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幸运28-上万近地卫星将升空 太空垃圾管理引忧

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上万近地卫星将升空 太空垃圾管理引忧

幸运282017年10月31日讯】(幸运28记者张妮编译报导)随着多个近地卫星宽带项目的获批,在未来几年内,将有成千上万颗新卫星升空。行业专家和政府议员们开始担心日趋严重的太空垃圾管理问题。

继联邦通信委员会(FCC)今年批准了首个OneWeb近地卫星宽带系统后,该机构也在审议来自SpaceX、Boeing和其它多个同类项目的申请。日前,美国两位参议员Cory Booker 和Dan Sullivan已致信FCC主席,要求该机构与国家航空航天局(NASA)、联邦航空管理局(FAA)合作,成立跨机构工作组,发展一个全面的太空垃圾国家级政策框架。

目前,地球上空共有4000多颗卫星,其中只有1400多颗在使用中。而SpaceX计划,打算在2019至2024年间,投放4425颗离地面约1110至1325公里的卫星,另外还有7500颗离地更近的“超近地轨道”卫星。OneWeb获批的计划,将投放720颗近地轨道卫星。Boeing的计划将投放1396至2956颗。三家机构的申请中都囊括了将太空垃圾最少化的举措。

“级联”碰撞的潜在顾虑

Booker和Sullivan在给FCC的信中,没有具体提到哪个公司的名字,但阐明产生此顾虑的几个原因:

 

“如你们所知,美国国防部的太空监控系统目前定位到近2.2万个环地垃圾——即环绕地球而行、但已不在使用中的人造物体。这个数字,还不包括数十万个小于10厘米的、也在环绕地球的碎片。这些10厘米左右的小碎片一旦撞上卫星,会对卫星造成严重损坏;那些1厘米左右更小的碎片,会破坏太空飞行器的运作。而每一个碰撞会让下一个碰撞的几率成指数级增加,这将造成太空垃圾‘级联’碰撞的风险,将对未来的通信系统、国家安全和其它近地太空活动造成严重影响。

在上个十年里发生的两起较严重的卫星碰撞事件,导致目前环地垃圾碎片大幅增加。分析模型预计,哪怕所有的管控措施都到位且得到执行,近地太空垃圾在未来200年里仍会平均增加30%。多个国内和国际的研究报告称,环地轨道垃圾可能已经达到了一个临界点。”

负责审批卫星宽带运营计划的FCC,都会要求申请系统确保电频波段不会和其它用户“撞车”、互相干扰,但近来,他们还增加了对最小化太空垃圾“撞车”措施的要求。

如今的卫星系统都是由一整个大群组近地卫星组成,参议员敦促FCC,有责任确保任何获批的卫星群组不能离其它群组太近,以降低相撞、损坏国内或国际资产,破坏太空环境的可能性。两位参议员还透露,NASA已经“就大型群组卫星系统进行一项内部研究了”,要求待研究报告出炉后,FCC能在未来审批的系统中应用报告提出的建议和最佳做法。

尽管如此,两位参议员对近地卫星提供高速宽带,尤其是能很好服务偏远地区美国居民的潜力感到“非常激动”。

专家:此问题“无经验可循”

太空垃圾研究员、安全世界基金(Secure World Foundation)的项目规划主任Brian Weeden说,对成千上万个近地卫星造成太空垃圾的顾虑,部分是由于这是一个全新的问题,以前从未投放过这种群组卫星系统。“我们目前可能还没考虑到所有潜在的挑战和后果。”

 

Weeden称,两位参议员提出的建议很在理,“因为这是一个新的问题,他们得确保FCC的技术专家和FAA、NASA的专家们有沟通的渠道。”但这只能是过度手段。从长期来看,美国政府应当更新执照审批系统,定下一个最合适的机构进行交通监管。目前,多家机构都涉足这个领域。

以前,通信卫星都在离地3.6万公里的高空,且静地轨道环行。在那样的高度,“这些卫星一般就是永远地在那里了。” Weeden说。

如今这些离地较近的卫星有一个好处就是,即便不用特意去回收,由于各种自然因素它们终究会自己“掉下来”。“在近地轨道,由于大气的牵引,随着时间的流逝,它们会被拉出轨道,返回大气层内。”

但坏处是,“近地轨道上已经有很多垃圾了。” Weeden说,“在这样已经很拥挤的情况下,你不能再投放成千上万个卫星在那里。由于它们所在的高度,如果你让它们‘自生自灭’,大约要两百年,它们才会掉下来。”

目前国际标准为,卫星弃用后25年内应回收。Weeden说这个标准是在2000年初制定的,在那之后卫星领域已大幅发展,这个年限标准应该缩短了。而且除了这个回收年限,国际上对这个领域没什么其它的规定和监管机制了。

垃圾管理计划

一个很大的问题是,如果卫星用不到既定年限提前损坏了怎么办。Weeden说,OneWeb的计划是先把卫星投放在500公里的“过渡轨道”上测试一阵,如果有问题,较容易回收。

 

而在1100公里的高空,“你没法掏张信用卡,雇一个人弄辆拖车到天上帮你把损坏的卫星给拉下来。”但是,这个问题最终应该还是有解决办法的,Weeden说很多公司已在开发回收问题卫星的策略了。

SpaceX对FCC说,他们计划“在卫星接近使用寿命(通常使用年限为5到7年)之时,使其自行脱离轨道,移到一个待弃用轨道上,从那里,靠大气引力,大约一年的时间将会自己掉下来。这比国际标准要求的年限短得多。”

这是SpaceX对他们的1100公里到1325公里轨道卫星的计划。

然而,他们还有“超近地轨道卫星”(VLEO),在离地335~346公里的轨道上运行。公司称“在正常运作下,这些卫星不会成为太空垃圾。一旦有什么问题,它们很快会在大气层中解体,不会对那里的太空环境造成任何威胁。”

OneWeb对FCC说,他们的卫星设计使用年限为至少5年。“计划在弃用后一年时间内得到处置。”还称他们在这些卫星网络的设计中避免了与太空站或其它垃圾相撞的问题,称他们将“主动和定期地检视‘联合太空运作中心’(JSpOC)的信息录,查看它们的卫星是否和其它物体有交汇点”。

如何确保OneWeb的卫星不会撞到其它物体而成为新的垃圾呢?

OneWeb说:“OneWeb对卫星与小碎片撞击后失控、无法启动既定弃用程序而成为垃圾的可能性已评估过,结果符合NASA的技术标准,也就是可能性小于0.01。”

Boeing也有提交计划,称其每颗卫星每年平均要进行3.3次“躲闪操作”,能够避免撞上其它物体。

至于那些损坏的、不能操控进行“躲闪操作”的卫星,Boeing称只有不到1%的比例。他们用NASA轨道垃圾规划办公室的“垃圾评估软件”(DAS)进行了计算,称这些卫星撞上超过10厘米物体的几率每年只有0.00258,10年间不会超过2.7%。

卫星宽带前景令人激动

近地轨道卫星提供互联网服务有着令人激动的前景,其低延迟率能和有线网络相比,比以前的卫星互联网更快、更流畅。这对那些有线网络难以铺设到的地区尤其有益。SpaceX宣称其卫星宽带延迟率仅25ms,而且网速可达千兆比特。

 

但这离全面商业化运作还有几年的时间,而且面临着如何应对太空垃圾的挑战。◇

责任编辑:朱涵儒

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