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SpaceX 成功回收一级火箭的技术真的可以降低 99% 的发射成本?

伊隆·马斯克计划发射 700 颗卫星提供上网服务前景如何?会成为又一个铱星计划吗?

Elon Musk 的三家公司之间有业务往来或技术共享吗?

SpaceX 的猎鹰 9 号火箭在 6 月 28 日的发射失败会造成什么影响?

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捉急去睡午觉,简单抢答几句。

1. Tesla 的 Supercharger 安装了 Solarcity 的太阳能充电系统,为 Model S 或电池充电(换电站);Solarcity 跟 Tesla 的业务相关性很强;
2. Tesla 出色的电池管理技术... 显示全部 »
捉急去睡午觉,简单抢答几句。

1. Tesla 的 Supercharger 安装了 Solarcity 的太阳能充电系统,为 Model S 或电池充电(换电站);Solarcity 跟 Tesla 的业务相关性很强;
2. Tesla 出色的电池管理技术,包括电池单元排列设计,已应用到了 SpaceX 的火箭中;
3. SpaceX 总部购买、安装了 Solarcity 太阳能充电系统;
4. Solarcity 的一些商业项目中的储能系统,使用的是特斯拉电池;
5. SpaceX 在材料、工业设计等方面和 Tesla 合作紧密;

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应大猫邀。

通过卫星提供上网服务与现在的有限电缆相比有哪些优劣势呢?
为什么要发射700颗这么多,会面临哪些技术障碍?
如果计划成功,会带来哪些改变?修改
在我们享受到电信移动联通提供的快捷且覆盖较好网络服务,不论固定网还是移动网络,的同时,世界上仍然有... 显示全部 »
应大猫邀。

通过卫星提供上网服务与现在的有限电缆相比有哪些优劣势呢?
为什么要发射700颗这么多,会面临哪些技术障碍?
如果计划成功,会带来哪些改变?修改
在我们享受到电信移动联通提供的快捷且覆盖较好网络服务,不论固定网还是移动网络,的同时,世界上仍然有许多地方,由于地理环境或者政治因素而缺少一种可靠的网络接入方式。
另一方面,在一些国家,由于种种原因,人民不能依照自己意愿自由的通过互联网获取想要的内容,这是这个计划所想要解决的问题。

近地通信卫星一般工作在LEO上,离地高度足够大,可靠性高且生存能力强,波束能覆盖到地球上很大的面积,并且由于路径上受到的地形干扰小,一般而言不会受到地形的限制,并且经过放大和中转之后可以实现远距离通信,一般而言是弥补有线通信的不足或者无法使用有线通信的时的替代品,这个计划中的情况也是如此。

卫星通信和有线通信的优劣需要根据具体系统来讨论,世界上任何一个通信系统在拥有美好的优点的同时也是有不可避免的问题的。目前关于这个计划的具体信息还没有透露,但一般定性来说,卫星通信不太适合对速率和时延有一定要求的点对多点服务,而且在室内等建筑物或者山体内部的覆盖也成问题,同时由于路径损耗较大(LEO虽然算比较低,但对于地面无线系统的损耗已经算是非常高了),对移动端的发射功率也有一定要求。


铱星在最早的时候被人们看好是因为相比于铱星之前的工作在GSO上的卫星电话系统来说,铱星的LEO轨道更低,付出的代价是需要更多的卫星来完成全球覆盖,而最早的时候在GSO上只需要3-4颗卫星就可以完成全球覆盖,LEO上的铱星计划时需要77颗,实际是66颗卫星。
http://image2.qiniudn.com/26682-bc255b11e9a060bbbeae047d37f0051d
(红框中的自由空间损耗是卫星链路损耗中的大头,载频确定后主要由卫星轨道高度决定) https://pic2.zhimg.com/a8c2155ca01cea13c7c6e5c4d76daacd_b.jpg
(红框中的自由空间损耗是卫星链路损耗中的大头,载频确定后主要由卫星轨道高度决定)

这样带来的好处是轨道更低,GSO上的轨道高度大约是35000千米,铱星轨道高度只有780千米,链路预算降低了大约33dB,理论情况下移动端的发射功率降低了2000倍。

而这个计划中大大增加了卫星的数量,如果按照铱星的数据去估计,700颗卫星无备用星,轨道高度进一步下降,大约是240千米(经验估值,一定偏小),链路预算在铱星基础上还能下降大约10dB,这是一个优势,主要体现在了移动端的成本和功率,以及卫星和火箭的成本上。
另一个优势在于卫星的单个成本,GSO卫星由于负载大轨道高,因而重量是很重的,大约是5-10吨的样子,同样对火箭的运载能力有要求。而LEO卫星由于性能要求低,不需要很多重量,可以一次发射很多,并且大规模生产也会使得成本下降(举个栗子,战列舰很贵,但一般制造三艘以上战列舰的时候,从第三艘开始单舰的成本就开始逐步下降了)。那么问题的一个方面就在于寻找一个轨道高度、卫星数量、移动端成本的最优解,但这个问题不是我们考虑的。

要说思路的话目前能看到的东西基本是比铱星更激进一些,但没有本质上的进步。


单纯技术上的问题倒不是很多,人类很早之前就拥有使用卫星进行星地通信的能力了,关键的问题是钱和频谱,FCC倒是不大可能在频谱这事上为难。关键还是钱。如果不使用中美俄的成熟的火箭,还要考虑他使用的火箭的可靠性问题,也就是低成本火箭的问题,但本质还是预算问题。
其余没有考虑的问题基本是地面站和网关的问题,但缺少更多信息无法讨论。

(其他几位答主提到的干扰问题,如果有人想干扰是很轻松的,像以前工作在150MHz左右的OBCOMM,干扰上技术的问题一点都没有,纯属想不想做,想要绕过GFW还不如花钱买VPN)


这个计划成功最大的好处是给全球一个至少可以用的网络接入方式,和卫星电话差不多,只不过是IP网的。依我个人愚见,这个计划的在预算有限的情况下难度很大,甚至比起谷歌的气球计划实行起来难度更大。谷歌的气球计划的难点在于预测平流层的气流并维持气球网络,这个问题一点也不简单,比预测洋流更难,但是相对来说解决的成本反而可能更低,而热气球的低成本和平流层相比卫星较低的高度( 法国航天部门参与“谷歌气球”计划
从理论上讲,火箭的发射成本里面,燃料的费用非常低,相比单次猎鹰九号5400万美元的发射费用,它的燃料费只有20万美元,所以如果能回收单看数据自然大大节约了成本。但从实际意义上讲,不可能节约到99%的状态,甚至在现有的技术上都不一定能节约成本。

一个例子是著名... 显示全部 »
从理论上讲,火箭的发射成本里面,燃料的费用非常低,相比单次猎鹰九号5400万美元的发射费用,它的燃料费只有20万美元,所以如果能回收单看数据自然大大节约了成本。但从实际意义上讲,不可能节约到99%的状态,甚至在现有的技术上都不一定能节约成本。

一个例子是著名的航天飞机计划,本来所有的设计就是希望航天飞机能反复回收利用节约成本,但事后证明美国的这个计划并不是完全成功。a. 首先系统必须做的极度复杂,应对航天飞机的发射与控制,这样无疑增大了各种系统的风险。航天里最简单的永远是效率最高的,这是铁律,也是为什么其他国家几乎都是一次性发射飞船;b. 其次航天飞机着陆之后重复使用的难度大大加大,需要大量维护费用,比如飞机表面所有涂层极其昂贵,发动机的维护更是天价,不亚于再换一台新的。所以相较而言,航天飞机的性价比一点都不高,但无奈美国在同时没有其他可以替代的有效计划,只能硬着头皮花大把的预算继续使用。后来的挑战者号和哥伦比亚号的毁灭,则直接导致了这个项目逐渐下马。苏联人早就意识到了这一点,他们的暴风雪号航天飞机做好之后,基本没有用过,也在某种程度上证明了这种可回收空天飞行器不太值得。
http://image2.qiniudn.com/26682-9b39a7487d67369278da370a524ce894
https://pic4.zhimg.com/623e4c60fe38c765c8b17823e34e3d57_b.jpg
航天飞机

http://image2.qiniudn.com/26682-a3b7871fba7475aad0cbeeef22582ce2
https://pic4.zhimg.com/bafd01ed03817c4fa83ebef038c52def_b.jpg
可以看到美国的航天飞机花费单次花费为近 15亿美元 !完爆其他的所有航天任务,例如著名的火星探测、深空的旅行者计划,所以重复不见得便宜。不过目前Space-X这个真心很便宜了,只不过纠结于它是否也会像航天飞机一样,下面会有分析。

另外在航空方面也有B-2和SR-71两款著名的飞机作为例子,技术上各种酷炫,但极其昂贵的造价和飞行完的维护费用,真的也只有美国扛得住了。比如说,如果B-2不是去扔一颗战略的核弹,基本上它飞一次花掉的钱比扔下去的导弹炸弹都值钱。
http://image2.qiniudn.com/26682-852186f87466d58bb9591202cdfcac7b
https://pic3.zhimg.com/c7f8b36cef97e5b84ed39ca96297f8be_b.jpg
B2轰炸机
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SR71侦察机

针对猎鹰这种火箭,如果想回收也有很多其他问题:
a.为了回收,要增加额外的各种控制和导航空间,导致火箭的设计难度大大提高
b.火箭为了保全,需要留下不少燃料作为后续的“刹车”减速。这对整个推进系统的设计尤其是燃料推送系统的要求极高,要增加很多冗余设计,风险较大。
c.火箭发射一个重要指标就是推重比,相当于有效载荷(卫星或飞船)所占比例越高越好,但如果考虑回收,相当于额外的一些燃料和系统设计会占掉有效载荷的空间,导致发射效率降低。或者是为了达到同样的发射能力,需要更大的火箭设计。
d.类似航天飞机,回收过后的维护尤其对一级发动机的维护,恐怕成本不亚于直接换一个新的了。e.节约成本从本质上讲是当发射频率达到一定数量之后才有意义,比如欧洲,一年恐怕就发射个位数的火箭,就算用可回收火箭,使用频率不够,也会使运营与维护成本占火箭发射总费用的比例极大增加。 从这些方面说,不会很大程度节约成本,或者只是成本略微降低。

中国、俄罗斯、欧洲都是依赖于一次性使用,俄罗斯基本上全是冷战留下的洲际导弹改装,比较便宜,但目前在国际发射市场的名誉极差,掉了很多星。中国性价比较高,单次发射6000万美元左右,主要因为咱们的火箭在大批量生产(直接取决于发射频率),所以单款火箭的研发成本在批量生产后会被逐渐摊平,价格降低。欧洲的火箭质量确实更好,但因为造价高(制造批量很小),基本是咱们价格的5倍以上。

那么猎鹰的优势在于:
a.黑科技,就好比B-2和SR-71,虽然很贵,确实是杀手锏。猎鹰本质上也是一枚洲际导弹,一个可以回收的导弹你懂得,也是一个在大气层里可以做大规模机动的顶级杀伤武器了。能做到几乎静态回收,也就鲜有反导武器能对付了。
b.Space-X毕竟是一家要盈利的商业公司,他们做猎鹰的研发费用只有三亿美元,基本上都比其他主流(欧洲和俄罗斯和美国其他火箭)成本低了一个数量级。所以对于美国军方,成本很低,2008年与space-X签了12次发射合同,火箭+飞船,总共才16亿美元。所以为什么不投资一次让他们试验这种可能会duang一下的黑科技呢?
c. 猎鹰提供了一个极好的试验平台,相当于超高动态飞行器的复杂控制,能验证很多最新的技术。加上航天飞机带来的空天飞机试验背景(题主可以搜一下各种美国的X系列),永远不知道结合在一起会拿出什么黑科技来。

所以总体看来,能不能节省99%成本不是最核心的,技术成熟后(20年)如果有足够的发射频率有可能大规模节省成本。但其他意义不是现在这点投资能衡量的,这个项目成本很低,但验证的技术都很高大上,属于性价比特别高的一个项目,估计要远超航天飞机。

第二个问题,
前面说了,咱们的价格,比如长征三号乙是6000万美元。这是个很大的优势,便宜又非常可靠,所以在世界火箭发射市场尤其商业方面有很大拓展空间。

第三个问题,
猎鹰目前的成本是飞船加火箭约1.3亿美元,火箭5000-6000万美元,飞船送货价格7000-8000万美元。

题外话:
我国目前火箭最大的瓶颈是推送能力,目前最大低轨(小于1000 KM)推送能力依然不如猎鹰-9。今年Space-X宣布了猎鹰重型火箭,低轨运载能力在45吨,如果增加推进剂交叉输送技术,能增加到53吨或以上。咱们还没有到能试验这种技术的水平。目前SPACE-X的回收水准已经到了10米以内,把一个5倍马赫速度下来的火箭控制到这种程度,着实不易啊也眼看就要成功了。火箭方面,我们还有不少的路要走。

天朝加油,航天汪需要继续奋斗!

希望这些回答了您的问题!

下面是尽量回复评论里的问题,就不一一@了,欢迎大家批评指正。
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@ 文正 提问为什么需要垂直落在海上平台?为什么不用直升机低速捕捉?
http://image2.qiniudn.com/26682-0dba65e7c90930fb069ad7699ab3aae2
https://pic3.zhimg.com/5d6c0ede22d1b4ffe3ec36cf00cef6b6_b.jpg
首先,为什么在海上?
a. 火箭本身的调整也是有极限的,它不可能直直地朝着一个固定的回收点飞去。而且每次飞行任务也不一定完全重复,例如不同的轨道、不同的分离状态,所以弄在海上平台,平台本身也可以提前移动到最理想的位置上,欢迎火箭的归来。
b. 失败的火箭发射,一旦轨迹出了问题往地面打去就是一枚洲际导弹,落到城市自然影响力不必多说。所以世界各国的发射场有基本的规定,尽力回避人类聚集区。而对于NASA这种用了很多海边发射场(比如卡纳尔维拉尔角)的,火箭的轨迹是严格不许进入大陆区域的,只能往海面发射(这也回答了下面有人问关于为什么不落到沙漠的)。下图是个典型的案例,对于一个靠海的发射场,轨迹的选择。
http://image2.qiniudn.com/26682-88eb305c015532d449988a3f7cfda52b
https://pic2.zhimg.com/415620f4510bb731d606aa0e75859bad_b.jpg
c. 安全问题,海上毕竟容错率较高,没有人住在这里,就算中途失败也不会落在陆地上造成危害。
d. 运回来的优势太大了,轻轻松松拖回来,比落在某块陆地上难度小很多。

第二,为什么要垂直?
很专业的问题,
a. 猎鹰的一级火箭带有4条长达21米的碳素纤维及蜂窝铝合金着陆腿,可以理解为四条腿,缓冲作用,站着肯定最好。万一倒了,因为火箭很重,还是有一定的相对速度,摔坏了或者碰坏了都得不偿失,而且基本都会爆炸的(几次失败都是倒了就爆了)。
b. 火箭的发动机都在底部,喷射方向沿着火箭躯壳方向 ,当垂直落地时喷出的能量得到最大利用。否则以任何其他角度来落地,如何使相对速度(比如水平速度)逼近于0?对于一个几乎没有气动调整能力的火箭壳体而言,不可能啊!
c. 如果是其他方式,不管什么原因,都有可能滚/滑进海里,发动机进水、剩余燃料外泄、火箭迅速沉入海底,都导致回收没有意义了。

第三,为什么不用直升机抓获?
我只能说太天真了啊!
a. 得用多大的直升机抓起这个庞然大物呢?
最牛逼的俄罗斯米-26改装版本极限能带26吨,美国最牛的支奴干改装版本极限15吨,如果是有效的吊重质量就更小了,吊起猎鹰将将够用或者不可能(不知道一级回收回来的到底多重,不过猎鹰9空重大概在60吨左右)。
b. 在空中抓住它可能么?答案是必然不可能啊,这就不用解释了!
c. 在它落地后呢?已经落好了,用船拖回来即可,还用啥直升机?
d. 直升机也不便宜啊,为了回收一个火箭的躯壳部分,用一架支奴干这种直升机(也4000万美元量级),随便出点差错,值得么?

哈哈,所以目前的方案确实已经基本最优了。

@ 赵雪冰 问有了推进剂交叉输送技术之后是不是可以制造笋式火箭了?
从理论上讲,如果能尽快的抛掉多余的重量(壳体)部分,对于提高火箭的最终输送能力是直接有帮助的。但也不仅仅是一个推进剂技术能解决的,还有很多火箭制造技术和系统安全工程等问题,不可否认,是一个需要全面研究才能真正执行的大系统。

@ 胡晓 问为什么一级可回收就不能被反导了?没有必然联系吧
你说的很对,但我的意思是这项技术意味着如果火箭一旦变成洲际导弹(只是把有效载荷的航天器换成战斗部而已),他们的火箭将拥有非常复杂的变轨能力,这对目前的所有反导系统都将是个噩梦。

@ Wang Luan 问现在几次失败基本上都是已经垂直降落接近地面的时候突然失控,能不能让它落进一个网里?或者像垂直发射系统一样让它落回一个有缓冲的发射井里?
我在帖子最下面已经回答过了,目前的垂直回收是一个性价比最高的技术了。落进网里的方案我个人觉得也比较靠谱,但不知道为什么没做。至于回到发射井里,就非常不靠谱了。因为火箭为了安全起见(不落入内陆城市),一般都会朝大洋发射。而且控制过程受很多因素影响,比如火箭分离位置、发射轨迹、甚至当天气象情况,如果用固定的发射井,肯定不如可以移动的海上平台来的划算。
@ 范辉 也提出了一个铁架子的方案,我也觉得靠谱,和用网的效果类似。但我个人觉得,如果垂直回收能做到的话,这些都是未来可以直接降低成本的更佳方案。相当于美国人先做成最难得,未来根据实际情况再做优化。

@ 杨飞 问为什么不能在上面加一个降落伞来减速?
使用降落伞回收会非常受大气影响,导致火箭的降落地点不能固定下来。而海上平台虽然可以移动,但至少在执行某次任务的时候,它相对于火箭是个固定的点,任务开始前已经固定在海上了,所以当天的气象情况很容易干扰降落伞。另外,降落伞在某些阶段也必须扔掉(载人飞船落地后降落伞也必须自动脱落,否则飞船就给带着到处跑了),否则会在最后阶段有极大干扰。所以最后还是需要发动机工作来减速。综合下来,不如完全不用,只依赖发动机工作。

@ 朱志雄 问航天飞机的固体助推器也是可以回收的 为啥降落伞减速加直接落海里都可以 猎鹰要用这么复杂的方法回收?
回收的最有意义的其实是火箭发动机,极其昂贵,并非一些不太重要的结构。比如战斗机一般都会挂着副油箱起飞,战斗前不管是否里面有油都会强行抛掉,主要是副油箱和里面的油真心不值钱。所以space-x也是主要回收下面这一级和里面的火箭,其他的也不关注了。

@ Jan Skrzetuski 苏联的航天飞机基本没用过是因为暴风雪号在1988年首飞后三年苏联就解体了,并非苏联航天飞机不实用。
这位朋友说的很对,但是即便苏联没有解体:第一,他们如果负担高昂的航天飞机生产和发射成本(参照美国),他们的国力也不见得支撑的下去;第二,他们已经有了成熟的飞船,既然有更优的选择,航天飞机依然会被冷落。
刚看了一遍事后的新闻发布会,总结一下。既然说是“如何评价”,那就得谈一下对合同双方的影响。由SpaceX来执行的CRS-7任务是ISS商业轨道运输服务(COTS)合同的一部分,CRS是商业货运服务(Commercial Resupply Services)的缩... 显示全部 »
刚看了一遍事后的新闻发布会,总结一下。既然说是“如何评价”,那就得谈一下对合同双方的影响。由SpaceX来执行的CRS-7任务是ISS商业轨道运输服务(COTS)合同的一部分,CRS是商业货运服务(Commercial Resupply Services)的缩写,对应的还有载人服务。在CRS项目中SpaceX将使用自家的“猎鹰”9号火箭(下称F9)和“龙”飞船向国际空间站(ISS)输送货物。另外一个中标企业是Orbital ATK(由原Orbital Science与ATK合并而来),对没错,去年就是它家的Antares火箭把台子都炸了。首先是对甲方即NASA的影响: 直接影响是ISS损失了一艘货运飞船所运载的所有货物及对应的货物下行能力,这次货运服务任务失败。COTS项目的压力前所未有,因为货运服务选定的三种飞船连续失败了一轮,包括非常可靠的进步(Progress-M)货运飞船都栽了,虽然不比当年航天飞机的事故那么有灾难性,但对项目本身已经很悲剧了。F9和龙飞船二代还中标了部分载人服务,而这一事故为这一项目的反对者又提供了新的弹药。NASA的态度可参见下图中这位高管在发布会上的表情——欲哭无泪? http://image2.qiniudn.com/26682-3498587f458dd5dda402d89d6ce2c386
https://pic2.zhimg.com/5b83c13fbc574112da8863cb230139ed_b.jpg
[list] 对ISS的运营和物资备份不会有明显影响,目前的保守估计可以坚持到十月。几天后就有一艘进步号发射,可以增加一个月。八月日本的载荷较大的HTV飞船将发射,在今年仍然有能力达到六个月的备份。同时Orbital ATK的工程师正在和美国发射联盟(ULA)合作用Atlas-5火箭发射天鹅座(Cygnus)飞船,之间预计在12月发射,现在在考虑提前到十月。(ULA CEO, Tory Bruno的画外音传来:ULA, America's ride to space...) [*]对ISS的建设是一个有限的打击,国际通用对接适配器IDA( International Docking Adapter )一号机损失了。IDA用于将ISS上的旧接口(俄制APAS接口)改造为与新标准兼容的接口,用于和COTS合同中的新飞船对接。IDA-2将由日本的HTV飞船带上去。 对ISS的科学实验是个较大的打击。CRS-7上的科学载荷全部损失,包括很多学生作品。最悲催是的有一个小组的作品在去年Antares事故中损失,他们做出了备份机放在CRS-7上,结果也炸掉了。ISS的PM,Mike Suffredini评价到,这对他们的人生也算是一课。 对ISS的载人任务没有影响。NASA载人航天任务的副负责人William Gerstenmeier说ISS的六人乘组计划会按原计划继续,即使COTS选定的三种飞船全部失败了一遍。 其次是对乙方SpaceX的影响:
毫无疑问对SpaceX是个沉重的打击,F9自首飞以来已经连续18次主线任务成功,本来以为这一次问题也不大,最多是返回的时候出问题挂掉,结果是完全颠覆性的事故。SpaceX的COO在媒体会上提到F9至少要停飞几个月,具体长度取决于对事故原因的调查进展和原因本身,但不会长到一年。 F9是SpaceX目前唯一在役的载具,F9停飞也意味着SpaceX的航天发射活动暂时停滞。SpaceX在今年上半年就执行了六次任务,等于2014全年的数量(长征系列今年到现在才搞了两次啊),刚刚走上了高密度发射的正轨却不得不暂停一下。 F9需要做持续的改进来提高可靠性。从直播视频上看,二级出故障后一级还在自控系统的指挥下继续飞行了接近十秒才完全炸毁,如果是载人任务,这将对飞船的逃逸带来很大的风险和难度。 从视频上看龙飞船在爆炸后还是一整块,但结果也只能是掉到海里摔成碎片。龙飞船二代将具备在此类事故中利用逃逸系统逃生的能力。 与几年前鼓捣“猎鹰”1号火箭的时候相比,SpaceX已经成长为一个已经有着相当规模的企业,其产品线涵盖了发动机、火箭、飞船、卫星,也收获了很长的一次连续发射成功的经验,突发一次发射失利对公司整体不会有大的影响,只要及时查明原因就不会动摇人们的信心。相信所有的项目都会继续推进。 事故的原因目前所能知道的信息只有Elon Musk的一条推特,即二级氧箱异常增压。这似乎是他的惯常做法,即快速的搞一个结论出来,这样倒是可以立即给公众和投资人一个交代,稳定人心,但从事故调查的角度讲,个人觉得不够严谨。发布会上SpaceX的COO也提到二级出问题的可能性大,但她没有比Elon Musk推特上更多的信息可供发布。直播视频可以为这一解释提供佐证,但具体原因只有调查结束后才能知晓。与着陆试验这种企业内部的研发行为不同,这一次的调查会由NASA和FAA来监管。

与之间的着陆试验不同的是,这次是政府合同没有执行好,给COTS项目带来了空前的压力,未来或有变数也未可知;ISS的科学载荷损失要由纳税人来买单,而SpaceX也要独自承担火箭和飞船的损失,不拿出个“经得住历史检验”的报告来是说不过去的。F9是一枚很有前途的火箭,希望经历过挫折后能够继续之前的表现。

新闻发布会录像的链接: https://www.youtube.com/watch?v=LxqZOb68mrA 。(上面的文字是我自己整理的,转载请私信联系,谢谢。)
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1. Tesla 的 Supercharger 安装了 Solarcity 的太阳能充电系统,为 Model S 或电池充电(换电站);Solarcity 跟 Tesla 的业务相关性很强;
2. Tesla 出色的电池管理技术,包括电池单元排列设计,已应用到了 SpaceX 的火箭中;
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为什么要发射700颗这么多,会面临哪些技术障碍?
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在我们享受到电信移动联通提供的快捷且覆盖较好网络服务,不论固定网还是移动网络,的同时,世界上仍然有许多地方,由于地理环境或者政治因素而缺少一种可靠的网络接入方式。
另一方面,在一些国家,由于种种原因,人民不能依照自己意愿自由的通过互联网获取想要的内容,这是这个计划所想要解决的问题。

近地通信卫星一般工作在LEO上,离地高度足够大,可靠性高且生存能力强,波束能覆盖到地球上很大的面积,并且由于路径上受到的地形干扰小,一般而言不会受到地形的限制,并且经过放大和中转之后可以实现远距离通信,一般而言是弥补有线通信的不足或者无法使用有线通信的时的替代品,这个计划中的情况也是如此。

卫星通信和有线通信的优劣需要根据具体系统来讨论,世界上任何一个通信系统在拥有美好的优点的同时也是有不可避免的问题的。目前关于这个计划的具体信息还没有透露,但一般定性来说,卫星通信不太适合对速率和时延有一定要求的点对多点服务,而且在室内等建筑物或者山体内部的覆盖也成问题,同时由于路径损耗较大(LEO虽然算比较低,但对于地面无线系统的损耗已经算是非常高了),对移动端的发射功率也有一定要求。


铱星在最早的时候被人们看好是因为相比于铱星之前的工作在GSO上的卫星电话系统来说,铱星的LEO轨道更低,付出的代价是需要更多的卫星来完成全球覆盖,而最早的时候在GSO上只需要3-4颗卫星就可以完成全球覆盖,LEO上的铱星计划时需要77颗,实际是66颗卫星。
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(红框中的自由空间损耗是卫星链路损耗中的大头,载频确定后主要由卫星轨道高度决定) https://pic2.zhimg.com/a8c2155ca01cea13c7c6e5c4d76daacd_b.jpg
(红框中的自由空间损耗是卫星链路损耗中的大头,载频确定后主要由卫星轨道高度决定)

这样带来的好处是轨道更低,GSO上的轨道高度大约是35000千米,铱星轨道高度只有780千米,链路预算降低了大约33dB,理论情况下移动端的发射功率降低了2000倍。

而这个计划中大大增加了卫星的数量,如果按照铱星的数据去估计,700颗卫星无备用星,轨道高度进一步下降,大约是240千米(经验估值,一定偏小),链路预算在铱星基础上还能下降大约10dB,这是一个优势,主要体现在了移动端的成本和功率,以及卫星和火箭的成本上。
另一个优势在于卫星的单个成本,GSO卫星由于负载大轨道高,因而重量是很重的,大约是5-10吨的样子,同样对火箭的运载能力有要求。而LEO卫星由于性能要求低,不需要很多重量,可以一次发射很多,并且大规模生产也会使得成本下降(举个栗子,战列舰很贵,但一般制造三艘以上战列舰的时候,从第三艘开始单舰的成本就开始逐步下降了)。那么问题的一个方面就在于寻找一个轨道高度、卫星数量、移动端成本的最优解,但这个问题不是我们考虑的。

要说思路的话目前能看到的东西基本是比铱星更激进一些,但没有本质上的进步。


单纯技术上的问题倒不是很多,人类很早之前就拥有使用卫星进行星地通信的能力了,关键的问题是钱和频谱,FCC倒是不大可能在频谱这事上为难。关键还是钱。如果不使用中美俄的成熟的火箭,还要考虑他使用的火箭的可靠性问题,也就是低成本火箭的问题,但本质还是预算问题。
其余没有考虑的问题基本是地面站和网关的问题,但缺少更多信息无法讨论。

(其他几位答主提到的干扰问题,如果有人想干扰是很轻松的,像以前工作在150MHz左右的OBCOMM,干扰上技术的问题一点都没有,纯属想不想做,想要绕过GFW还不如花钱买VPN)


这个计划成功最大的好处是给全球一个至少可以用的网络接入方式,和卫星电话差不多,只不过是IP网的。依我个人愚见,这个计划的在预算有限的情况下难度很大,甚至比起谷歌的气球计划实行起来难度更大。谷歌的气球计划的难点在于预测平流层的气流并维持气球网络,这个问题一点也不简单,比预测洋流更难,但是相对来说解决的成本反而可能更低,而热气球的低成本和平流层相比卫星较低的高度( 法国航天部门参与“谷歌气球”计划
从理论上讲,火箭的发射成本里面,燃料的费用非常低,相比单次猎鹰九号5400万美元的发射费用,它的燃料费只有20万美元,所以如果能回收单看数据自然大大节约了成本。但从实际意义上讲,不可能节约到99%的状态,甚至在现有的技术上都不一定能节约成本。

一个例子是著名... 显示全部 »
从理论上讲,火箭的发射成本里面,燃料的费用非常低,相比单次猎鹰九号5400万美元的发射费用,它的燃料费只有20万美元,所以如果能回收单看数据自然大大节约了成本。但从实际意义上讲,不可能节约到99%的状态,甚至在现有的技术上都不一定能节约成本。

一个例子是著名的航天飞机计划,本来所有的设计就是希望航天飞机能反复回收利用节约成本,但事后证明美国的这个计划并不是完全成功。a. 首先系统必须做的极度复杂,应对航天飞机的发射与控制,这样无疑增大了各种系统的风险。航天里最简单的永远是效率最高的,这是铁律,也是为什么其他国家几乎都是一次性发射飞船;b. 其次航天飞机着陆之后重复使用的难度大大加大,需要大量维护费用,比如飞机表面所有涂层极其昂贵,发动机的维护更是天价,不亚于再换一台新的。所以相较而言,航天飞机的性价比一点都不高,但无奈美国在同时没有其他可以替代的有效计划,只能硬着头皮花大把的预算继续使用。后来的挑战者号和哥伦比亚号的毁灭,则直接导致了这个项目逐渐下马。苏联人早就意识到了这一点,他们的暴风雪号航天飞机做好之后,基本没有用过,也在某种程度上证明了这种可回收空天飞行器不太值得。
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航天飞机

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可以看到美国的航天飞机花费单次花费为近 15亿美元 !完爆其他的所有航天任务,例如著名的火星探测、深空的旅行者计划,所以重复不见得便宜。不过目前Space-X这个真心很便宜了,只不过纠结于它是否也会像航天飞机一样,下面会有分析。

另外在航空方面也有B-2和SR-71两款著名的飞机作为例子,技术上各种酷炫,但极其昂贵的造价和飞行完的维护费用,真的也只有美国扛得住了。比如说,如果B-2不是去扔一颗战略的核弹,基本上它飞一次花掉的钱比扔下去的导弹炸弹都值钱。
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B2轰炸机
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SR71侦察机

针对猎鹰这种火箭,如果想回收也有很多其他问题:
a.为了回收,要增加额外的各种控制和导航空间,导致火箭的设计难度大大提高
b.火箭为了保全,需要留下不少燃料作为后续的“刹车”减速。这对整个推进系统的设计尤其是燃料推送系统的要求极高,要增加很多冗余设计,风险较大。
c.火箭发射一个重要指标就是推重比,相当于有效载荷(卫星或飞船)所占比例越高越好,但如果考虑回收,相当于额外的一些燃料和系统设计会占掉有效载荷的空间,导致发射效率降低。或者是为了达到同样的发射能力,需要更大的火箭设计。
d.类似航天飞机,回收过后的维护尤其对一级发动机的维护,恐怕成本不亚于直接换一个新的了。e.节约成本从本质上讲是当发射频率达到一定数量之后才有意义,比如欧洲,一年恐怕就发射个位数的火箭,就算用可回收火箭,使用频率不够,也会使运营与维护成本占火箭发射总费用的比例极大增加。 从这些方面说,不会很大程度节约成本,或者只是成本略微降低。

中国、俄罗斯、欧洲都是依赖于一次性使用,俄罗斯基本上全是冷战留下的洲际导弹改装,比较便宜,但目前在国际发射市场的名誉极差,掉了很多星。中国性价比较高,单次发射6000万美元左右,主要因为咱们的火箭在大批量生产(直接取决于发射频率),所以单款火箭的研发成本在批量生产后会被逐渐摊平,价格降低。欧洲的火箭质量确实更好,但因为造价高(制造批量很小),基本是咱们价格的5倍以上。

那么猎鹰的优势在于:
a.黑科技,就好比B-2和SR-71,虽然很贵,确实是杀手锏。猎鹰本质上也是一枚洲际导弹,一个可以回收的导弹你懂得,也是一个在大气层里可以做大规模机动的顶级杀伤武器了。能做到几乎静态回收,也就鲜有反导武器能对付了。
b.Space-X毕竟是一家要盈利的商业公司,他们做猎鹰的研发费用只有三亿美元,基本上都比其他主流(欧洲和俄罗斯和美国其他火箭)成本低了一个数量级。所以对于美国军方,成本很低,2008年与space-X签了12次发射合同,火箭+飞船,总共才16亿美元。所以为什么不投资一次让他们试验这种可能会duang一下的黑科技呢?
c. 猎鹰提供了一个极好的试验平台,相当于超高动态飞行器的复杂控制,能验证很多最新的技术。加上航天飞机带来的空天飞机试验背景(题主可以搜一下各种美国的X系列),永远不知道结合在一起会拿出什么黑科技来。

所以总体看来,能不能节省99%成本不是最核心的,技术成熟后(20年)如果有足够的发射频率有可能大规模节省成本。但其他意义不是现在这点投资能衡量的,这个项目成本很低,但验证的技术都很高大上,属于性价比特别高的一个项目,估计要远超航天飞机。

第二个问题,
前面说了,咱们的价格,比如长征三号乙是6000万美元。这是个很大的优势,便宜又非常可靠,所以在世界火箭发射市场尤其商业方面有很大拓展空间。

第三个问题,
猎鹰目前的成本是飞船加火箭约1.3亿美元,火箭5000-6000万美元,飞船送货价格7000-8000万美元。

题外话:
我国目前火箭最大的瓶颈是推送能力,目前最大低轨(小于1000 KM)推送能力依然不如猎鹰-9。今年Space-X宣布了猎鹰重型火箭,低轨运载能力在45吨,如果增加推进剂交叉输送技术,能增加到53吨或以上。咱们还没有到能试验这种技术的水平。目前SPACE-X的回收水准已经到了10米以内,把一个5倍马赫速度下来的火箭控制到这种程度,着实不易啊也眼看就要成功了。火箭方面,我们还有不少的路要走。

天朝加油,航天汪需要继续奋斗!

希望这些回答了您的问题!

下面是尽量回复评论里的问题,就不一一@了,欢迎大家批评指正。
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@ 文正 提问为什么需要垂直落在海上平台?为什么不用直升机低速捕捉?
http://image2.qiniudn.com/26682-0dba65e7c90930fb069ad7699ab3aae2
https://pic3.zhimg.com/5d6c0ede22d1b4ffe3ec36cf00cef6b6_b.jpg
首先,为什么在海上?
a. 火箭本身的调整也是有极限的,它不可能直直地朝着一个固定的回收点飞去。而且每次飞行任务也不一定完全重复,例如不同的轨道、不同的分离状态,所以弄在海上平台,平台本身也可以提前移动到最理想的位置上,欢迎火箭的归来。
b. 失败的火箭发射,一旦轨迹出了问题往地面打去就是一枚洲际导弹,落到城市自然影响力不必多说。所以世界各国的发射场有基本的规定,尽力回避人类聚集区。而对于NASA这种用了很多海边发射场(比如卡纳尔维拉尔角)的,火箭的轨迹是严格不许进入大陆区域的,只能往海面发射(这也回答了下面有人问关于为什么不落到沙漠的)。下图是个典型的案例,对于一个靠海的发射场,轨迹的选择。
http://image2.qiniudn.com/26682-88eb305c015532d449988a3f7cfda52b
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c. 安全问题,海上毕竟容错率较高,没有人住在这里,就算中途失败也不会落在陆地上造成危害。
d. 运回来的优势太大了,轻轻松松拖回来,比落在某块陆地上难度小很多。

第二,为什么要垂直?
很专业的问题,
a. 猎鹰的一级火箭带有4条长达21米的碳素纤维及蜂窝铝合金着陆腿,可以理解为四条腿,缓冲作用,站着肯定最好。万一倒了,因为火箭很重,还是有一定的相对速度,摔坏了或者碰坏了都得不偿失,而且基本都会爆炸的(几次失败都是倒了就爆了)。
b. 火箭的发动机都在底部,喷射方向沿着火箭躯壳方向 ,当垂直落地时喷出的能量得到最大利用。否则以任何其他角度来落地,如何使相对速度(比如水平速度)逼近于0?对于一个几乎没有气动调整能力的火箭壳体而言,不可能啊!
c. 如果是其他方式,不管什么原因,都有可能滚/滑进海里,发动机进水、剩余燃料外泄、火箭迅速沉入海底,都导致回收没有意义了。

第三,为什么不用直升机抓获?
我只能说太天真了啊!
a. 得用多大的直升机抓起这个庞然大物呢?
最牛逼的俄罗斯米-26改装版本极限能带26吨,美国最牛的支奴干改装版本极限15吨,如果是有效的吊重质量就更小了,吊起猎鹰将将够用或者不可能(不知道一级回收回来的到底多重,不过猎鹰9空重大概在60吨左右)。
b. 在空中抓住它可能么?答案是必然不可能啊,这就不用解释了!
c. 在它落地后呢?已经落好了,用船拖回来即可,还用啥直升机?
d. 直升机也不便宜啊,为了回收一个火箭的躯壳部分,用一架支奴干这种直升机(也4000万美元量级),随便出点差错,值得么?

哈哈,所以目前的方案确实已经基本最优了。

@ 赵雪冰 问有了推进剂交叉输送技术之后是不是可以制造笋式火箭了?
从理论上讲,如果能尽快的抛掉多余的重量(壳体)部分,对于提高火箭的最终输送能力是直接有帮助的。但也不仅仅是一个推进剂技术能解决的,还有很多火箭制造技术和系统安全工程等问题,不可否认,是一个需要全面研究才能真正执行的大系统。

@ 胡晓 问为什么一级可回收就不能被反导了?没有必然联系吧
你说的很对,但我的意思是这项技术意味着如果火箭一旦变成洲际导弹(只是把有效载荷的航天器换成战斗部而已),他们的火箭将拥有非常复杂的变轨能力,这对目前的所有反导系统都将是个噩梦。

@ Wang Luan 问现在几次失败基本上都是已经垂直降落接近地面的时候突然失控,能不能让它落进一个网里?或者像垂直发射系统一样让它落回一个有缓冲的发射井里?
我在帖子最下面已经回答过了,目前的垂直回收是一个性价比最高的技术了。落进网里的方案我个人觉得也比较靠谱,但不知道为什么没做。至于回到发射井里,就非常不靠谱了。因为火箭为了安全起见(不落入内陆城市),一般都会朝大洋发射。而且控制过程受很多因素影响,比如火箭分离位置、发射轨迹、甚至当天气象情况,如果用固定的发射井,肯定不如可以移动的海上平台来的划算。
@ 范辉 也提出了一个铁架子的方案,我也觉得靠谱,和用网的效果类似。但我个人觉得,如果垂直回收能做到的话,这些都是未来可以直接降低成本的更佳方案。相当于美国人先做成最难得,未来根据实际情况再做优化。

@ 杨飞 问为什么不能在上面加一个降落伞来减速?
使用降落伞回收会非常受大气影响,导致火箭的降落地点不能固定下来。而海上平台虽然可以移动,但至少在执行某次任务的时候,它相对于火箭是个固定的点,任务开始前已经固定在海上了,所以当天的气象情况很容易干扰降落伞。另外,降落伞在某些阶段也必须扔掉(载人飞船落地后降落伞也必须自动脱落,否则飞船就给带着到处跑了),否则会在最后阶段有极大干扰。所以最后还是需要发动机工作来减速。综合下来,不如完全不用,只依赖发动机工作。

@ 朱志雄 问航天飞机的固体助推器也是可以回收的 为啥降落伞减速加直接落海里都可以 猎鹰要用这么复杂的方法回收?
回收的最有意义的其实是火箭发动机,极其昂贵,并非一些不太重要的结构。比如战斗机一般都会挂着副油箱起飞,战斗前不管是否里面有油都会强行抛掉,主要是副油箱和里面的油真心不值钱。所以space-x也是主要回收下面这一级和里面的火箭,其他的也不关注了。

@ Jan Skrzetuski 苏联的航天飞机基本没用过是因为暴风雪号在1988年首飞后三年苏联就解体了,并非苏联航天飞机不实用。
这位朋友说的很对,但是即便苏联没有解体:第一,他们如果负担高昂的航天飞机生产和发射成本(参照美国),他们的国力也不见得支撑的下去;第二,他们已经有了成熟的飞船,既然有更优的选择,航天飞机依然会被冷落。
刚看了一遍事后的新闻发布会,总结一下。既然说是“如何评价”,那就得谈一下对合同双方的影响。由SpaceX来执行的CRS-7任务是ISS商业轨道运输服务(COTS)合同的一部分,CRS是商业货运服务(Commercial Resupply Services)的缩... 显示全部 »
刚看了一遍事后的新闻发布会,总结一下。既然说是“如何评价”,那就得谈一下对合同双方的影响。由SpaceX来执行的CRS-7任务是ISS商业轨道运输服务(COTS)合同的一部分,CRS是商业货运服务(Commercial Resupply Services)的缩写,对应的还有载人服务。在CRS项目中SpaceX将使用自家的“猎鹰”9号火箭(下称F9)和“龙”飞船向国际空间站(ISS)输送货物。另外一个中标企业是Orbital ATK(由原Orbital Science与ATK合并而来),对没错,去年就是它家的Antares火箭把台子都炸了。首先是对甲方即NASA的影响: 直接影响是ISS损失了一艘货运飞船所运载的所有货物及对应的货物下行能力,这次货运服务任务失败。COTS项目的压力前所未有,因为货运服务选定的三种飞船连续失败了一轮,包括非常可靠的进步(Progress-M)货运飞船都栽了,虽然不比当年航天飞机的事故那么有灾难性,但对项目本身已经很悲剧了。F9和龙飞船二代还中标了部分载人服务,而这一事故为这一项目的反对者又提供了新的弹药。NASA的态度可参见下图中这位高管在发布会上的表情——欲哭无泪? http://image2.qiniudn.com/26682-3498587f458dd5dda402d89d6ce2c386
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[list] 对ISS的运营和物资备份不会有明显影响,目前的保守估计可以坚持到十月。几天后就有一艘进步号发射,可以增加一个月。八月日本的载荷较大的HTV飞船将发射,在今年仍然有能力达到六个月的备份。同时Orbital ATK的工程师正在和美国发射联盟(ULA)合作用Atlas-5火箭发射天鹅座(Cygnus)飞船,之间预计在12月发射,现在在考虑提前到十月。(ULA CEO, Tory Bruno的画外音传来:ULA, America's ride to space...) [*]对ISS的建设是一个有限的打击,国际通用对接适配器IDA( International Docking Adapter )一号机损失了。IDA用于将ISS上的旧接口(俄制APAS接口)改造为与新标准兼容的接口,用于和COTS合同中的新飞船对接。IDA-2将由日本的HTV飞船带上去。 对ISS的科学实验是个较大的打击。CRS-7上的科学载荷全部损失,包括很多学生作品。最悲催是的有一个小组的作品在去年Antares事故中损失,他们做出了备份机放在CRS-7上,结果也炸掉了。ISS的PM,Mike Suffredini评价到,这对他们的人生也算是一课。 对ISS的载人任务没有影响。NASA载人航天任务的副负责人William Gerstenmeier说ISS的六人乘组计划会按原计划继续,即使COTS选定的三种飞船全部失败了一遍。 其次是对乙方SpaceX的影响:
毫无疑问对SpaceX是个沉重的打击,F9自首飞以来已经连续18次主线任务成功,本来以为这一次问题也不大,最多是返回的时候出问题挂掉,结果是完全颠覆性的事故。SpaceX的COO在媒体会上提到F9至少要停飞几个月,具体长度取决于对事故原因的调查进展和原因本身,但不会长到一年。 F9是SpaceX目前唯一在役的载具,F9停飞也意味着SpaceX的航天发射活动暂时停滞。SpaceX在今年上半年就执行了六次任务,等于2014全年的数量(长征系列今年到现在才搞了两次啊),刚刚走上了高密度发射的正轨却不得不暂停一下。 F9需要做持续的改进来提高可靠性。从直播视频上看,二级出故障后一级还在自控系统的指挥下继续飞行了接近十秒才完全炸毁,如果是载人任务,这将对飞船的逃逸带来很大的风险和难度。 从视频上看龙飞船在爆炸后还是一整块,但结果也只能是掉到海里摔成碎片。龙飞船二代将具备在此类事故中利用逃逸系统逃生的能力。 与几年前鼓捣“猎鹰”1号火箭的时候相比,SpaceX已经成长为一个已经有着相当规模的企业,其产品线涵盖了发动机、火箭、飞船、卫星,也收获了很长的一次连续发射成功的经验,突发一次发射失利对公司整体不会有大的影响,只要及时查明原因就不会动摇人们的信心。相信所有的项目都会继续推进。 事故的原因目前所能知道的信息只有Elon Musk的一条推特,即二级氧箱异常增压。这似乎是他的惯常做法,即快速的搞一个结论出来,这样倒是可以立即给公众和投资人一个交代,稳定人心,但从事故调查的角度讲,个人觉得不够严谨。发布会上SpaceX的COO也提到二级出问题的可能性大,但她没有比Elon Musk推特上更多的信息可供发布。直播视频可以为这一解释提供佐证,但具体原因只有调查结束后才能知晓。与着陆试验这种企业内部的研发行为不同,这一次的调查会由NASA和FAA来监管。

与之间的着陆试验不同的是,这次是政府合同没有执行好,给COTS项目带来了空前的压力,未来或有变数也未可知;ISS的科学载荷损失要由纳税人来买单,而SpaceX也要独自承担火箭和飞船的损失,不拿出个“经得住历史检验”的报告来是说不过去的。F9是一枚很有前途的火箭,希望经历过挫折后能够继续之前的表现。

新闻发布会录像的链接: https://www.youtube.com/watch?v=LxqZOb68mrA 。(上面的文字是我自己整理的,转载请私信联系,谢谢。)
捉急去睡午觉,简单抢答几句。

1. Tesla 的 Supercharger 安装了 Solarcity 的太阳能充电系统,为 Model S 或电池充电(换电站);Solarcity 跟 Tesla 的业务相关性很强;
2. Tesla 出色的电池管理技术... 显示全部 »
捉急去睡午觉,简单抢答几句。

1. Tesla 的 Supercharger 安装了 Solarcity 的太阳能充电系统,为 Model S 或电池充电(换电站);Solarcity 跟 Tesla 的业务相关性很强;
2. Tesla 出色的电池管理技术,包括电池单元排列设计,已应用到了 SpaceX 的火箭中;
3. SpaceX 总部购买、安装了 Solarcity 太阳能充电系统;
4. Solarcity 的一些商业项目中的储能系统,使用的是特斯拉电池;
5. SpaceX 在材料、工业设计等方面和 Tesla 合作紧密;

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应大猫邀。

通过卫星提供上网服务与现在的有限电缆相比有哪些优劣势呢?
为什么要发射700颗这么多,会面临哪些技术障碍?
如果计划成功,会带来哪些改变?修改
在我们享受到电信移动联通提供的快捷且覆盖较好网络服务,不论固定网还是移动网络,的同时,世界上仍然有... 显示全部 »
应大猫邀。

通过卫星提供上网服务与现在的有限电缆相比有哪些优劣势呢?
为什么要发射700颗这么多,会面临哪些技术障碍?
如果计划成功,会带来哪些改变?修改
在我们享受到电信移动联通提供的快捷且覆盖较好网络服务,不论固定网还是移动网络,的同时,世界上仍然有许多地方,由于地理环境或者政治因素而缺少一种可靠的网络接入方式。
另一方面,在一些国家,由于种种原因,人民不能依照自己意愿自由的通过互联网获取想要的内容,这是这个计划所想要解决的问题。

近地通信卫星一般工作在LEO上,离地高度足够大,可靠性高且生存能力强,波束能覆盖到地球上很大的面积,并且由于路径上受到的地形干扰小,一般而言不会受到地形的限制,并且经过放大和中转之后可以实现远距离通信,一般而言是弥补有线通信的不足或者无法使用有线通信的时的替代品,这个计划中的情况也是如此。

卫星通信和有线通信的优劣需要根据具体系统来讨论,世界上任何一个通信系统在拥有美好的优点的同时也是有不可避免的问题的。目前关于这个计划的具体信息还没有透露,但一般定性来说,卫星通信不太适合对速率和时延有一定要求的点对多点服务,而且在室内等建筑物或者山体内部的覆盖也成问题,同时由于路径损耗较大(LEO虽然算比较低,但对于地面无线系统的损耗已经算是非常高了),对移动端的发射功率也有一定要求。


铱星在最早的时候被人们看好是因为相比于铱星之前的工作在GSO上的卫星电话系统来说,铱星的LEO轨道更低,付出的代价是需要更多的卫星来完成全球覆盖,而最早的时候在GSO上只需要3-4颗卫星就可以完成全球覆盖,LEO上的铱星计划时需要77颗,实际是66颗卫星。
http://image2.qiniudn.com/26682-bc255b11e9a060bbbeae047d37f0051d
(红框中的自由空间损耗是卫星链路损耗中的大头,载频确定后主要由卫星轨道高度决定) https://pic2.zhimg.com/a8c2155ca01cea13c7c6e5c4d76daacd_b.jpg
(红框中的自由空间损耗是卫星链路损耗中的大头,载频确定后主要由卫星轨道高度决定)

这样带来的好处是轨道更低,GSO上的轨道高度大约是35000千米,铱星轨道高度只有780千米,链路预算降低了大约33dB,理论情况下移动端的发射功率降低了2000倍。

而这个计划中大大增加了卫星的数量,如果按照铱星的数据去估计,700颗卫星无备用星,轨道高度进一步下降,大约是240千米(经验估值,一定偏小),链路预算在铱星基础上还能下降大约10dB,这是一个优势,主要体现在了移动端的成本和功率,以及卫星和火箭的成本上。
另一个优势在于卫星的单个成本,GSO卫星由于负载大轨道高,因而重量是很重的,大约是5-10吨的样子,同样对火箭的运载能力有要求。而LEO卫星由于性能要求低,不需要很多重量,可以一次发射很多,并且大规模生产也会使得成本下降(举个栗子,战列舰很贵,但一般制造三艘以上战列舰的时候,从第三艘开始单舰的成本就开始逐步下降了)。那么问题的一个方面就在于寻找一个轨道高度、卫星数量、移动端成本的最优解,但这个问题不是我们考虑的。

要说思路的话目前能看到的东西基本是比铱星更激进一些,但没有本质上的进步。


单纯技术上的问题倒不是很多,人类很早之前就拥有使用卫星进行星地通信的能力了,关键的问题是钱和频谱,FCC倒是不大可能在频谱这事上为难。关键还是钱。如果不使用中美俄的成熟的火箭,还要考虑他使用的火箭的可靠性问题,也就是低成本火箭的问题,但本质还是预算问题。
其余没有考虑的问题基本是地面站和网关的问题,但缺少更多信息无法讨论。

(其他几位答主提到的干扰问题,如果有人想干扰是很轻松的,像以前工作在150MHz左右的OBCOMM,干扰上技术的问题一点都没有,纯属想不想做,想要绕过GFW还不如花钱买VPN)


这个计划成功最大的好处是给全球一个至少可以用的网络接入方式,和卫星电话差不多,只不过是IP网的。依我个人愚见,这个计划的在预算有限的情况下难度很大,甚至比起谷歌的气球计划实行起来难度更大。谷歌的气球计划的难点在于预测平流层的气流并维持气球网络,这个问题一点也不简单,比预测洋流更难,但是相对来说解决的成本反而可能更低,而热气球的低成本和平流层相比卫星较低的高度( 法国航天部门参与“谷歌气球”计划
从理论上讲,火箭的发射成本里面,燃料的费用非常低,相比单次猎鹰九号5400万美元的发射费用,它的燃料费只有20万美元,所以如果能回收单看数据自然大大节约了成本。但从实际意义上讲,不可能节约到99%的状态,甚至在现有的技术上都不一定能节约成本。

一个例子是著名... 显示全部 »
从理论上讲,火箭的发射成本里面,燃料的费用非常低,相比单次猎鹰九号5400万美元的发射费用,它的燃料费只有20万美元,所以如果能回收单看数据自然大大节约了成本。但从实际意义上讲,不可能节约到99%的状态,甚至在现有的技术上都不一定能节约成本。

一个例子是著名的航天飞机计划,本来所有的设计就是希望航天飞机能反复回收利用节约成本,但事后证明美国的这个计划并不是完全成功。a. 首先系统必须做的极度复杂,应对航天飞机的发射与控制,这样无疑增大了各种系统的风险。航天里最简单的永远是效率最高的,这是铁律,也是为什么其他国家几乎都是一次性发射飞船;b. 其次航天飞机着陆之后重复使用的难度大大加大,需要大量维护费用,比如飞机表面所有涂层极其昂贵,发动机的维护更是天价,不亚于再换一台新的。所以相较而言,航天飞机的性价比一点都不高,但无奈美国在同时没有其他可以替代的有效计划,只能硬着头皮花大把的预算继续使用。后来的挑战者号和哥伦比亚号的毁灭,则直接导致了这个项目逐渐下马。苏联人早就意识到了这一点,他们的暴风雪号航天飞机做好之后,基本没有用过,也在某种程度上证明了这种可回收空天飞行器不太值得。
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可以看到美国的航天飞机花费单次花费为近 15亿美元 !完爆其他的所有航天任务,例如著名的火星探测、深空的旅行者计划,所以重复不见得便宜。不过目前Space-X这个真心很便宜了,只不过纠结于它是否也会像航天飞机一样,下面会有分析。

另外在航空方面也有B-2和SR-71两款著名的飞机作为例子,技术上各种酷炫,但极其昂贵的造价和飞行完的维护费用,真的也只有美国扛得住了。比如说,如果B-2不是去扔一颗战略的核弹,基本上它飞一次花掉的钱比扔下去的导弹炸弹都值钱。
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B2轰炸机
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SR71侦察机

针对猎鹰这种火箭,如果想回收也有很多其他问题:
a.为了回收,要增加额外的各种控制和导航空间,导致火箭的设计难度大大提高
b.火箭为了保全,需要留下不少燃料作为后续的“刹车”减速。这对整个推进系统的设计尤其是燃料推送系统的要求极高,要增加很多冗余设计,风险较大。
c.火箭发射一个重要指标就是推重比,相当于有效载荷(卫星或飞船)所占比例越高越好,但如果考虑回收,相当于额外的一些燃料和系统设计会占掉有效载荷的空间,导致发射效率降低。或者是为了达到同样的发射能力,需要更大的火箭设计。
d.类似航天飞机,回收过后的维护尤其对一级发动机的维护,恐怕成本不亚于直接换一个新的了。e.节约成本从本质上讲是当发射频率达到一定数量之后才有意义,比如欧洲,一年恐怕就发射个位数的火箭,就算用可回收火箭,使用频率不够,也会使运营与维护成本占火箭发射总费用的比例极大增加。 从这些方面说,不会很大程度节约成本,或者只是成本略微降低。

中国、俄罗斯、欧洲都是依赖于一次性使用,俄罗斯基本上全是冷战留下的洲际导弹改装,比较便宜,但目前在国际发射市场的名誉极差,掉了很多星。中国性价比较高,单次发射6000万美元左右,主要因为咱们的火箭在大批量生产(直接取决于发射频率),所以单款火箭的研发成本在批量生产后会被逐渐摊平,价格降低。欧洲的火箭质量确实更好,但因为造价高(制造批量很小),基本是咱们价格的5倍以上。

那么猎鹰的优势在于:
a.黑科技,就好比B-2和SR-71,虽然很贵,确实是杀手锏。猎鹰本质上也是一枚洲际导弹,一个可以回收的导弹你懂得,也是一个在大气层里可以做大规模机动的顶级杀伤武器了。能做到几乎静态回收,也就鲜有反导武器能对付了。
b.Space-X毕竟是一家要盈利的商业公司,他们做猎鹰的研发费用只有三亿美元,基本上都比其他主流(欧洲和俄罗斯和美国其他火箭)成本低了一个数量级。所以对于美国军方,成本很低,2008年与space-X签了12次发射合同,火箭+飞船,总共才16亿美元。所以为什么不投资一次让他们试验这种可能会duang一下的黑科技呢?
c. 猎鹰提供了一个极好的试验平台,相当于超高动态飞行器的复杂控制,能验证很多最新的技术。加上航天飞机带来的空天飞机试验背景(题主可以搜一下各种美国的X系列),永远不知道结合在一起会拿出什么黑科技来。

所以总体看来,能不能节省99%成本不是最核心的,技术成熟后(20年)如果有足够的发射频率有可能大规模节省成本。但其他意义不是现在这点投资能衡量的,这个项目成本很低,但验证的技术都很高大上,属于性价比特别高的一个项目,估计要远超航天飞机。

第二个问题,
前面说了,咱们的价格,比如长征三号乙是6000万美元。这是个很大的优势,便宜又非常可靠,所以在世界火箭发射市场尤其商业方面有很大拓展空间。

第三个问题,
猎鹰目前的成本是飞船加火箭约1.3亿美元,火箭5000-6000万美元,飞船送货价格7000-8000万美元。

题外话:
我国目前火箭最大的瓶颈是推送能力,目前最大低轨(小于1000 KM)推送能力依然不如猎鹰-9。今年Space-X宣布了猎鹰重型火箭,低轨运载能力在45吨,如果增加推进剂交叉输送技术,能增加到53吨或以上。咱们还没有到能试验这种技术的水平。目前SPACE-X的回收水准已经到了10米以内,把一个5倍马赫速度下来的火箭控制到这种程度,着实不易啊也眼看就要成功了。火箭方面,我们还有不少的路要走。

天朝加油,航天汪需要继续奋斗!

希望这些回答了您的问题!

下面是尽量回复评论里的问题,就不一一@了,欢迎大家批评指正。
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@ 文正 提问为什么需要垂直落在海上平台?为什么不用直升机低速捕捉?
http://image2.qiniudn.com/26682-0dba65e7c90930fb069ad7699ab3aae2
https://pic3.zhimg.com/5d6c0ede22d1b4ffe3ec36cf00cef6b6_b.jpg
首先,为什么在海上?
a. 火箭本身的调整也是有极限的,它不可能直直地朝着一个固定的回收点飞去。而且每次飞行任务也不一定完全重复,例如不同的轨道、不同的分离状态,所以弄在海上平台,平台本身也可以提前移动到最理想的位置上,欢迎火箭的归来。
b. 失败的火箭发射,一旦轨迹出了问题往地面打去就是一枚洲际导弹,落到城市自然影响力不必多说。所以世界各国的发射场有基本的规定,尽力回避人类聚集区。而对于NASA这种用了很多海边发射场(比如卡纳尔维拉尔角)的,火箭的轨迹是严格不许进入大陆区域的,只能往海面发射(这也回答了下面有人问关于为什么不落到沙漠的)。下图是个典型的案例,对于一个靠海的发射场,轨迹的选择。
http://image2.qiniudn.com/26682-88eb305c015532d449988a3f7cfda52b
https://pic2.zhimg.com/415620f4510bb731d606aa0e75859bad_b.jpg
c. 安全问题,海上毕竟容错率较高,没有人住在这里,就算中途失败也不会落在陆地上造成危害。
d. 运回来的优势太大了,轻轻松松拖回来,比落在某块陆地上难度小很多。

第二,为什么要垂直?
很专业的问题,
a. 猎鹰的一级火箭带有4条长达21米的碳素纤维及蜂窝铝合金着陆腿,可以理解为四条腿,缓冲作用,站着肯定最好。万一倒了,因为火箭很重,还是有一定的相对速度,摔坏了或者碰坏了都得不偿失,而且基本都会爆炸的(几次失败都是倒了就爆了)。
b. 火箭的发动机都在底部,喷射方向沿着火箭躯壳方向 ,当垂直落地时喷出的能量得到最大利用。否则以任何其他角度来落地,如何使相对速度(比如水平速度)逼近于0?对于一个几乎没有气动调整能力的火箭壳体而言,不可能啊!
c. 如果是其他方式,不管什么原因,都有可能滚/滑进海里,发动机进水、剩余燃料外泄、火箭迅速沉入海底,都导致回收没有意义了。

第三,为什么不用直升机抓获?
我只能说太天真了啊!
a. 得用多大的直升机抓起这个庞然大物呢?
最牛逼的俄罗斯米-26改装版本极限能带26吨,美国最牛的支奴干改装版本极限15吨,如果是有效的吊重质量就更小了,吊起猎鹰将将够用或者不可能(不知道一级回收回来的到底多重,不过猎鹰9空重大概在60吨左右)。
b. 在空中抓住它可能么?答案是必然不可能啊,这就不用解释了!
c. 在它落地后呢?已经落好了,用船拖回来即可,还用啥直升机?
d. 直升机也不便宜啊,为了回收一个火箭的躯壳部分,用一架支奴干这种直升机(也4000万美元量级),随便出点差错,值得么?

哈哈,所以目前的方案确实已经基本最优了。

@ 赵雪冰 问有了推进剂交叉输送技术之后是不是可以制造笋式火箭了?
从理论上讲,如果能尽快的抛掉多余的重量(壳体)部分,对于提高火箭的最终输送能力是直接有帮助的。但也不仅仅是一个推进剂技术能解决的,还有很多火箭制造技术和系统安全工程等问题,不可否认,是一个需要全面研究才能真正执行的大系统。

@ 胡晓 问为什么一级可回收就不能被反导了?没有必然联系吧
你说的很对,但我的意思是这项技术意味着如果火箭一旦变成洲际导弹(只是把有效载荷的航天器换成战斗部而已),他们的火箭将拥有非常复杂的变轨能力,这对目前的所有反导系统都将是个噩梦。

@ Wang Luan 问现在几次失败基本上都是已经垂直降落接近地面的时候突然失控,能不能让它落进一个网里?或者像垂直发射系统一样让它落回一个有缓冲的发射井里?
我在帖子最下面已经回答过了,目前的垂直回收是一个性价比最高的技术了。落进网里的方案我个人觉得也比较靠谱,但不知道为什么没做。至于回到发射井里,就非常不靠谱了。因为火箭为了安全起见(不落入内陆城市),一般都会朝大洋发射。而且控制过程受很多因素影响,比如火箭分离位置、发射轨迹、甚至当天气象情况,如果用固定的发射井,肯定不如可以移动的海上平台来的划算。
@ 范辉 也提出了一个铁架子的方案,我也觉得靠谱,和用网的效果类似。但我个人觉得,如果垂直回收能做到的话,这些都是未来可以直接降低成本的更佳方案。相当于美国人先做成最难得,未来根据实际情况再做优化。

@ 杨飞 问为什么不能在上面加一个降落伞来减速?
使用降落伞回收会非常受大气影响,导致火箭的降落地点不能固定下来。而海上平台虽然可以移动,但至少在执行某次任务的时候,它相对于火箭是个固定的点,任务开始前已经固定在海上了,所以当天的气象情况很容易干扰降落伞。另外,降落伞在某些阶段也必须扔掉(载人飞船落地后降落伞也必须自动脱落,否则飞船就给带着到处跑了),否则会在最后阶段有极大干扰。所以最后还是需要发动机工作来减速。综合下来,不如完全不用,只依赖发动机工作。

@ 朱志雄 问航天飞机的固体助推器也是可以回收的 为啥降落伞减速加直接落海里都可以 猎鹰要用这么复杂的方法回收?
回收的最有意义的其实是火箭发动机,极其昂贵,并非一些不太重要的结构。比如战斗机一般都会挂着副油箱起飞,战斗前不管是否里面有油都会强行抛掉,主要是副油箱和里面的油真心不值钱。所以space-x也是主要回收下面这一级和里面的火箭,其他的也不关注了。

@ Jan Skrzetuski 苏联的航天飞机基本没用过是因为暴风雪号在1988年首飞后三年苏联就解体了,并非苏联航天飞机不实用。
这位朋友说的很对,但是即便苏联没有解体:第一,他们如果负担高昂的航天飞机生产和发射成本(参照美国),他们的国力也不见得支撑的下去;第二,他们已经有了成熟的飞船,既然有更优的选择,航天飞机依然会被冷落。

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