SpaceX火箭單次發射143顆衛星,刷新「一箭多星」世界紀錄

喬納森·阿莫斯(Jonathan Amos) - BBC科學事務記者
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SpaceX獵鷹九號火箭從美國佛羅里達州卡納維拉爾角太空軍基地發射升空(24/1/2021)
「一箭143星」任務為SpaceX獵鷹九號可回收火箭刷新里程碑。

一枚火箭能單次搭載多少人造衛星登上太空的世界紀錄再度被刷新,在美國佛羅里達州,143枚形狀不同,大小不一的衛星,搭乘SpaceX獵鷹火箭發射升空,進入預定軌道。

這刷新了2017年由一家印度公司所創下的「一箭104星」紀錄,進一步證明太空活動正發生結構性轉變,更多玩家參與其中。

這樣的轉變源於組件開發中的革新,微型化和低成本,當中有不少是直接取用自智能手機等消費者電子產品。換言之,如今幾乎任何人都能造出一台體積細小,但有足夠能力運行的衛星。

再者,SpaceX開出發射一台衛星只需100萬美元的價格,個中商機可望陸續有來。

SpaceX旗下有十枚衛星隨獵鷹火箭升空,加入到其「星鏈」(Starlink)巨型通訊衛星星座當中,向地面提供寬帶互聯網服務。

舊金山企業Planet是這次發射衛星數目最多的單位,共有48枚人造衛星升空。這是其最新一批超級信鴿(SuperDove)衛星,能每日從太空拍攝分辨率介乎三至五米的地面照片。新增的衛星把Planet在軌衛星總數增至超過200枚。

Planet拍攝的危地馬拉聖瑪利亞火山(Santa María)圖片
Planet利用其信鴿系列衛星每日拍攝地球面貌,例如圖中的危地馬拉聖瑪利亞火山(Santa María)。

台灣自主研發衛星隨SpaceX獵鷹火箭升空

台灣國家實驗研究院國家太空中心透露,兩枚台灣自主研發衛星星期天(1月24日)隨SpaceX獵鷹九號火箭,分別是國立中央大學太空科學研究所研製的飛鼠衛星,以及騰暉電信科技公司、雷斯康公司、國立海洋大學運輸科學系等製作的玉山衛星。

中大太空科學科技中心星期一(25日)表示,當天台北時間11:00(格林尼治標凖時間03:00),飛鼠衛星成功向地面傳回信號。

台灣國立中央大學太空科學科技中心Facebook截屏(25/1/2021)
台灣國立中央大學太空科學科技中心Facebook截屏(25/1/2021)

官方中央社引述國家太空中心稱,飛鼠衛星尺寸為10厘米(公分) 乘10厘米乘34厘米,重量4.5公斤,可量測太空電離層的電漿特性,研究它如何干擾衛星和地面無線電通訊,從而提升全球定位系統(GPS)能力;玉山衛星尺寸為10厘米乘10厘米乘17厘米,重量1.6公斤,用途包括船舶、車輛動態監控、交通管制、急難救助、國土安全等。

台灣國家太空中心於2017年開展「立方衛星計劃」,遴選三組當地團隊各研發一枚衛星,預定運行軌道為地球海拔450至600公里之間。計劃中第三枚,由國立虎尾科技大學研發的堅果衛星,預定於2021年6月發射,應用於追蹤全球飛機飛行軌跡。

2017年8月底,台灣首個完全自主研發的福爾摩沙衛星五號也是委託Space X以獵鷹九號火箭發射,投入經費56億元新台幣(2億美元;12.95億元人民幣),當時450公斤之重量已被台灣媒體形容為輕巧,但中大太空科學與工程學系系主任趙吉光副教授對中央社指出,飛鼠衛星僅重4.5公斤,不算發射費用的硬體投入成本大概不到4000萬元新台幣,研究團隊希望以這樣輕巧的立方衛星來解決通訊干擾問題。

SpaceBee
「物聯網」:"太空蜜蜂"(SpaceBees)衛星將連接地面上各種各樣的器材。

超級信鴿約為一個鞋盒大小,但這趟獵鷹火箭搭載的衛星多數只略大於麥克杯,一些甚至比一本口袋書還要小。

美國Swarm Technologies這次推出名為「太空蜜蜂」(SpaceBees)的衛星,尺寸僅10厘米乘10厘米乘2.5厘米。這些衛星將作為連接各種地面器材的節點(telecommunications nodes),這些器材可以附載到各種各樣的物體上,例如遷徙中的動物,或者是海運集裝箱。

多衛星分配器
衛星被裝配到一台分配器(dispenser)中,隨火箭升空到指定高度時,依次將衛星發射到軌道上。

部分搭載於這趟獵鷹火箭上的衛星大如行李箱,其中包括幾枚雷達衛星。雷達是這場衛星零件革命的其中一個主要受益者。

傳統上,雷達衛星體積龐大,重量以噸計,發射升空耗資以億美元計,意味著只有軍方和大型航天機關負擔得起運營這些衛星的成本。但新物料和微型「現成組件」大幅降低了這些飛行器的大小(低於100公斤)和價格(數百萬美元)。

iQPS概念圖
日本研發的iQPS雷達衛星會在進入太空之後才展開大型天線。

來自芬蘭的Iceye、美國的Capella和Umbra,以及日本的iQPS衛星,都在星期天(1月24日)隨火箭發生升空。這些初創企業希望組建衛星星座,以迅速、連續傳回地球的衛星照片。

相比於標凖光學照相機,雷達有穿透雲層,不分晝夜探測地表的能力。我們在進入一個新時代,地球上的大小變化,幾乎都能馬上被衛星捕捉。

獵鷹火箭把這143枚衛星送到地球海拔500公里處一條圍繞南北極運行的軌道上,這是「一箭多星」型「拼車」式航天任務的缺點之一:火箭去哪裏,你就只能去那裏。

對於某些搭客來說,這並不理想。一些衛星項目希望能在更高或更低的軌道,或者是不同經緯度的軌道運行。把衛星裝配到太空拖船(Space Tugs)就能解決這問題。拖船脫離搭載火箭之後,可再花數周時間修正到「搭客」所需的軌道。星期天發射的獵鷹火箭就搭載了兩艘太空拖船。

但對於某些項目而言,「定期航班」也許是唯一讓人滿意的選擇,這就是為什麼我們還沒看見一股製造小型火箭,提供「專門航班」的發射浪潮。

維珍軌道公司LauncherOne運載火箭在脫離宇宙女孩號飛機後點火前進(17/1/2021)
英國維珍軌道公司(Virgin Orbit)近日成功利用退役自姊妹公司維珍航空(Virgin Atlantic)的波音747飛機於半空發射運載火箭到太空。

這些小型火箭在成本上未必能與SpaceX獵鷹九號等大型火箭匹敵,但有望吸引那些有專門或緊急需求的顧客。

英國維珍軌道公司(Virgin Orbit)開發了一款利用波音747飛機機翼來發射的小型火箭。其行政總裁丹·哈特(Dan Hart)說,初創企業如今變得更挑剔。

他解釋說:「這些小型衛星曾經讓人迷戀,給人帶來樂趣,那是關於如何以最便宜的辦法登上太空。」

哈特對BBC說:「這正在迅速改變。它們成為了身負重任的生意,要是它們得等上其他人,或者是掛上不合適的軌道,就要蒙受損失。這就是為什麼你將會看見有人願意多付一點錢,在他們必須起行之際,把他們帶到他們想去的地方。」

而隨著進入近地軌道的衛星數目急速增長,太空交通管理成為熱議話題。

目前,全面對撞十分罕見,但如今會遭受突然、預期之外的動量變化(momentum changes)的衛星出奇地多(達到10%),其中最有可能是受到一些舊有航天任務所產生的碎塊撞擊。

航天界得找出更聰明的辦法追蹤近地軌道上的物體,及時發出避撞制動指令,否則某些高度最終將因為碎片堆過於集中而造成危險,變得無法使用。