SpaceX申请书透露前所未见的星舰细节

SpaceX最近向FCC提交一份申请，旨在为未来星舰系列任务获取通信授权，包括商业发射、星链部署、阿尔忒弥斯相关任务。这份文件首次披露了星舰诸多技术细节，有些信息前所未闻。

美东时间12月18日，SpaceX向美国联邦通信委员会（FCC）提交一份通信许可申请书▲（包括无线频谱分配、轨道操作许可等），用于未来的一系列星舰（Starship）任务，以确保这些任务符合通信法规和国际协调要求。

美东时间12月27日，FCC文件管理系统显示已收到该申请，并进入待处理状态。在航天领域，FCC负责为太空任务分配和授权通信频谱，确保地面站、航天器和其他设备间的无线通信不发生干扰。

SpaceX提交这份申请，希望获得单独的FCC通信许可，用于未来星舰系列任务，包括商业发射、星链（Starlink）部署、阿尔忒弥斯（Artemis）相关任务。三体引力波将重点内容和新鲜信息梳理、解读如下▼

▲文件显示SpaceX为星舰任务规划三类轨道：低地球轨道、椭圆地球轨道、月球相关轨道——

○低地球轨道（LEO）：从181公里到381公里高度的圆形轨道，包含所有倾角。这是部署星链轨道、载人登月器低轨加油轨道。

也就是说，这类轨道高度范围在181公里到381公里之间，星舰进入难度低，能够实现较低的燃料消耗进入轨道，同时具备较高的运行效率。还有覆盖范围广的优势，可以支持卫星部署、轨道补给、科学研究以及航天器调试等任务。再有，作为深空任务（如载人登月）的前期集结和轨道加油的初始位置，这种轨道设计可以大幅降低单次发射的运载需求，通过多次补给实现星舰的深空任务。

星舰LEO轨道设计包含所有倾角，即覆盖从赤道轨道（0°倾角）到极地轨道（90°倾角），能够满足不同任务需求。低倾角轨道适合覆盖赤道地区（如部署星链卫星）；高倾角轨道、极地轨道适合全球覆盖和科学探测任务。

○椭圆地球轨道（Elliptical Earth Orbit）：近地点181～381公里，远地点10,534～150,534公里，倾角28～33度。通过这种轨道，星舰可以利用近地点的燃料效率和远地点的高速度优势，完成从地球引力深井脱离的任务。

换句话说，星舰椭圆轨道的近地点是在181～381公里，这是轨道中最靠近地球的点，与低地球轨道（LEO）重叠。从近地点出发，星舰可以进行轨道调整，燃料消耗较低。星舰椭圆轨道的远地点介于10,534～150,534公里区间，这是该轨道距离地球的远点，远高于中地球轨道（MEO，2,000～35,786公里）。这样的高远地点为星舰提供了更大的速度和动能，以便执行更高轨道（GTO、MEO）任务、深空任务（月球任务、火星任务）。GTO（地球同步转移轨道）属于近地点低、远地点高的椭圆轨道，是将通信卫星或导航卫星送入最终工作轨道（如GEO或MEO）的中间步骤。MEO（中地球轨道）用于导航卫星（如GPS）等需要进入中圆轨道的任务。

椭圆地球轨道（EEO）也是星舰登月器在载人登月任务中进行第二次燃料加注的最终加注轨道（FTO）。第一次燃料加注在LEO进行（181～381公里的圆形轨道）。第二次燃料加注在椭圆轨道完成，即近地点低、远地点高的轨道，以便载人登月器提升至更高的月球转移轨道（TLI）。设计最终加注轨道（FTO），不仅减少了任务的整体燃料消耗（Δv）需求，而且提升了推进剂利用效率，通过FTO提供星舰登月器充足的燃料以支持月球着陆和返回。

椭圆地球轨道（EEO）的设计充分体现了燃料效率和深空任务的需求平衡。作为SpaceX星舰的最终加注轨道（FTO），这一轨道不仅优化了登月任务的推进剂利用效率，还为复杂的月球任务提供了一条低成本、高效率的技术路径。

○月球相关轨道：包括月球转移轨道（TLI）、月球轨道（NRHO和LLO）、月球表面操作，这些用于阿尔忒弥斯任务。

近直线晕轨道（NRHO）是一种高度椭圆的月球轨道，航天器沿近直线轨道围绕月球运行，这种轨道设计旨在利用地球和月球的引力，实现稳定的轨道保持，同时能耗较低。因此阿尔忒弥斯任务选择NRHO作为深空门/月球空间站的运行轨道。NRHO近月点高度约3,000公里（远离月球表面）；远月点高度约70,000公里（接近月球和地球的引力平衡点）；轨道周期约6.5天；倾角接近 90°，适合覆盖极地地带。

近月轨道（LLO）类似于地球的近地轨道（LEO），更贴近月球表面，适合登陆和月球科学探测任务，用于支持月球着陆任务、探测任务和样本返回任务。阿尔忒弥斯任务中的星舰登月器采用LLO作为登月轨道，从LLO进入月球表面所需的燃料少，效率高。

●星舰通信频段

○UHF和5.8 GHz频段：通信范围2公里，用于星舰登月器（HLS）与舱外宇航服在月球表面的通信。UHF（超高频）指的是频率范围在 300 MHz 至3 GHz的无线电波段，波长较短，因此天线可以设计得更小，便携性强，适合应用在登月器和宇航服等小型设备中。且在开放环境（月球表面）下，UHF信号传播相对稳定。5.8 GHz频段本质上是WiFi技术的一部分，具备高带宽和短距离高速传输的优势，适合局部高数据需求，如宇航员实时视频。理论上，WiFi信号功率没有上限，但设备备功率受FCC和人体健康限制，尤其是在月球这种缺乏大气保护的环境下。FCC对地面通信设备的发射功率有严格限制，尤其是WiFi信号，为了保护人体免受高功率微波辐射的影响。

○S频段：（2–4 GHz）用于大部分通信，包括星舰与地球、星舰与燃料库/其他星舰、星舰与猎户座/网关的通信。在FTO轨道，星舰登月器和燃料仓星舰通过S频段与NASA的TDRSS卫星通信，确保地面控制中心实时掌握轨道操作和加注状态。S频段作为星舰的主要通信频段，高可靠性和通用性使其成为深空任务中不可替代的一环。

○Ku频段：（12–18 GHz）用于星舰和星链星座之间的通信，但只能在300公里以下高度使用。Ku频段适合高带宽数据传输，支持任务数据（如高清视频）通过星链网络快速回传至地球。星舰利用星链作为临时宽带网络节点，尤其是在近地轨道时可实现高效的数据回传。

○Ka频段：（26–40 GHz）适用于高带宽、高数据率的通信场景，在月球任务中，星舰登月器通过Ka频段直接与地球通信，无需依赖中继系统，由此实现高带宽传输，支持任务日志、高清视频和其他大量数据的回传。

概括起来，S频段是星舰的主力通信频段，支持大多数关键任务，包括与地球、载人星舰、燃料仓星舰和NASA系统的通信，可靠性高，覆盖范围广。Ku频段用于星舰与星链网络的宽带通信，适合低轨任务，但受限于300公里以下高度。Ka频段支持登月器与地球的高带宽直接通信，适合深空任务中大量数据的高效回传。这三种频段相辅相成，共同保障星舰任务的通信需求，从低轨操作到深空探测，由此构成完整的通信网络体系。

●星舰登月器配置细节

载人登月版星舰又称星舰登月器（HLS），申请文件显示出配置的通信技术细节，比如天线配置、月球着陆雷达。

○天线配置：HLS配备4个双频天线，支持S频段与Ka频段通信。每个天线位于一个象限（即分布在四个方向），为任务提供全向通信覆盖。采用双频设计，S频段用于可靠的中低带宽通信，例如遥测、控制和状态数据传输。Ka频段用于支持高带宽通信，适合任务数据回传和高清视频传输。万向抛物面天线具备指向调节能力，能够动态调整天线方向以保持与目标（如地球或中继卫星）的稳定通信，高灵活性还能提高任务通信的可靠性和覆盖范围。

星舰登月器的天线配置确保在多种任务场景中的通信稳定性，包括与地球、中继卫星、近月目标的通信。通过4个双频天线实现全方位的高效通信，以应对深空任务中复杂的通信需求。动态调整能力可保障通信的稳定性。双频特性可同时优化低带宽关键数据、高带宽任务数据的传输。

○月球着陆雷达：星舰登月器配备了两部着陆雷达，工作频段为35.5–36 GHz（毫米波雷达）。该频段适合高分辨率地形探测与精确距离测量。距离月球表面4公里启动，雷达运行约5分钟，直到完成着陆。着陆过程中，实时探测月球表面的地形特征。提供高精度的高度和速度测量，辅助着陆器的自动着陆系统实现平稳、安全着陆。2021年10月，该雷达系统通过WT9XBJ呼号申请临时许可，在飞机上进行了测试验证，测试目的是模拟雷达在移动环境下的性能表现，确保在真实月球环境中能够使用。

星舰登月器的毫米波雷达为精确着陆提供了必要支持，通过高分辨率地形探测与实时高度测量，确保任务安全与成功。

综合这些天线与雷达系统的设计，星舰登月器具备了强大的通信和导航能力，为月球任务的成功提供重要技术保障。这些系统共同构成了星舰登月器在深空环境中的「感知与连接」核心。

●第三代星舰架构

这里所指的第三代星舰即成熟版星舰系统。目前已完成第一代星舰测试（2023～2024），即将进入第二代星舰测试（2025～2026），预计2027～2028年进入第三代星舰阶段。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

○月球任务架构：载人星舰（Crew Starship）和燃料仓星舰（Tanker Starship）在LEO加注后，共同前往低月球轨道（LLO）。载人星舰完成登月任务后返回LLO，与燃料仓星舰对接并进行燃料加注，然后返回地球。

○轨道加注次数：SpaceX早期估算（按照马斯克说法），仅需4次加注即可完成月球任务。NASA最新估算可能至少需要15次。还有估算需要20次发射才能满足燃料需求。之所以加注次数差别如此大，争议点主要在于：载人登月器干质量、燃料挥发损失、有效载荷运力。目前多数分析师认同的数值：载人登月器干质量150吨；燃料挥发损失30吨；有效载荷运力175吨；每次月球任务需发射12次星舰至LEO。

○载人登月任务成本：2028年每次月球任务12次发射费用预计为24亿美元（按照马斯克定价目标，每次发射星舰至LEO费用为2000万美元），且星舰系统完全可重复使用，整个任务架构更具成本效益，也更符合长期的商业化登月目标。

相比之下，NASA阿尔忒弥斯任务现行方案费用昂贵，使用SLS火箭和Orion飞船系统，每次任务成本至少41亿美元。而且无法直接将宇航员送至月表，需要借助载人登月器才能实现载人登月。

○当前主要技术瓶颈：①轨道加注：微重力环境下推进剂的精确转移技术尚未完全验证；②热防护系统：特别是在高温再入时的耐久性问题；③地外任务能力：星舰登月器在月球表面的精确降落与可持续资源利用（ISRU）。

当SpaceX突破这些技术瓶颈，意味着成熟版星舰即第三代星舰有能力、有资格担纲载人登月任务，甚至全面取代阿尔忒弥斯现行方案。