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为应对美国两颗星链卫星的接近,今年以来,我国空间站实施了两次“紧急避碰”,引发舆论热议。

星链(Starlink)是马斯克太空探索技术公司(SpaceX)旗下的“全球卫星宽带”项目,该项目计划通过发射1.2万颗星链通讯卫星组成“低轨巨型星座”,为包括偏远地区在内的全球“任何地方”提供卫星宽带。但由于地球外层空间有限,数目繁多的星链卫星也更易增加碰撞事件发生的概率,形成更多的太空碎片,危害宇航员的生命安全。

“目前,卫星和空间站都拥有规避措施,在轨道设计上可以基本保证不‘撞车’。但是,规避本身要消耗燃料,对资源是一种浪费。此外,现在轨道资源在分配上,依然是‘先到先得’,面对轨道空间不断增加的卫星数量,我国应该加快发展低轨卫星互联网星座,积极争取外空利用合法权益。”卫星行业从业者李工(化名)告诉贝壳财经记者。

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7月、10月两次紧急避碰 星链为何进行变轨操作?

12月初,中国常驻联合国(维也纳)代表团向联合国秘书长提交的普通照会揭开了为应对接近的星链卫星,发生在今年7月1日和10月21日我国空间站的两次预防性碰撞规避控制(紧急避碰)。

照会内容显示,中国空间站组合体稳定运行在距地球高度390千米附近的近圆轨道上。

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第一次紧急避碰,星链-1095卫星自2020年4月19日起稳定运行在平均高度约555千米的轨道上。2021年5月16日至6月24日,该卫星持续降轨机动至平均轨道高度382千米后,保持在该轨道高度运行。7月1日,该卫星与中国空间站间出现近距离接近事件。出于安全考虑,中国空间站于7月1日晚主动采取紧急避碰,规避了两目标碰撞风险。

第二次紧急避碰,2021年10月21日,星链-2305卫星与中国空间站发生近距离接近事件。鉴于该卫星处于连续轨道机动状态,机动策略未知且无法评估轨道误差,存在与空间站碰撞风险。为确保在轨航天员安全,中国空间站于当日再次实施紧急避碰,规避了两目标碰撞风险。

“载人飞行物的轨道高度一般在300千米到500千米之间,这是因为轨道太高会失去地球固有磁力线对危险宇宙射线的屏蔽,而太低又会遭遇大气层减速,例如载有杨利伟的神舟五号变轨后进入了343千米的轨道,而我国空间站则在390千米轨道运行。”李工告诉贝壳财经记者,“相比之下,星链的大部分卫星都处在550千米以上的轨道高度,少数处在380千米左右的轨道上。”

据了解,对于星链卫星,主动进行升轨的操作更为常规,这是因为火箭发射升空后,星箭分离的轨道高度较低,所以需要卫星自主升轨。如根据火箭专家邢强博士在其个人公众号“小火箭”中提供的资料,2020年4月22日发射的星链v1-6批,抵达380千米轨道后,又择机升轨至550千米。

不过,星链-1095卫星的降轨并非星链卫星的首次降轨,“小火箭”提供的数据显示,2020年8月发射的星链v1-9批卫星中就有一组从390千米降轨至380千米的操作,这也是星链卫星首次尝试大规模成组主动降轨。

但对于星链-1095卫星为何降轨,以及星链-2305卫星为何要进行连续轨道机动,截至贝壳财经记者发稿,SpaceX官方尚未公开回应。

对此,外交部发言人赵立坚在12月28日表示,1967年《外空条约》是公认的当前外空领域国际法,即是该条约规定,航天员是全人类派往外层空间的使节,各国应尊重保护航天员安全,并将在外空发现的对航天员生命或健康构成危险的现象通知联合国秘书长或其他缔约国。各国还应为其国内私人公司的一切外空活动承担责任,为履行条约义务,维护航天员生命安全。

“美方应该尊重以国际法为基础的外空国际体系,立即采取措施,防止此类事件再次发生,采取负责任的态度,维护在轨航天员的生命安全和空间设施的安全稳定运行。”赵立坚表示。

巨型星座带来的问题:太空碎片与光污染

目前,SpaceX已经发射了将近1900颗星链卫星。根据马斯克最初对该项目的设想,星链最终将由1.2万颗卫星组成。

事实上,在SpaceX猎鹰火箭能够“一箭多星”并“重复利用”的技术突破下,发射小型卫星的成本已经逐渐降低,一次发射能搭载多颗卫星上天,作为“巨型星座”的组件。如星链最近的一次发射是太平洋标准时间12月18日凌晨4点41分,猎鹰9号从加利福尼亚州范登堡太空部队基地的4号太空发射场向近地轨道发射了52颗星链卫星。

2020年,SapceX向国际电信联盟提交了3万颗低轨道运行的小型卫星计划。这意味着星链项目未来有可能会形成近4.2万颗卫星的超级巨型星座。

但卫星数量的增加也引发了许多争议。除此次中国空间站为躲避星链卫星实施紧急避碰外,2019年9月,欧空局价值4.81亿欧元的地球科学卫星“风神”为了躲开首批“星链”卫星同样实施了紧急避碰。

根据外媒报道,欧空局的工程师表示“根本联系不上太空探索公司,只好自行手动变轨”,最终直到潜在的撞击到来前半个轨道(的距离),欧空局才将他们的卫星移出危险区域。SapceX对此回应称,当时出现了“网络故障”,而讽刺的是,“星链”卫星本身提供的就是宽带上网服务。

今年4月,一颗星链卫星与一颗英国One Web太空探索公司的通讯卫星“擦肩而过”,二者最近时仅相距57.9米。对此,One Web太空探索公司指责SpaceX关闭了星链卫星上的人工智能自动防撞系统。贝壳财经记者发现,目前已有不少分析人士和运营商批评SpaceX的自动防撞系统“相当封闭”,相关数据并不透明。

密切关注星链的天文学家乔纳森·麦克道尔(Jonathan McDowell)此前表示,根据他从美国政府及SpaceX处收集的卫星运动数据,除了SpaceX主动淘汰的测试卫星,大约3%的星链卫星已不能在轨道上操纵,可能已经发生故障并失去控制。

“3%的故障率本来不算高,然而星链需要发射大量的卫星,如果完成计划中的4.2万颗,则意味着将有1260颗卫星失控,这些失去动力的卫星可能长期在轨道上漂移,需要长达5年的时间才会坠毁,其间可能会发生和其它航天器相撞的事件。卫星越多,相撞的几率越大,这有可能在低轨道形成大量的太空碎片,对其它航天器甚至宇航员构成巨大威胁。”乔纳森公开表示。

李工对贝壳财经记者表示,太空碎片的增多可能会引发“凯斯勒现象”假说,“根据该假说,如果近地轨道运行的物体达到一定密度,这些物体碰撞产生的碎片就会造成更多的撞击,从而形成级联效应,导致近地轨道完全被太空垃圾覆盖,无法再向外太空发射任何航天器,这将导致地球被彻底锁死数百年。”

为了防范太空碎片带来的风险,美国航天局NASA取消了11月下旬的预定太空行走。对此,马斯克在推特上表示,“我们不得不改变一些星链卫星轨道,以减少碰撞的可能性,这不是很好,但也并不可怕。”

值得注意的是,对于发射卫星有可能造成的太空碎片问题,我国已经制定了相关规定。

2021年5月7日,国防科工局发布《关于促进微小卫星有序发展和加强安全管理的通知》,其中第七、八条明确规定微小卫星应具备一定避碰轨控能力,应具备必要能力以利于实施离轨。“以前没有这么严,一般25年内自然离轨即可,但现在对太空碎片的管理非常严格,每个卫星都要有主动离轨措施,这会带来成本的增加,比如微纳卫星的离轨帆一般要十几万至二十几万左右。”李工对记者表示。

另一方面,除可能造成太空碎片外,天文学家也对星链的频繁发射表示不满。根据外媒报道,大批量的星链卫星穿过天文望远镜的视野,损害了其收集宇宙数据的能力,如美国在智利资助的维拉·克鲁宾天文台每天都必须处理在其图像上划过的大量星链卫星。“在近地轨道发射商业卫星的私营公司应该受到管制。”英国皇家天文学会副会长罗伯特·梅西表示。

贝壳财经记者登录星链官方网站发现,对于上述指控,星链方面表示会“降低卫星亮度,最大限度地减少对天文学的影响,并保护自然夜空供所有人欣赏。”

星链盈利模式:面向偏远地区 情怀能否覆盖成本?

2015年1月,马斯克宣布SpaceX计划将约1.2万颗星链卫星发射到轨道,在全球范围内提供低成本的互联网连接服务,即“星链”计划。

星链官方网站显示,其在全球范围内提供高速,低延迟的宽带互联网。在每个覆盖区域内,订单按先到先得的原则履行,“星链在低轨道上使用先进的卫星,可实现视频通话,在线游戏,流媒体和其他高数据速率活动,这些都是卫星互联网历来无法实现的。下载速度将在100 Mb/s至200 Mb/s之间,延迟低至20ms,非常适合农村和偏远社区。”

对此,有熟悉通信行业的人士对贝壳财经记者表示,与中国走在国际前列的5G技术和强大的基建能力不同,美国地广人稀,铺设光缆的成本过高,许多富豪居住在偏远地区,卫星电话更为发达,这也是星链项目营收的基础。“实际上,早在上世纪90年代,摩托罗拉就提出了类似的‘铱星计划’,只不过那时火箭发射成本过高,地面通信又发展迅猛,最终铱星计划以失败告终,但随着卫星上天的成本不断降低,星链有可能实现摩托罗拉未达成的目标。不过,目前星链的收入还远没有达到覆盖其成本的阶段。”

据贝壳财经记者不完全统计,目前星链并非是唯一发展中的卫星互联网企业,与马斯克竞争的公司还包括贝索斯旗下的柯伊伯系统公司、英国的One Web太空探索公司、维亚萨特公司等。

据了解,星链一直没有公布其市场计划,但公司高层多次对目标用户和服务定价发表过看法。2019年5月,马斯克表示,“星链计划不会取代传统的地面电信网络”,“将与电信公司达成良好合作,因为它覆盖到了人口稀少的地区”,“星链计划的目标市场为大型电信公司服务未能覆盖的地区,如人口密度低的农村和海事、航空市场。这些用户占总人口的 3% 左右。”2019 年 10 月,公司另一高层领导表示,“星链的月费将定在 80 美元以下”。马斯克在 Satellite 2020 大会上表示“星链”未来的收入要达到 300 亿美元。

中国长城工业集团有限公司的吴超、谢伟在期刊《国际太空》中表示,按照SpaceX公司的估算,偏远地区的宽带接入市场用户约占总人口的3%。但这一市场并不乐观:目前还未接入宽带的市场往往是最不发达地区。星链80 美元/月的定价和消费能力不符,必须继续降低价格;城市化是全球大趋势,随着经济的发展,农村边远地区的人口减少不可避免;即便是偏远地区,其人口分布也是不均匀的,已有的GEO卫星或HTS卫星的成熟产品可按照人口密度选择覆盖,更具成本优势。

12月29日,贝壳财经记者浏览星链官网发现,根据所在地区的不同,星链宽带的收费也不同,在不少地区,星链尚未提供服务。如记者填写地址为美国奥克兰后发现,星链表示“预计将在2022年底至2023年初在该地区扩展服务,费用为每月99美元,硬件费用499美元。”

吴超、谢伟认为,星链计划的商业模式和盈利模式不清晰。“目前为止,SpaceX公司一直无法给出清晰的商业模式来覆盖上百亿美元的成本支出,而支撑星链计划建设的是融资及 SpaceX公司的其他业务收入。不可否认,星链拥有先进的技术、高效的执行力以及鼓舞人心的情怀与梦想,然而拥有这些并不一定获得商业上的成功。”

新京报贝壳财经记者 罗亦丹 编辑 岳彩周 校对 柳宝庆

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