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标题: 第二次空间竞赛 [打印本页]
作者: 晨枫    时间: 2023-5-26 06:39
标题: 第二次空间竞赛
本帖最后由 晨枫 于 2023-5-25 16:58 编辑
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6 F# j. g( u: ^7 |: B% l4 y第一次空间竞赛在美苏之间，以“阿波罗登月”结束，美国胜利。第二次空间竞赛在中美之间，这一次不为面子，为里子，竞赛围绕着星链，现在要进入高潮了。
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7 L: m/ q; v1 j9 v  y2 z6 o  g5 e* W海南文昌的新发射设施
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长征8的发射
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马斯克的星链在乌克兰战争里大出风头，为乌克兰提供了低成本便携式卫星通信，极大帮助了传统通信系统受到俄军强力压制的乌军。星链由于全球到达，具有高速数据通信能力，有可能成为6G标准的一部分。中国在5G时代领先，美国决心要在6G时代抓回领导权。美国在5G时代的落后说明了一个问题：没有存在就不可能有领导权。现在，高速数据通信发展到了空间时代，中国如果不在太空布满小卫星，就谈不上空间数据通信的领导权。这是“中国星链”的最大动力。
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: Z. P3 l- R) Y) {; w, j另一方面，星链卫星“霸占”低轨道，横冲直撞，无所不在，甚至对中国空间站造成威胁。从空间安全角度出发，中国需要部署空间测控系统，掌握星链的动向，并提供可用的反制措施。把星链卫星打下来是不现实的。星链已有3500多颗卫星在轨，计划最后达到近3万颗，打是打不过来的。但截获和干扰是可能的。和GPS卫星一样，地面干扰靠旁瓣，效果不好。视线内干扰最好，这就要靠太空中中国自己的“反星链”了。# G* q1 e' P7 R+ U/ ?
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不管是为了什么目的，《南华早报》引用中国《宇航学报》上宋征宇的文章报导，中国正在海南文昌建设新的长征8火箭制造和发射设施，采用脉动装配线，每年可组装和发射50枚长征8，每枚可携带20多枚星链级卫星。也就是说，差不多每年1000枚“中国星链”卫星的速度，与SpaceX的速度差不多。6 Z7 R. J# r9 d# {4 d$ }

  v$ B/ W, e- Z, Y+ F. o宋征宇是长征8的总设计师。这是他的百度介绍：$ K* e- k  _! [6 s
https://baike.baidu.com/item/%E5%AE%8B%E5%BE%81%E5%AE%87/8385183
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这将使得中国卫星发射能力差不多翻番。相比之下，SpaceX在2022年发射了61次，不过很多是用可重复使用的猎鹰9发射的。长征8是低成本，但不是重复使用的。据报道，中国现有运载火箭的发射成本约3000美元/公斤载荷，和SpaceX相近。长征8可显著降低。
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2 W/ F5 V# i  r$ H另一个不同的是，“中国星链”采用700公里高度的太阳同步轨道（SSO），也就是说，同一颗卫星每天在相同的时候经过地球表面同一个地方。星链是高度550公里的低高度地球轨道（LEO），轨迹相对“错乱”，靠数量众多才能可靠覆盖。“中国星链”计划发射13000颗卫星。较高的轨道意味着更大覆盖面积，需要的卫星数量较少，运载火箭推力要求增大（同理，反卫星导弹的推力要求也更大），信号功率要求比星链高，但依然较低。
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3 v! O, a# s9 r' u+ F4 T, p% a在军事上，更高的SSO卫星可容易地锁定与较低轨道LEO星链通信的地面发射站，也能有效地施加干扰。在乌克兰，星链发射站是“背包可携带”，机动灵活，用常规方法难以锁定。但“骑在”星链卫星的头顶上，就一目了然了。然后该干嘛干嘛。当然，锁定发射站是被动的，干了都没人知道；干扰就是战时行动了，否则会带来很大的国际政治问题。
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6 W; F, o8 y/ J$ j9 H+ I现在用SSO的卫星不多，主要是一些地球观察卫星。每天在固定的时间通过固定的地点，容易比较地面的变化，对观察农作物、冰川、森林、地表温度等特别有用。部份“中国星链”卫星将兼职各种地球观测，而不只是通信。
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: w: r6 P) w. j% b+ u/ f据报道，中国现有在轨约4000颗各种卫星，长征8上马后，数量将急速增加。9 e4 w( r( ^: ?

) R# \+ z; p7 r$ L  m5 S0 o中国现有运载火箭要么太大，要么太小，不适合发射星链级卫星。长征8虽然不可重复使用，但采用了新的低成本制造技术，极大降低了成本。比如说，脉动装配线像流水线一样，运载火箭可在装配的每一个阶段中，移动到相应工位，各种工装和材料“一拥而上”，完成本阶段的装配任务，然后移动到下一个工位。这样容许多个工位对不同装配阶段的火箭同时工作，大大提高效率。
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传统火箭装配是固定工位，不同工装和材料不断开入撤出，逐步完成装配任务，然后最后一次性运出去，效率较低，只适合小规模的“作坊制造”。SpaceX已经采用脉动制造了。中美的战斗机制造也采用脉动制造。
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+ R" X% n6 k+ i/ _+ P中国强大的制造业则提供了量大质优的基本组件，这是供应链优势。先进技术进一步降低成本。比如传统的三余度惯导降低到双余度惯导，可靠性用先进数字技术补偿。$ [% s: `  r( ~  Z9 \; @. h

6 Y" r, t% R( U9 ~8 s5 z7 y长征8也是世界上第一个取消模态试验的火箭，节约了时间和试验开支。实际火箭不是理想的刚性体，瘦长箭体的振动和弹性需要精确管理，确保不会因为共振在发射和飞行中解体。传统上，每一枚火箭组装完毕后，要进行模态试验，对实际振动特性和弹性模态精确摸底。长征8是第一个在设计中就取消全尺寸模态试验的的火箭，设计人员用数字仿真就可以精确复现不同载荷和发射条件下（包括取消助推级、载荷段整流罩修型）的振动和弹性模态，并调整相应火箭参数，确保发射和飞行安全。+ O4 s, q# W, J6 u& P( a
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运载火箭发射一方面是大工业作业，另一方面依然像裁缝铺子，还是对每一件作品量身修裁的。先进的数字化使得设计和发射准备时间缩短了12个月。
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8 r$ U6 {6 H5 ^' b火箭制导也采用全新方法。传统的两级火箭是在一级抛掉后，第二级立刻点火，继续上升，最后用载荷级的姿控火箭控制入轨。长征8不然。在一级抛掉后，在惯性和重力作用下，在亚轨道高度“滑翔”到目标位置，再点燃第二级火箭。* q) ^+ G) D4 r6 v

/ C6 y' [) a6 R8 y大气层内起滑是中国高超滑翔弹的绝技。在助推火箭关机后，导弹靠惯性和重力的作用，最终自然低头。在改为水平姿态的时候，再次启动发动机，水平推进，直到最终进入滑翔状态。这比高抛弹道然后俯冲改平要节约能量，降低弹道，增加探测难度，提高起滑可靠性，但对精确姿控的要求非常高。长征8很可能是共享了相似的技术，提高了入轨精确性，也能更加有力地补偿不完美发射时的轨迹偏离。/ }# Z$ Z6 }  s3 V

  E0 B4 u6 _& a) X$ g海南文昌正在加紧施工，发射台以10天一层的速度加班加点，主体结构已经提前20天完工，预计2024年6月进行第一次发射。3 b( H  A$ W% f
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中国对美国的追赶真是上追九天，下追黄泉啊，一点缝隙都不留，全场紧逼呢。在外交上，美国追着中国满世界跑；在科技上，中国追着美国满宇宙跑。妥妥的G2。
作者: 雷达    时间: 2023-5-26 09:38
SSO 和 LEO 不是对立关系，而是不同维度的划分方法，实际上大部分 SSO 是 LEO 大类里面的一个变种。但我没有看明白中国星联采用 sso 的好处，毕竟 sso 是不适合通信卫星的
作者: tangotango    时间: 2023-5-26 10:16
      虽然使用SSO轨道卫星有军事上的好处，但是要维持几千颗卫星的长期服务还得依靠民用/商用通信等业务。700公里比550公里的轨道高度，电磁波的路径损耗要高1倍，同时每个卫星覆盖面积更大，这意味着同一卫星覆盖小区里的单用户数据速率更低（因为更多用户分享同样多的信道频谱资源）且通信耗电量高一倍，在性价比上完全竞争不过星链。
作者: 晨枫    时间: 2023-5-26 11:27
雷达 发表于 2023-5-25 19:38
& V5 X- {0 O- G" RSSO 和 LEO 不是对立关系，而是不同维度的划分方法，实际上大部分 SSO 是 LEO 大类里面的一个变种。但我没 ...

9 l: ]+ y. X5 Y9 k8 c2 a5 m  j+ N是的，SSO和LEO不是对立的。. G6 _6 u4 V0 j5 b

1 q6 g+ R/ w8 x  J0 ?0 b) b5 y& O# u' M为什么中国星链用SSO，我也不是太清楚，但SSO这点高度差不至于影响作为通信卫星的工作？
作者: 晨枫    时间: 2023-5-26 11:29
tangotango 发表于 2023-5-25 20:16' M: ^+ `) m( ?, `' V( \. y
虽然使用SSO轨道卫星有军事上的好处，但是要维持几千颗卫星的长期服务还得依靠民用/商用通信等业务。 ...
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是有这些问题。我也说不好。想起来中国在确定这个轨道高度的时候是有考虑的。
作者: 水风    时间: 2023-5-27 09:28
雷达 发表于 2023-5-26 09:38
3 R) g! A- E! z: W, W& H1 lSSO 和 LEO 不是对立关系，而是不同维度的划分方法，实际上大部分 SSO 是 LEO 大类里面的一个变种。但我没 ...
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但如果以SSO为基点，操控高空无人垃圾回收航天器进行运行的话，那么就不是问题了。我们也不需要1万那么多，几百就足够覆盖某些热点地区，几千就可以保证我国上面干干净净的，再加一些，可以帮助北美国家清理垃圾。如果固体回收有成本压力的话，那么激光热处理技术可以了解一下。1 G$ y% f& |7 j5 z/ ]

: D: R# |1 w$ t0 J9 b1 g反正我觉得这东西当基站的话，玩法很多。



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