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3%Starlink卫星成太空垃圾,马斯克4.2万颗“太空互联网”计划遭质疑,或将引发太空碎片危机?

作者:贝爽
2020/10/19 17:55

马斯克的星链(Starlink)计划还在继续。

就在上周,SpaceX刚刚完成了新一批星链卫星发射任务。截止目前,星链卫星在太空轨道中的总数已接近800颗。马斯克在Twitter激动地发文称,

一旦这些卫星到达目标位置,我们将能够在美国北部和加拿大南部进行公开测试。

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但就在星链计划积极推进的同时,也有专家对此发出了警告,称星链卫星正在为太空碎片制造隐患。

据外媒报道,天文学家乔纳森·麦克道威尔(Jonathan McDowell)在近日接受采访时表示,

目前大约有3%的Starlink卫星似乎已经失效,因为这些卫星已经不再在轨道上正常运行。

3%的失效概率听起来不算高,但马斯克计划在十年内向太空发射42000颗卫星,这样算来,将会有1260颗失效卫星成为太空垃圾。

更重要的是,这些无法控制的太空垃圾可能会与其他卫星或航天器相撞,产生危险的空间碎片。

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据了解,两个失效卫星相撞即可爆炸成数十万个碎片,那么,1260颗失效卫星对太空安全无疑又是一次沉重的负担。如McDowell所说,在如此庞大的星座中,即时属于正常范畴的失效率也将对太空安全产生足够的威胁。

那么既然如此,马斯克为何要开展星链计划,星链卫星是什么?

什么是“星链计划”

马斯克在2015年1月正式宣布启动卫星互联网服务计划,即星链计划(Starlink)。

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该计划旨在环绕地球的太空轨道构建一个巨大的卫星星座,为地球提供低价且高速的无线网络服务。

换句话说,所谓星链就是一颗颗通讯卫星的集合。 2019年5月,Space X正式发射了第一批60颗卫星,迄今为止,已经在太空轨道部署了近800颗,完成了其目标的2%。

通信卫星指的是地球上的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。它创建了地面上发射站与接收站之间的信息信道,从而传递和放大通信信号。

相对于传统通信方式,卫星通信将因为离地球很高,覆盖面积广,将提供更快,更低价的网络服务。Space X表示,星链卫星将带来25毫秒的低延时,面向全球任何角落提供1Gbps 带宽的网络服务。

这对于海岛、沙漠、农村等偏远地区尤为重要,因为光纤网络提供商通常无法在这些地方建设现代化的基础设施。如此说来,马斯克的星链计划非常值得期待,它将在现实场景中极大的改善人们的生活方式。

不过,虽然近地轨道卫星为宽带网络普及带来的巨大潜力,但庞大的卫星数量也会造成太空安全隐患。

马斯克的目标是组建全球最大的 WiFi 网络,让无线网络服务覆盖全球各个角落。因此, 按照他的设想,Space X将向太空发射42000颗卫星,环绕地球的各个中低轨道,形成一个巨大的卫星星座。

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60颗星链卫星搭猎鹰 9 号运载火箭发射升空

如果目标达成,这一数量超过人类有史以来发射过的所有航天器。重要的是,这些航天器中,并不是100%都能够正常运行,出现故障的卫星将会失去控制,沦为太空垃圾。

3%失效卫星,可能引发太空碎片危机

随着马斯克星链计划的加速推进,越来越多的卫星为发射升空,也引起了很多天文学家的关注。近日,天文学家乔纳森·麦克道威尔(Jonathan McDowell)利用从SpaceX公司和美国政府收集来的数据,分析了星链卫星的运行状态。

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结果显示,在已发射的近800颗卫星中,有3%的卫星已经停止运行并脱离了正常的运行轨道。这一数据再次引起了天文学家的担忧。

美国政府已批准SpaceX发射42000颗卫星计划,如果按照3%的失效率,届时将有1260颗星链卫星失去操控,而这些漫无目的漂浮在太空中卫星将极大地增加撞击风险。

面对质疑,SpaceX公司给出的解释是,如果推进系统不正常工作,卫星将会自然脱离轨道,并在地球大气层中燃烧,但据了解,这一过程可能需要长达五年的时间。

不过,SpaceX依然在极力地淡化这种风险。

他在提交给联邦通信委员会(Federal Communications Commission)的文件中,称星链卫星的脱轨率最高不足1%,而且,如果确有1%的卫星发生了故障,没有了运行能力,那么,这些报废的卫星与其他航天器撞击每十年才有1%概率。

更重要的是,星链卫星装备了先进的自动防碰撞系统,能够监测轨道前方的太空碎片并自动躲避撞击。

但这一说法并不能具有说服力。就在去年9月,星链卫星险些与其他航天器发生撞击,而其自动防撞系统并未发挥作用。

据了解,差点与其相撞的是欧洲航天局(European Space Agency)的地球观测卫星“风神”(Aeolus)。在两颗卫星相距仅差半个轨道时,欧洲航天局启动了Aeolus推进器,提升卫星轨道高度,才避免了这一潜在撞击事件的发生。

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当时,Aeolus卫星与44号星链卫星恰好位于同一高度。起初,欧洲航天局通过数据分析发现,两个卫星可能存在撞击风险,但风险仅为五万分之一,还未达到采取紧急避撞机动的阈值。但仅过了两天,两颗卫星相撞的风险便达到了千分之一,远远超过了标准中的临界值。

但在紧急情况下,星链卫星并能成功启自动防撞机制。对此,欧洲航天局空间碎片办公室负责人霍尔格·克拉格(Holger Krag)给出的解释是,这可能与星链卫星上的电力推进系统有关,该系统可能没有风神卫星上的化学推进系统反应那么快。截止目前,SpaceX也未对此事件作出正面回应。

重要的是,卫星相撞还将产生大量的太空碎片,为航天任务带了不可估量的威胁。

McDowell表示,一颗卫星重约550磅,如果它们确实发生了碰撞,那将相当于引爆14公吨TNT,并使碎片高速飞溅。这些碎片的移动速度大约是子弹的10倍,那么,无论碎片多小,都足以对重要设备造成灾难性的毁坏。甚至于杀死飞船上的宇航员。

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截止目前,地球附近太空已有近1.3亿块碎片垃圾,均来自废弃的卫星,破裂的航天器以及其他航天任务。有专家称,大量碎片可能已经接近于凯斯勒事件。

“凯斯勒现象”正在逼近

近地轨道上的卫星碎片多到了一定程度后,就会经常击中附近的卫星,产生更多碎片,而碎片的增多又增加了撞击的可能性,由此形成一种恶性循环。

这一观点,是由NASA约翰逊航天中心的唐纳德·凯斯勒(Donald J. Kessler)在1978年的论文里提出的,因此,被称为“凯斯勒现象”。

Kessler认为,如果不及时制止这种恶性循环,大量碎片可能会让人类在长达几十年里无法向太空发射任何新的无人或者载人航天器。

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近几年,随着卫星发射任务的逐渐增多,太空碎片问题也日益严峻。据了解,除了SpaceX公司外,美国电子商务公司亚马逊、英国通信公司OneWeb等公司均有互联网卫星发射计划。

其中,亚马逊发起Kuiper项目,计划发射3236颗;OneWeb已发射74颗,但其目标是打造一个48000颗的卫星星座。据了解,最近一家因破产而被英国政府收购的公司也要力争发射2000颗卫星。

尚不清楚这些星座可能会在轨道上留下多少颗失效卫星。但根据欧洲航天局的最新数据统计,截至今年2月,地球轨道上大约有3200颗未正常运行的卫星,这些报废的航天器中,有许多经常会与其他航天器相撞,造成更多空间碎片。

另外,越来越多的航天任务中也制造了大量的碎片。而太空碎片的增多,在一定程度又进一步加剧了与报废卫星相撞的几率。

例如,2007年中国炸毁了自己的气象卫星,对反卫星导弹进行测试;2009年,一架美国飞船和一架俄罗斯飞船意外相撞,仅这两个事件就使低地球轨道上的大碎片数量增加了约70%,另外,2019年印度的反卫星导弹测试,也制造出6500片橡皮擦大小的碎片。

而就星链计划来说,当前仅完成2%的发射任务,未来还将发射4.1万颗,从目前太空环境来说,这些卫星显然会极具增加与其他航天器或碎片撞击的风险,而这种风险也将带来了更大的处理难度。

如欧洲航天局此前曾推特上写道:

随着卫星的增多,尤其是“星链”计划的实施,如今手动的避让措施将不足以确保卫星的飞行安全。

引用链接:

https://www.businessinsider.com/spacex-starlink-internet-satellites-percent-failure-rate-space-debris-risk-2020-10

https://www.businessinsider.com/spacex-didnt-move-starlink-satellite-after-crash-warning-due-to-bug-2019-9

https://mp.weixin.qq.com/s/yXz4W3x3HnW-jvOTcey1MA

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