Space X補給火箭，升空後不到三分鐘即爆炸

• 文／林彥興（EASY天文地科團隊總編輯，現就讀清大天文所）

台灣時間 2022 年 11 月 2 日晚上九點四十一分，SpaceX 的「獵鷹重型 Falcon Heavy (FH)」火箭從濃霧繚繞的甘迺迪太空中心 LC-39A 發射台轟然升空。睽違三年，世人終於再次體會到世界最強火箭飛向天際，以及雙助推器同時著陸的震撼。

從獵鷹九號到獵鷹重型

相信有在關注太空時事的讀者們，對 SpaceX 的獵鷹九號火箭都不陌生。

獵鷹九號是 SpaceX 目前當仁不讓的發射主力，從低軌小衛星共乘、高軌頂配同步衛星乃至星際探測器都能一手包辦，而且還擁有能夠「重複使用第一節」這舉世唯一的絕技，在大幅降低成本的同時，也讓 SpaceX 能夠以超過一週一發的超高頻率發射火箭。從 2022 年初至週二當天，獵鷹九號已經發射 49 次，佔世界總發射次數的約 35%；論發射酬載總質量，世界所有其他火箭加起來還不到獵鷹九號的一半。^[1][2]

但獵鷹九號雖然優秀，面對少數特別重的酬載（也就是衛星、太空船等火箭攜帶的物體），或是要把酬載送到特別高能量的軌道時，仍然力有未逮。怎麼辦呢？基本概念很簡單：在獵鷹九號第一節兩側，再綁兩根第一節火箭，給火箭更多的燃料、更強的推力，就能把更重的酬載，送到更高更遠的地方，這就是「獵鷹重型 Falcon Heavy, FH」火箭。習慣上，人們將中間那根第一節稱為芯級（Core Stage），兩側的則稱為助推器（Side Booster）。根據任務需求，芯級和助推器可選擇不同的回收模式（陸上回收、海上回收、不回收）。在完全不回收的模式下，獵鷹重型擁有超過 60 公噸的最高理論運載力（LEO），比位列第二的三角洲四號重型火箭多了一倍不只。

風光亮相後？

獵鷹重型在 2018 年進行了一場轟轟烈烈的首飛。由於未經驗證的新火箭，一般不會有客戶願意買單承擔風險，因此火箭製造商通常會自費發射一些不太重要的東西，常稱為「假酬載 Dummy Payload」，向客戶展示火箭確實可以把你的衛星送入軌道。這個不太重要的假酬載，也給了工程師們搞怪的機會。

假酬載該選什麼好呢？
大老闆 Elon Musk：「啊，那就把我的 Tesla 跑車打上去吧。」

首飛隔年（2019）四月和六月，獵鷹重型分別進行了兩次任務（福衛七號就是其中之一噢）。但在這之後，獵鷹重型彷彿就進入了休假期，長達三年都沒有發射任務。為甚麼會這樣呢？這背後的原因有非常多面相可以討論，比如獵鷹九號就已經足以應付現在市場上絕大部分的發射需求、獵鷹重型發射的酬載開發與製造進度延宕等等。篇幅有限，在此就不展開細說。但總之，對太空迷們來說，這三年真的是格外漫長。獵鷹重型還是獵鷹重型，但 2022 的世界已經跟 2019 大不相同了。

機密任務 USSF-44

回到正題，本次 USSF-44 任務的目標，是為美國太空軍發射機密軍事衛星，前往地球同步軌道。

在上面的影片中，我們可以看到火箭發射的全過程。在轟轟烈烈地起飛後，火箭沿著預定軌道不斷加速。升空後約兩分三十秒，幾乎耗盡燃料兩根助推器率先脫離。而芯級在本次任務中則不進行回收，毫無保留地將所有燃料都用於運送衛星。約四分零三秒，芯級耗盡所有燃料並脫離，由第二節火箭負責繼續將衛星送入指定軌道。由於衛星的機密性，第二節直播就此切斷。直播聚焦於兩個助推器，如何自行返回陸上降落場，並最終成功降落。

本次任務的成功，不僅宣告著獵鷹重型的回歸，也是 SpaceX 第一次直接把衛星送進「地球同步軌道 GEO」，而非一般的「地球同步轉移軌道 GTO」（相關知識可以參考「衛星軌道萬花筒」系列圖文）。擁有將衛星直送 GEO 的能力，對火箭發射商來說意義相當重大。另一方面，雖然可憐的芯級被太空軍指定拋棄了，但兩側助推器的同框降落真的百看不厭。如果覺得這次發射霧太大景不好，不妨多看幾次 2018 首飛的剪輯吧！

還要再等三年嗎？獵鷹重型的未來

那麼，何時才能再次看到獵鷹重型轟然起飛呢？答案可能比你以為的要快。按現在的規畫，明年一月就應當要有兩場獵鷹重型的發射，分別是 ViaSat-3 與 USSF-67，都是 GEO 直送任務。但當然，這是火箭發射，再延宕個幾個月也是很正常的。

往更遠的看，未來五年獵鷹重型將發射的重要酬載包括：

• 大型行星探測器：靈神星（Psyche，左圖）任務與歐羅巴快船（Europa clipper，右圖）。

• 阿提密斯計畫：月球門戶建造（PPE 與 HALO 艙段）、VIPER 月球車、月球門戶補給（Dragon-XL）。

• 旗艦太空望遠鏡：羅曼太空望遠鏡（RST）。

• 太空軍機密衛星與同步通訊、氣象衛星若干。

相信這些名字對太空迷讀者來說都是如雷貫耳。可見獵鷹重型在美國近期多項重要太空計畫中，都是關鍵角色。接下來幾年，就讓我們拭目以待，一起見證獵鷹重型大展身手吧！

• 文／林彥興｜現就讀清大理學院學士班，EASY天文地科團隊總編輯

Starlink 是 SpaceX 正在組建中的全球衛星網路系統。從於 2019 年底至今不到一年半之內，SpaceX 就已經進行了超過 23 次 Starlink 衛星發射 (2021.04.12)。若是加上之前的幾批原型機，Starlink 的總發射數已接近 1600 顆，遠遠超越歷史上所有的衛星星座[註一]系統。但規模龐大的 Starlink 計畫在提供全球高速衛星網路的同時，也對近地軌道的環境，以及原本黑暗的夜空造成難以忽視的重大影響。其中，又以天文學家與天文攝影愛好者們受害尤其嚴重。而且，在可預見的將來，還會有更多企業投入近地軌道衛星網路的競賽。如何在讓世界更加緊密的衛星網路，以及珍貴的夜空和軌道環境之間取得平衡，值得所有人持續關注與理解。

Starlink 的存在價值：為什麼我們需要衛星網路？

對大多數的台灣人來說，網路並不是太稀罕的東西。因為我們的網路基礎建設相當完善，電信公司的光纖網路、無線基地台、Wifi 分享器在生活周遭隨處可見。甚至在高山或海邊的風景區，只要不是完全裊無人煙，也常常有不錯的訊號。我們早已習慣天天上網、逛臉書、滑 IG、打卡、發宵夜文，甚至許多人的工作與學習，都仰賴穩定而高速的網路。

但世界上並不是每個地方都如此。多數國家的網路基礎設施都遠不如台灣完善，全球約有半數的人口處於沒有網路可用的狀態。想要在合理的成本下，將網路的服務範圍擴張到深山、沙漠、大洋等地相當不容易。

那如果用衛星作為網路的節點呢？這樣不就可以不受地理易達性的限制，讓全世界所有角落都有網路可以用了嗎？沒錯，這正是 Starlink 所希望達到的目標。他們希望在近地軌道上建立起覆蓋全球的衛星通訊網路服務。而且為了讓 Starlink 系統的資料傳輸速度與延遲能夠和一般的地面電信公司競爭，他們計畫將超過 12000 顆通訊衛星[註二]部署在 500 至 1300 公里之間的多個軌道殼層上。

12000 顆衛星很多嗎？非常的多！這個衛星數量不僅遠超過以往任何衛星星座，甚至是人類發射過的衛星總數都大約只有 9000 顆而已。足見 SpaceX 的野心之龐大。這種覆蓋全球的衛星網路，有可能可以造福全球數十億無法上網的人，讓他們能夠享受到網際網路帶來的教育、資訊、娛樂等重要資源。

自 2019 年 11 月 11 日至今的約一年半內，SpaceX 每隔幾週就發射一次 Starlink，一次發射會送 60 顆衛星進入軌道。僅僅三次發射之後，SpaceX 就已經成為地表最大的衛星操作者；23 次發射之後，軌道上運作中的衛星已有六成都是 Starlink。

從 2020 年年中開始，Starlink 開始在北美地區進行測試，並表現出下載速度 50 – 150 Mbps，延遲 20 – 40 ms 的不俗性能，雖然價格略微昂貴，但仍受到不少偏遠郊區使用者的推崇。推薦大家親自上 Youtube 上看看那些數量龐大的測試影片，了解使用者們的想法。最近（2021.04）更看到多則實測 200 Mbps 下載速度的新聞，且服務範圍也擴展到英國、德國、澳大利亞、紐西蘭等地，發展非常迅速。人們相信，這種覆蓋全球的衛星網路，將有潛力把珍貴的網路，以及其附帶的教育、娛樂等資源，帶給全世界的人。

Starlink 的環境影響：光害與壅塞的近地軌道

這樣的願景雖然美好，然而發射如此大量衛星，卻造成了許多未曾被重視的環境問題，讓 Starlink 自從建構之初就飽受各方爭議。

第一個引爆點是 Starlink 的光害問題。相信關注太空議題有一陣子的朋友，都有看過一整排 Starlink 衛星像一排閃亮的星際火車一般橫越夜空、毀掉天文觀測的照片或影片。雖然這些影片往往都拍攝於衛星剛發射時，正式運行中的衛星因為軌道高度較高，並不會如此之亮，但卻足以激起天文界對於這項計畫的反彈。對像是薇拉．魯賓天文台（Vera C. Rubin Observatory）、史維基瞬變探測器（Zwicky Transient Facility）等大面積、高頻率的巡天觀測計畫影響尤其嚴重。當然，天文學家可以藉由各式各樣的演算法消除掉這些衛星通過的光跡，但是這不僅會增加資料處理的困難度，也可能降低觀測資料的品質。

另外，1979 年國際天文聯合會（IAU）定義，光害小於夜空自然亮度的 10% 處，才是適合建造專業天文台的地方。但在三月底發表於英國皇家天文學會月報的一篇專題討論中，研究人員估算了軌道上的衛星反射陽光而貢獻的背景亮度，發現竟然很可能已經超過了這個標準。衛星造成的光害嚴重性可見一斑。還有，作為通訊衛星，Starlink 會不斷發出強烈的無線電波，雖然已經刻意將通訊頻段與觀測頻段錯開，但是仍會對電波望遠鏡造成影響。相關報導可見這篇。

針對這些影響，一個常被提出的觀點是：既然 SpaceX 已經降低前往太空的門檻，為什麼不把望遠鏡都搬上太空，就沒這個問題了？但站在天文學家的立場，即使發射的成本降低，設計與建造一座太空望遠鏡仍是相當昂貴的。地面望遠鏡在建造技術的成熟度、維修升級的方便性等方面，還是有著太空望遠鏡無法企及的優勢。因此在可預見的未來，地面望遠鏡仍然會是天文學的重要支柱。

除了光害之外，將如此大量的衛星置於近地軌道之中，也讓近地軌道變得更加擁擠，衛星與太空垃圾之間的碰撞機率也隨之提升。2019 年 9 月，歐洲太空總署的埃俄羅斯氣象衛星為了閃避 Starlink-44 而調整軌道，就是一個著名的例子。其實，衛星為了閃躲太空垃圾和其他衛星而改變軌道是相當常見的事，但當軌道變得越來越擁擠，如何快速與正確的監控軌道上的物體、計算可能的危險碰撞，並即時與其它衛星公司協調讓衛星改變軌道等工作，就變得越來越困難且重要。

SpaceX 的努力：如何降低衛星的負面影響

值得慶幸的是，面對 Starlink 帶來的負面影響，SpaceX 並沒有兩手一攤、充耳不聞。從 2019 年開始，SpaceX 就與各領域合作設法降低衛星星座的影響。比如為了解決衛星的光害問題，SpaceX 曾嘗試把衛星塗黑、加裝遮陽板、改變衛星姿態等方式來降低衛星產生的光害。在埃俄羅斯衛星事件之後，SpaceX 也改進了他們的衛星控制系統，以更好的避開可能的撞擊。

享受便利與資源的同時，也要取得環境保護的平衡

無庸置疑的，Starlink 已經是史上規模最龐大的衛星系統。

而且無論你是否認同它的價值，可預見的未來 SpaceX 幾乎不可能放棄這項重要的生財工具。而且除了 SpaceX 之外，還有 OneWeb、LeoSat、Project Kuiper、鴻雁、虹雲等近十個計畫已被提出或正在建置，預計都會成為至少上百顆衛星的大型衛星星座。這些衛星網路擁有造福全世界人類的潛力，尤其是讓身處基礎設施不發達處的人們，享受到網際網路帶來的豐富資源；但另一方面，龐大的衛星也帶來嚴重的光害與太空垃圾問題，衝擊未來的太空發展與科學研究。如何在讓世界更加緊密的衛星網路，以及珍貴的夜空和軌道環境之間取得平衡，值得所有人持續關注、討論與理解。

註解

1. 衛星星座（Satellite Constellation）是由多個衛星組成且一起工作的系統。比如 GPS 導航衛星就是由 24 顆衛星所組成的衛星星座。
2. 基於各種政治問題，Starlink 的計畫部署總量仍有相當的變化空間。這邊採用相對保守的、已被核准多年的 12000 顆。

延伸閱讀

1. https://hchsastronomy.blogspot.com/2020/01/starlink.html
2. 【時事新聞】Starlink-1 升空一週年
3. Study finds nowhere on Earth is safe from satellite light pollution
4. SpaceX Starlink coverage map: When will it be available in my area?
5. Starlink And Its Impact On Astronomy
6. Starlink already threatens optical astronomy. Now, radio astronomers are worried
7. SpaceX’s Dark Satellites Are Still Too Bright for Astronomers
8. How to better manage space traffic: Aeolus/Starlink encounter shows emails and late-night phone calls no longer cut it

2019/6/25 10:00 編按：大家引頸期盼的福衛七號終於要升空啦！福七預計於美東時間 24 日至 25 日凌晨間（即台灣時間 25 日下午）發射升空，對於即將飛向宇宙浩瀚無垠的它，你了解多少呢？

發射直播頻道這邊請：

• SpaceX 官方頻道：STP-2 Mission
• 太空中心頻道
• 台視頻道

小知識一：福衛七號其實是一個星系

這次升空的福衛七號並不只是一顆衛星，事實上，它一共有六顆衛星，會在離開地球之後進行部屬，在太空形成一個星系，讓觀測可以同時覆蓋地球各個區域。如此一來，它們的合作便能提供我們即時而完整的三維觀測資料。

小知識二：其實福衛七號本來有更多衛星

你覺得六顆衛星聽起來已經很多了嗎？原本福衛七號計畫可是有雙倍的量呢。在最初的規劃中，共有 12 枚任務衛星，再加上 1 枚國家太空中心自主研製的衛星，分兩批發射，並以不同角度蒐集。

可惜的是，由於福七是由我國國家太空中心 (NSPO) 與美國國家海洋暨大氣總署 (NOAA) 共同執行的計畫，第二組衛星的經費未順利編入美方預算，最後在雙方決議下，決定不執行福衛七號第二組六枚衛星星系。

• 關於那些無緣的小夥伴們：

http://pansci.asia/archives/flash/128633

小知識三：福七坐的是目前地表最強火箭

我們做好了衛星後，要怎麼把它放上太空呢？正確答案就是：火箭！火箭就像是一台超級大的空中巴士，要靠它才能將各個衛星「旅客」給載進太空。

那麼，這次福七要坐哪一艘火箭進入太空呢？它的交通工具是大名鼎鼎的 Space X 公司所製造的獵鷹重型 (Falcon Heavy)。這個火箭是目前世界上擁有最大推力的運載火箭，同時，為了呼應現在日漸高升的環保意識、避免製造更多無用的太空垃圾，這個火箭被設計成可回收式，若能成功回收，便能大幅降低製造成本。

• 獵鷹重型 (Falcon Heavy) 火箭發射模擬動畫：

小知識四：這次有許多同伴跟福七一起升空

既然坐在這麼大的火箭上，咱們福七當然不會是孤單一人上太空囉。

這次會和福七一起升空的有宛如變形金剛的 Oculus-ASR 衛星、雙星計畫 Prox 1、實驗性質的海軍衛星 NPSAT-1、軌道試驗床 Orbital Test Bed 衛星、輕薄短小的廉價太空望遠鏡獵鷹 7 號、綠色燃料衛星計畫 GPIM，以及示範和科學實驗衛星 (Demonstration and Science Experiments, DSX) 等等。

• 每個小夥伴都有各自的任務，彼此之間也充滿差異，想知道更多它們的故事，往這裡走：

小知識五：福衛七號是要接棒福三

說了這麼多，到底為什麼我們要大費周章地送福七上太空呢？這是因為原本用來蒐集資料的福三已經有幾顆衛星連不上訊號了QQ 影響了資料的蒐集。

說到這福三啊，可是台灣的國民外交英雄呢！因為它利用了「掩星觀測技術」來蒐集溫度、壓力和水氣等等資訊，在它服役期間，有超過 80 個國家、3000 多個科學家及氣象單位使用了福三的資料庫，對於各地的氣象研究做出了重要的貢獻。

• 更多關於福三的奮鬥史：

小知識六：福七或許能讓颱風預報提早

福衛七號號稱「太空中精準溫度計 2.0」，最主要的任務便是為我們蒐集各種氣象資訊。國家太空中心推估福七可提升氣象預報準度 10%。這是什麼意思呢？這表示很多預測都將更準確、甚至更提前。像是三天後的颱風預報，便可以前推 7.2 小時，在颱風還未接近陸地前就能更早預測出它接近台灣所可能造成的影響狀況。

小知識七：正式發射前，要提早兩個月到美國準備

為了確保任務順利完成，福衛七號早早便抵達美國進行準備，期間不僅要測試衛星功能及推進系統，也需要在此時裝填燃料並且進行飛行軟體的設定。

此外，要確認它跟火箭是否能夠相合，則有「機械容積驗證」、「衛星質量特性量測」和「電磁相容測試」，更要通過重要的「衛星分離爆震測試」測試，以確認在福七離開火箭時，分離裝置能否成功引發火藥、使衛星順利脫離火箭分配轉接環。

• 想知道更多關於升空前的準備，歡迎參考：

• 本文改寫自各段落引述之文章