用就是提供全球6G服务,甚至华为在当时还估算了成本,99亿美元。2020年6月,华为与中国联通、银河航天,三家一起签署了“空天地一体化战略合作伙伴协议”,计划将地面系统和卫星系统融合发展,组建一个覆盖全球通信网络。该计划第一阶段发射144颗低轨卫星,第二阶段再增加800颗,最终实现总共2800颗低轨卫星,完成星座组网。

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2020年6月,华为与长光卫星也签署了合作协议,双方将就ICT基础设施、云计算等前沿技术,以及卫星遥感数据及产品、数据综合服务平台等领域展开深入合作。华为参与卫星组网计划的意义非常重大,很难用一两句话说得完。总之,作为当前5G/6G技术的全球领军企业,有华为的参与,将极大地提高卫星组网计划的成功概率。另外,华为也可以通过卫星组网计划,深度开展6G技术的研发测试。

全球卫星星座计划一览

我国此前在争夺北斗导航卫星的频率上就因为起步太晚而吃过亏。目前太赫兹频谱资源还相对充裕,这一次,需要我们加快脚步。除了频谱资源,轨道资源也是不可再生资源。因为根据星链的计划,将来即便有卫星达到使用寿命或损坏,依然会发射新的卫星来填补之前的位置,所以轨道资源一旦被星链占用,等于是永久占用。

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根据测算,地球的近地轨道总共只能容纳大约6万颗卫星。由于Starlink目前已经规划了4.2万颗卫星,未来将占用大量的地球极低轨道和近地轨道。全球还有其它几个主要的星座计划加在一起,地球近低轨道已经不堪重负!

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氪气在星链计划中的应用--霍尔推进器

要完成如此多的低轨道卫星发射,对火箭的运载能力提出了很高的要求。目前Space X太空探索公司所达到的是:一箭60星。这乍一听起来是个很科幻的数字,以下的图片便可直观的告诉你它是如何实现的。图中的火箭便是由美国Space X公司研制的可回收式中型运载火箭--猎鹰9号。

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“一箭60星”示意图



火箭内的卫星分为两堆,每堆30颗扁平的卫星,单星质量:227公斤。这些卫星被发射上太空之后,还需要靠自己的推进器从440公里轨道高度抬升到550公里轨道高度。同时,也要靠自己的推进器调整和保持在轨道上面的高度。每颗卫星上自带的推进器,便是霍尔推进器。

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所谓的霍尔推进器,又称霍尔效应推进器。在推进器中推进剂被电场加速,霍尔推进器将电子约束在磁场中,并利用电子电离推进剂,加速离子产生推力,并中和羽流中的离子。霍尔推进器可使用多种推进剂,最常用的是氙,其他推进剂包括氪、氩、铋、碘、镁。由于氙气的价格昂贵,星链计划中使用的推进剂便是--氪气。


以氪气作为推进剂,推进的性能会有所损失,但是相较于氙气,氪气的价格会更有优势。以星链计划如此庞大的卫星数量计算,成本优势明显。

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