第二代星链卫星缘何按下发射暂停键

近日，美国SpaceX公司总裁马斯克表示，“今年2底发射的首批第二代星链卫星由于使用了很多新技术，正如大家预料的那样，我们遇到了问题，一些卫星将离轨，其他故障卫星将继续在轨接受测试。”那么，第二代星链卫星出现故障的原因是什么呢？

二代星链“迷你版”

2月27日，美国SpaceX公司使用猎鹰9火箭将21颗星链G6-1组卫星送入太空。相比星链G5壳层将1.5版的卫星发射至第二代星链卫星轨道层的方案，此次发射使用了全新研制的第二代星链“迷你版”卫星。

猎鹰 9火箭末子级摄像机拍摄的火箭与第二代星链“迷你版”卫星在太空即将分离的照片。（来源：SpaceX公司）

由于重达2吨的完整版第二代星链卫星需要等待仍在趴窝的“星舰”发射，SpaceX公司选择率先使用猎鹰9火箭发射星链2.0“迷你版”卫星。

虽然该卫星被称为“迷你版”，但这些卫星的重量仍然达到800公斤，是1.5版星链卫星303公斤重量的两倍多，所以单次猎鹰9火箭发射星链卫星的数量也从原来的“一箭52星”减少到“一箭21星”。

另外，该卫星的尺寸达到了4.1米×2.7米，并且配置了两块总面积超过100平方米的太阳能电池板。因此，星链2.0“迷你版”卫星相比1.5版卫星拥有更大的功率。卫星还配置了使用更先进的相控阵天线和E波段通信，其通信速率是1.5版卫星的4倍。

得益于巨大的发电量，星链2.0版在推进系统上实现了革命性突破。SpaceX公司在星链G6-1组卫星发射前公布了该卫星使用的氩工质霍尔电推进系统，其推力器功率为4.2kW，是氩工质电推进系统首次在太空应用。

众所周知，氩气在空气中的占比接近1/100，是空气液化的副产物。相比昂贵的氙和相对廉价但仍然不易获得的氪，氩几乎是不需要成本的存在。如果氩电推技术得到普及，电推进的成本可以大幅降低，尤其是对大规模部署的星座来说，具有很大的成本优势。

不过，氩工质的廉价必然有其代价，氩的电离能较高，使得它难以充分电离，需要很大的功率才能有比较高的电离度，而太大的功率又会导致航天器散热加剧，较难取得平衡。

SpaceX公司此次直接在星链G6-1组卫星上全部使用氩工质霍尔推进系统，并计划继续使用在近期将发射的星链G6-2和G6-3两组“迷你版”卫星上，表明该公司对自研的电推进技术十分自信。

不过，随着首批第二代星链卫星在轨测试故障的出现，星链2.0版卫星的组网将被暂停。目前，该公司尚未公布星链G6-1组卫星故障的原因和星链G6-2组新的发射日期。

创新与风险并存

从SpaceX公司公布的数据看，星链2.0版使用的氩电推4.2kW的功率是星链1.0版卫星使用氪工质霍尔推进器的2倍以上。同时，星链卫星的太阳能电池板带来的较大发电量，可以支持卫星探索全新的工质和技术，以降低成本，允许使用猎鹰9火箭和“星舰”进行大规模快速组网发射。

显然，SpaceX公司对猎鹰9火箭组网发射星链卫星的速度并不满意，而“星舰”的趴窝导致星链2.0版无法快速部署，因此，该公司才提出了折中的“迷你版”来使用猎鹰9火箭发射，以加速组网。同时，在星链G6-1组卫星刚发生故障就准备发射后续的G6-2组和G6-3组卫星看，星链卫星组网的压力很大，必须加速进行。

其实，SpaceX公司在应用新技术上算是先行者。从星链1.0版使用的平板堆叠卫星、剪叉太阳能电池板和氪电推，到星链2.0版使用的氩电推，在逐步压榨猎鹰9火箭运载能力的同时，卫星逐步迭代且质量增加，以打造更加低成本，性能更高的卫星，而大量使用了新技术的卫星，必然有更高的故障率。

目前，星链卫星的损失率为7%~10%，大规模使用低成本商业元器件和激进的创新技术应用，使得星链卫星在降本增效的同时，简化的系统导致卫星损失速度较快。

本次发射的星链G6-1组卫星采用了全新的卫星平台，并且由于电推进系统功率较大，整个卫星的总线和电路设计很可能全部采用了新的元器件。因此，“迷你版”作为星链2.0的首发试验品，出现故障并不意外，但这也是首次出现一整组卫星全部故障的情况，说明在卫星规模增加的情况下，在第一代星链卫星平台中得到的经验已经无法借鉴，需要进一步检查和测试，这对急着进行组网的星链2.0版来说不是一件好事。

新构型要有新思路

星链卫星使用的堆叠平台非常考验设计，这种激进的设计导致卫星的冗余较少。即便如此，在一批卫星全部出现较严重故障的情况下，星链G6-1组的21颗卫星仍然全部实现了受控，展现出星链卫星平台极高的可靠性。

相比传统卫星建造周期较长，采用半手工生产，星链卫星大量使用商业元器件，价格低廉，实现了生产线批产，能允许星座有较大规模的损失。考虑到SpaceX公司准备了多个批次的星链2.0“迷你版”卫星，本次发射的星链G6-1组卫星平台很可能为加速发射而简化了地面测试，采用实际在轨测试来进行系统验证，目的就是为了加速组网。

由于星链G6-1组的21颗卫星全部出现问题，导致星链2.0“迷你版”卫星的组网速度减缓。如今，运载能力更强的“星舰”即将首飞，或许更多完整版的星链2.0版会使用它来发射。相反，使用猎鹰9火箭发射星链2.0“迷你版”卫星的数量会减少。

此外，星链卫星采用大批次商业化生产方式，使用极其激进的新技术和组网管理方式，创建了世界上独树一帜的低轨道星座部署和管理案例。

虽然SpaceX公司的激进方案带来了过去完全难以想象的卫星损失率，但星链卫星的高收纳效率、廉价和高效能，可以支持进行大规模发射和试验。同时，低廉的研制和生产成本也允许星链卫星“试错”。

总之，星链卫星的廉价决定了对故障卫星进行离轨处置和进一步测试，对SpaceX公司来说是可以接受的，但一定时间的故障排查也表明快速组网不是盲目蛮干的行为，而是遵循科学规律的取舍。（作者：张晨）