近地軌道可容納幾百億衛(wèi)星?這牛吹得幾乎不打草稿
最近幾天,關(guān)于SpaceX的“星鏈”(starlink)衛(wèi)星今年先后兩次接近中國(guó)空間站,導(dǎo)致后者不得不兩次實(shí)施“緊急避碰”的消息在網(wǎng)絡(luò)中引發(fā)了大量的討論。而隨著此時(shí)引發(fā)了越來(lái)越多的關(guān)注,以及在海外產(chǎn)生了諸多關(guān)于SpaceX“擠占了太多太空空間”的批評(píng),馬斯克也站出來(lái)說(shuō)話了。
據(jù)馬斯克表示,“太空是極為龐大的,衛(wèi)星本身很微小。目前的情況并不是我們阻擋了其他太空裝置,我們并沒(méi)有阻攔其他人做任何事情,也不準(zhǔn)備這樣做”。并且針對(duì)歐洲航天局高層批評(píng)SpaceX匆忙向太空部署星鏈衛(wèi)星,將影響到其他航天機(jī)構(gòu)可以使用的無(wú)線電頻率資源和軌道空間的批評(píng),馬斯克也否認(rèn)了正在“排擠”其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的說(shuō)法。
馬斯克打比方稱(chēng),低軌道可以容納的衛(wèi)星相當(dāng)于地球存在的20億輛汽車(chē)和卡車(chē),其圍繞地球的低軌道形成了一個(gè)“殼”,此外,每隔10米高度會(huì)形成一個(gè)新的殼,并一直可以深入到太空中,以至于近地軌道(LEO,Low Earth Orbit )可以容納幾百億顆衛(wèi)星。作為SpaceX和特斯拉的老板,馬斯克是這番表態(tài)或許是將其在特斯拉上得到的經(jīng)驗(yàn)直接進(jìn)行了套用,但畢竟太空和地球的環(huán)境有著很大的區(qū)別。
盡管太空很大,衛(wèi)星很小,但不同于汽車(chē)在地球上的行駛速度,衛(wèi)星環(huán)繞地球的速度是第一宇宙速度(28440公里/小時(shí)),而近地軌道上的速度則要稍稍小一些。衛(wèi)星的運(yùn)行速度如此之快,再加上軌道攝動(dòng)的存在,也就代表著它們需要比汽車(chē)在地球上行駛大得多的安全距離
目前,國(guó)際通行的航天器安全距離為50公里,即便按照SpaceX和NASA簽訂的太空航行安全協(xié)議,星鏈衛(wèi)星與其他航天器的安全距離也有5公里,這意味作為SpaceX老板的馬斯克都不知道自家公司與NASA的協(xié)議,才搞出來(lái)所謂“每隔10米高度形成一個(gè)新的殼”這樣的說(shuō)法。
眾所周知,地球同步軌道理論上只有1800個(gè)可用衛(wèi)星停放空間,這是因?yàn)橥杰壍赖膬A角必須是零度才行。而近地軌道和地球同步軌道很大的一個(gè)區(qū)別,就在于近地軌道只要圓心過(guò)地球質(zhì)心就好、對(duì)傾角則沒(méi)有限制,所以這也讓部署在近地軌道上的衛(wèi)星數(shù)量比1800顆要要多得多。
盡管理論上是如此,但實(shí)際上由于太空垃圾導(dǎo)致科學(xué)家做出了凱斯勒級(jí)聯(lián)現(xiàn)象的理論假設(shè)。也就是當(dāng)在近地軌道運(yùn)轉(zhuǎn)的物體密度達(dá)到一定程度時(shí),將讓這些物體在碰撞后產(chǎn)生的碎片能夠形成更多的撞擊,并形成級(jí)聯(lián)效應(yīng),最終讓近地軌道被太空垃圾完全覆蓋。所以,這也意味著近地軌道的資源同樣是有限的。
按照美國(guó)哈佛-史密松天體物理中心天體物理學(xué)家喬納森·麥道文的說(shuō)法,每一個(gè)近地軌道面可以容納的衛(wèi)星只有大約1000顆。以此次差點(diǎn)與中國(guó)空間站碰撞的星鏈衛(wèi)星所處的550公里低軌道來(lái)說(shuō),這一軌道的長(zhǎng)度為43530公里,如果每顆衛(wèi)星占據(jù)50公里的安全范圍,那么大約900顆衛(wèi)星就能將整個(gè)軌道面占滿。
盡管說(shuō)同樣的軌道高度的確存在多個(gè)軌道面,但衛(wèi)星是高速運(yùn)動(dòng)的,所以任何一個(gè)軌道面被填滿后,與同高度相異軌道面衛(wèi)星的碰撞幾率就會(huì)大幅提升,故而地球低軌道上是完全不可能容納幾百億顆衛(wèi)星的。而按照央視援引權(quán)威專(zhuān)家的說(shuō)法,目前軌道高度為400-2000公里的近地軌道,總共才可以容納大約6萬(wàn)顆衛(wèi)星。
此外,衛(wèi)星軌道與汽車(chē)所行駛的車(chē)道也是完全不同的,畢竟車(chē)道可以拓寬,但衛(wèi)星軌道則只能被近似地看做是不可再生、且限量的單向車(chē)道。按照1967年的《外層空間條約》以及后續(xù)的四份附屬法律協(xié)議,衛(wèi)星軌道這種不可再生且有限的資源需要通過(guò)申報(bào)與協(xié)調(diào)下的“先到先得”,而負(fù)責(zé)分配和管理衛(wèi)星軌道資源的國(guó)際電聯(lián)(ITU),也并未對(duì)其實(shí)行按照國(guó)別分配的規(guī)則。
按照“先來(lái)后到”的規(guī)則,任何一個(gè)主體,無(wú)論國(guó)家還是公司,在獲得了某一軌道面后,就有權(quán)利要求后續(xù)發(fā)射的衛(wèi)星對(duì)其衛(wèi)星進(jìn)行規(guī)避。換而言之,任何公司在同一個(gè)軌道面部署足夠多的衛(wèi)星,就可以要求其它衛(wèi)星不停的進(jìn)行規(guī)避,等于在事實(shí)層面占據(jù)這個(gè)軌道。
例如在2019年的時(shí)候,SpaceX就計(jì)劃將安排在550公里軌道高度的1584顆衛(wèi)星,從計(jì)劃分散的24個(gè)軌道面擴(kuò)大到72個(gè)??紤]到SpaceX目前已經(jīng)發(fā)射了約1900顆星鏈衛(wèi)星,未來(lái)計(jì)劃還要發(fā)射總計(jì)1.2萬(wàn)顆衛(wèi)星,也就意味著其塞滿近地軌道還真不是個(gè)問(wèn)題。
從某種意義上來(lái)說(shuō),SpaceX或許是在將軌道資源作為排他性競(jìng)爭(zhēng)的武器在使用。之所以這樣說(shuō),不僅僅是因?yàn)閬嗰R遜旗下藍(lán)色起源的柯伊伯計(jì)劃將自家的衛(wèi)星星座發(fā)射到距地球表面約590公里的軌道,而處于550公里軌道高度的星鏈衛(wèi)星正好能夠?qū)乱敛l(wèi)星造成信號(hào)干擾。為此亞馬遜一直在向NASA抗議,甚至引發(fā)了貝索斯與馬斯克在今年春季的互懟。
而另一個(gè)可以證明SpaceX“沒(méi)安好心”的理由,就是其并沒(méi)有遵照對(duì)NASA和國(guó)際電聯(lián)的承諾。在2019年,也就是SpaceX開(kāi)始大規(guī)模部署星鏈衛(wèi)星時(shí)曾透露,星鏈衛(wèi)星在5年的工作壽命到期后會(huì)自主受控地墜入大氣層,然而遺憾的是,SpaceX并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)這一計(jì)劃。目前,已經(jīng)有約3%的星鏈衛(wèi)星失效,但它們都還依舊掛在天上,成為了太空垃圾。并且為了維持星鏈系統(tǒng)的正常運(yùn)行,SpaceX又需要不停地向太空發(fā)射衛(wèi)星,最終的結(jié)果,就是SpaceX以一己之力讓太空垃圾實(shí)現(xiàn)了數(shù)量級(jí)的攀升。
既然衛(wèi)星軌道資源是先到先得,那么為什么除了SpaceX的星鏈外,其他的星座互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目并沒(méi)有大規(guī)模地向太空發(fā)射衛(wèi)星呢?這其中或許并不完全是因?yàn)榧夹g(shù)方面的原因。因?yàn)閺募夹g(shù)的角度來(lái)說(shuō),衛(wèi)星本身現(xiàn)在已經(jīng)不那么值錢(qián)了,此前印度都已實(shí)現(xiàn)了一箭104星,只不過(guò)得益于獵鷹火箭可回收的巨大優(yōu)勢(shì),星鏈衛(wèi)星的發(fā)射成本更低,這也是其能夠持續(xù)發(fā)射衛(wèi)星,而亞馬遜的柯伊伯計(jì)劃、Meta的Athena計(jì)劃還僅僅只停留在紙面上的關(guān)鍵。
考慮到軌道資源的稀缺性、資金問(wèn)題并非天塹,所以可能只是因?yàn)槠渌麌?guó)家或公司的道德底線較高,與將“造福人類(lèi)”掛在嘴上的馬斯克不同,干不出持續(xù)不斷發(fā)射太空垃圾的事情。
本文來(lái)自微信公眾號(hào)“三易生活”(ID:IT-3eLife),作者:三易菌,36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。