闲聊铱星

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  你听说过“铱星闪光”吗?夜空中,一个亮点缓缓飞行,看上去只是颗很普通的人造卫星,然而就在几秒钟的时间里,它迅速变亮,有时甚至变得比金星更加耀眼。而就在你惊叹它的炫美时,它又很快暗了下去。在那些由人造卫星造成的天象中,这大概是最精彩的一种了吧。在互联网上,你既可以找到这种天象的照片,也可以找到能预报这种天象的一些网站。但是,今天让我们先把话题的重点放在这种天象的“主角”身上,来聊一聊这些看起来非常“拉风”的铱星。
  既然我用的词是“这些”而非“这个”,你就可以知道“铱星”并不只有一颗,而是一个“人造卫星系统”,由多颗卫星组成星座协同工作,完成指定的任务。著名的“GPS”(美国)和“北斗”(中国)也都是卫星系统,它们的任务是给地面上的用户提供地理位置信息:而铱星系统的任务是提供电话、寻呼、电子邮件等方面的服务,也就是说,铱星是个通信卫星系统。也许你还听说过“国际海事卫星”和“全球星”,它们也是通信卫星系统,算是铱星系统的同类。这些系统共同环绕在地球四周,各有长处和短处,彼此还存在着竞争关系——这有点儿像麦当劳和肯德基,顾客爱吃哪个就买哪个,只不过人家卖的是快餐,不是通信。
  那么,这个在20世纪末开张的“铱星”系统到底有什么长处呢?第一,它能“完全”覆盖全球。有些通信系统虽然覆盖了世界上每一个国家,但在南极、北极这样的地方有“盲区”,无法呼叫,所以还谈不上完全覆盖。而铱星系统能实现完全覆盖,依靠的就是它那特殊的运行方式:66颗铱星由6个“小分队”组成,每队的11颗星沿着同样的轨道绕地球飞行,各星之间的距离基本相等。所以,铱星一共有6条正式轨道。这6条轨道相对于地球赤道的倾斜角都接近90。,也就是都会经过南极、北极地区上空,相邻的轨道间夹角都是30。这样,各颗铱星的信号能覆盖的地理范围就会均匀地铺满地球表面的每个地方,甚至还有所交叠。因此,地面上的任何地方,任一时刻都能在天空中找到至少一颗铱星。虽然它会很快飞走,但走掉之前一定会有其他铱星来“接班”,消除了盲区。可能你会问:不是说一颗地球同步轨道卫星至少能“照顾”地表的三分之一吗?为什么铱星需要这么多颗?这里有成本和技术的考虑:同步轨道高达36000千米,而铱星的轨道高度不足800千米,离地近,发射成本低,通信所需的功率也低,也更有利于通信质量。
  铱星的第二个长处是“星间通信技术”。其他的通信卫星系统多采用一种叫做“弯管”的设计理念:通过大量的地面中继站,与卫星配合来传输信息。而铱星系统中,由于彼此邻近的铱星有着交叉的通信范围,所以铱星们可以“接力”把用户的呼叫请求送到目的地上空,基本不需要什么地面设施。事实上,每颗铱星都装有7至8个处理器(每个处理器相当于一台电脑),其中4个专门负责跟相邻的4个“战友”用微波交换数据:同轨道上,前后各1颗:相邻轨道上,左右各1颗。或许你会担心:如果有一颗铱星出了毛病,这个链路不就得“绕行”了吗?对此,铱星系统早有准备:至少6颗备用的铱星会在一个更低的轨道上“待命”,只要花几天的时间去“变轨”,这些“替补队员”就能“登场”。
  随着时间的推移,陆续有一些铱星出现了问题(其中有一颗甚至在辽阔的太空中跟俄罗斯的一颗废弃卫星“撞车”了),不能继续服役。所以,除了原有的备用星,运营公司还陆续发射了一批新的备用星。目前,发射过的铱星累计已达95颗(编号从4号到98号)。说到这里就要讲讲“铱星”这个名字了:它的最初构想中,包括77颗工作卫星,而铱原子正好有77颗电子,故此命名。后来经过优化,发现“主力队员”只要66个就够了。而出于正常的更替需求,铱星的总数又远超过77 颗。顺便提一下,发射这些铱星用过的运载火箭也是五花八门:既有美国麦道公司的“德尔塔Ⅱ”,也有俄国克鲁尼契夫公司的“质子-K”,还有我国的“长征二号丙”,看来运载火箭市场的竞争也挺激烈的呀!
  可惜的是,铱星系统作为一个产品,在市场上并不成功。它的一个缺陷就是潜在的用户太少:有多少人会整天跑到世界的偏僻角落去打电话呢?而且铱星手机的收费也太贵了:如果你拨了这些以“8816”或“8817”开头的号码,每分钟就要收费十几元!何况铱星手机在房间里或汽车里是收不到信号的,还要专门配个天线,十分麻烦。此外,它的缺陷还有传输较慢、容易掉线等,当初运营它的摩托罗拉公司在开展商业运作时也发生过失误,让它错过了占领市场的黄金时机。总之,“铱星”这个理想主义色彩十足,却难逃各种小瑕疵的事业,苦撑十年后终告破产。好在后来美国军方接手,2009年通过开发新的软件,挖掘铱星系统的潜力,把它变成无线电战术通信系统,不但能让身处绝境的战士进行网络群聊,还可被单独用于指挥与控制、直升机救援、火力支持或其他作战需要。目前看来,这些可爱的、会闪光的小铱星,至少将有一部分能坚持到2020年。所以,想要欣赏“铱星闪光”的同学们,抓紧时间吧!
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