如何规范大规模星座的部署和运行,真正实现太空交通管理,是未来空间活动的一个难题。
徐鸣
近期中国空间站两次紧急规避“星链”卫星,尽管有惊无险,但在互联网上却史无前例地掀起了对于“太空交通规则”的激烈讨论。
目前在太空中运行的人造卫星仅有约5000颗,但航天器接近事件已层出不穷。而各国正在加速巨型星座建设,已规划或正在建设的商业卫星星座多达251个,仅美国太空探索技术公司(SpaceX)一家就申请发射42000颗卫星。未来随着卫星发射数量激增,太空交通安全问题将进一步凸显,这就好比路上的车多了,交通事故就会增多。
此外,日益拥挤的太空还存在不遵守“太空交通规则”的卫星、功能失效被弃置的卫星,再加上不计其数、不知其终的空间碎片,使太空“交通事故”防不胜防。
早在2009年2月,就发生过卫星相撞事件。当时,美国铱星通信公司33号卫星与俄罗斯Cosmos 2251卫星在西伯利亚上空相撞,产生诸多碎片,俄方称“这一碎片云可能存在一万年”。
2021年年底,一块卫星残骸碎片与韩国阿里郎3号卫星的距离一度最近只有62米,两者的相对速度高达14.7公里/秒,相当于地面平均车速的800多倍。最终,卫星紧急升高轨道才躲过一劫。
今天,在轨编目在册的10cm以上空间物体已超过2万个,受观测手段限制尚不能跟踪到的更小的碎片预计过亿。为了解决空间碎片问题,联合国《外层空间条约》规定,一个国家应该对自己发射的航天器负有国际责任。
虽然划定了责任,但不可能真的等待事故发生后再索赔,还是需要采取监视预警和变轨的方式规避相撞风险。尽管通过变轨离开碰撞轨道是最简单直接的规避方法,但航天器的变轨需要以消耗燃料、损失其工作寿命为代价。
实际上早在1993年,由美国、欧洲、日本和俄罗斯的航天单位联合发起的政府间空间碎片协调委员会(IADC)就曾先后发布《空间碎片减缓指南》,以及针对大规模低轨卫星星座碰撞规避等问题的建议声明,但均没有法规约束力,是否遵守、如何执行,具体的实施过程完全在卫星运营商,也就是说全凭自觉。
如何规范大规模星座的部署和运行,真正实现太空交通管理,是未来空间活动的一个难题,如果仅凭自觉,很难从根本上解决问题。该问题在中国空间站和欧洲航天局的“风神”卫星为躲避“星链”卫星实施碰撞规避机动后,迫切性凸显。
太空交通管理问题也已引起一些航天组织的重视。2021年,美国卫星产业协会(SIA)发布了多条解决太空交通管理问题的建议,包括政府应鼓励最佳实践,需要政府、商业利益相关者和航天界同行发挥主导作用,通力合作来实现太空可持续性这一重要目标。
太空可持续发展对于各国来说无疑都是非常重要的议题。现阶段,只有加快制定在轨服务的技术和运营标准,明确空间交会与近旁操作的责任,建立通畅的全球空间信息交互和协商机制,才能最大限度避免太空交通事故,保障太空安全。
而作为卫星互联网建设者的各家卫星运营商,也可以从技术的角度来助力太空系统有序运行,如使用电推进系统,使卫星在寿命末期将自己降到300~400千米的轨道,依赖稀薄大气进行轨道衰减直到坠入稠密大气层烧毁,等等。
来源:2022年1月26日出版的《环球》杂志 第2期
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