從星鏈計畫看低軌道衛星商機（2）

Elon Musk的核心商業理念著重在：「垂直整合」（Vertical Integration）、降低營運成本、持續改良，將這套核心商業理念應用到太空事業，就不難理解為什麼SpaceX會從開發液態火箭引擎起步。

火箭發射

發展太空事業的三大重點就是：LV、LV、LV – LV就是「火箭發射器」（Launch Vehicle；LV） 。沒有「火箭發射器」（LV），設計再好的衛星都無法進入太空軌道；如果委託火箭發射營運商代為發射，衛星的總營運成本（Total Cost）就無法降低，難以具備市場競爭力。

Musk看明白這一點，亞馬遜（Amazon）創辦人Jeff Bezos也明白這一點，所以Musk的SpaceX與Bezos的Blue Origin，都從開發自家使用的液態火箭引擎起步。

在SpaceX與Blue Origin成功開發出火箭前，世界上的火箭多半是傾國家之力開發，例如中國的長征火箭（註一）、法國的亞利安（Ariane）火箭（註二）、以及俄國的聯合號（Soyuz）火箭（註三）。

火箭引擎

Musk要創造出「價格負擔得起」（affordable）的火箭，就必須降低成本 – 非必要的零組件不使用軍規，儘可能採用現成的商規成品，再加上模組化的軟體，可重複使用的硬體（即火箭回收），從而建立起一套「垂直整合」（Vertical Integration）的創新商業模式。

SpaceX發展的第一枚火箭Falcon 1是兩節的單引擎液態火箭，總共投資將近一億美元；經歷三次發射失敗，SpaceX幾乎破產，終於在第四次才發射成功。

Falcon火箭的靈魂就是SpaceX自行開發的液態火箭引擎Merlin，使用的燃料是從煤油精煉出來的RP1噴射機燃油，氧化劑則是低溫液態氧。Merlin 液態火箭引擎經不斷地改良，現在已經進入第四代。

為求增加火箭總體運載能力，SpaceX開發出「獵鷹九號」（Falcon 9）– 「9」代表Falcon 9的第一節推進火箭（Booster）有9具Merlin液態火箭引擎，第二節火箭僅使用Merlin單引擎；這十具火箭引擎由三組獨立又互相監控的電腦系統控制，達到三重安全保障。Falcon 9 的起飛推力，大約等於12架波音787客機的推力總和。
 

SpaceX應用「垂直起降技術」（Vertical Take Off and Landing；VTOL），成為火箭VTOL回收的始祖，第一節火箭在海拔100公里左右脱離，它會自動返航降落在指定的陸地定點、或是外海的無人平台上；第二節火箭回收不符合經濟效益，因為第二節火箭的分離速度約為第一節火箭的4倍，而且離開發射點已經很遙遠。

按照據Musk的說法，Falcon 9 的大部分組件可重複使用100次，目前火箭回收已超過十數次，這種紀錄在十多年前是難以想像的。

火箭與衛星

第一代（v1 、v1.5）Starlink衛星的重量約為250公斤，每顆衛星造價25萬美元，由SpaceX「獵鷹9號」自行發射、分批次運送到440公里高度的低軌道上，連同發射費用每顆衞星總成本約60萬美元。

第二代Starlink衛星在2022年中就已經出現，衛星本體長度為7公尺，重量1,250公斤為第一代的5倍重。第二代的設計規格考慮到SpaceX新的發射系統「星艦號」（Starship）直徑為9公尺，長度7公尺的衞星剛好可以躺平、疊放在艙內的衞星發射架上，Starship前端有一窗口，可以把衛星像提款卡一樣、一片一片的推入軌道（參見下圖）。
 

Starlink衛星發射超過3,000顆（計劃發射42,000顆），衛星設計就已經從第一代進入第二代，重量從250公斤增加5倍，發射系統從Falcon 9改為Starship（為登陸火星設計）– 這一切舉措都非常符合Musk「持續改良」的核心商業理念。

福衛五號

台灣的「福衞五號衛星」在2017年8月25日就是搭乘Falcon 9火箭，從美國加州范登堡空軍基地升空，進入720公里高度的「太陽同步軌道」（Sun Synchronous Orbit），相較於「地球同步軌道」（GSO）的高度約為36,000 公里。 

台灣國家太空中心（NSPO）利用「福衞五號衛星」為發展平台（註四），與國內產業界及研究單位合作發展遙測衛星關鍵元件，包括指令與資料管理單元（CDMU）、電力控制與分配單元（PCDU）、飛行軟體（Flight Software）、遙測酬載電子單元（RSI EU）、CMOS型聚焦面組合（CMOS Type FPA）等五項。

下一篇會繼續介紹「星鏈計畫」（Starlink）現況（註五），包括2022年推出的第二代Starlink衛星及所衍生的商機。

註一：長征系列運載火箭（維基百科） 

註二：亞利安火箭（維基百科）

註三：聯合系列運載火箭（維基百科）

註四：福爾摩沙衛星五號

註五：「星鏈計畫」（Starlink）現況

Starship將第二代Starlink衞星從發射架上一片一片取出。