轨道数据中心卫星的大规模部署计划正在推动行业思考一个紧迫问题:在近地轨道塞进几万甚至上百万颗卫星之后,怎么保证它们不互相撞上?
七月末的一场行业讨论会上,政府和企业代表达成了一个基本共识——必须尽快建立协调机制。Secure World Foundation组织的这场圆桌会议上,各方目光都聚焦在同一个挑战上:眼下规划中的星座规模已经达到数万乃至百万级别,现有的空间交通规则根本不够用。
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卫星初创公司Starcloud的联合创始人兼首席技术官Ezra Feilden给出了一个现实参照。这家公司已经提交了包含88000颗卫星的星座计划,Feilden认为,SpaceX的星链项目在安全运营上积累的经验可以当作起点。“他们基本上没有出现重大安全问题,”他在会上表示,称星链在交会规避、卫星入轨初段和退役末段的操作方式都是“业内可以借鉴的好样本”。
但问题在于规模量级完全不同。星链目前在轨工作的卫星大约只有一万颗,而SpaceX自己提出的轨道数据中心星座规模是这个数字的100倍。这意味着潜在的交会风险会出现指数级增长。
The Aerospace Corp.空间企业演进理事会首席主任Ron Birk给出了一组数字对比:“现阶段的星座每年就要执行数十万次机动避撞。在一个接近百万航天器的环境里,这个数字可能会膨胀到五亿次。”这个估算基于一个假设——交会次数会随着卫星数量的平方成比例增长,适用于卫星运行在不同轨道平面且轨道相互交叉的情况。
但Feilden指出,轨道数据中心星座的实际情况并不完全符合这个模型。很多计划中的星座采用的是晨昏太阳同步轨道壳层结构,卫星轨道面并不交叉。他认为这让卫星密度大幅提升成为可能,却不会同步放大碰撞风险。“我们或许该用看待地球静止轨道的方式来重新思考这个问题,”他说,“那需要一套完全不同的协调框架。”
不过这种思路有一个前提条件——所有运行在晨昏轨道上的数据中心卫星必须沿着同一个方向飞行。Feilden的表述很形象:“如果我们都选同一个方向,那所有的交通流就能统一起来。”一旦出现部分卫星朝一个方向飞、另一些朝相反方向飞的情况,碰撞风险就会急剧飙升。“那就像一条没规定行车侧的高速公路,迎面撞上的风险大得惊人。”
他承认,这需要“相当大程度的协调”,但目前“还没有具体的方案来实现这一点”。
协调路径中的一条是从空间交通协调系统入手,借助这套机制推动形成全球统一标准。行星实验室公司政府事务主管Jeff O'Neil在讨论中提到了美国商务部正在推进的交通协调系统建设工作,将其类比为空中交通管制——只不过负责对象从飞机换成了卫星。他同时透露,国际社会也在借助联合国和平利用外层空间委员会等平台推进相关议题,但进展速度未必赶得上卫星发射的节奏。
商业太空运营中心ComSpOC的首席科学家Dan Oltrogge则用一组数据说明了现实紧迫性。他所在的机构每天监测到的交会事件数量已经突破百万次,其中真正构成威胁的虽然只占极小比例,但绝对数量依然相当可观。Oltrogge用一个具体案例说明了概率评估的脆弱性:2019年,计算显示两颗航天器碰撞概率为万分之一,结果它们真的撞上了。“概率低不代表不会发生,”他提醒道。
讨论中浮现出的另一个难题来自发射阶段。目前并没有通用的国际规则要求卫星在进入轨道前必须进行全面的交会评估。这意味着即便所有在轨卫星都遵守完美的运行规范,每一次新发射仍然可能带来不可预知的风险。
几位发言人的共同判断是,标准不能再等了。如果等到星座大规模建成再回头制定规则,成本会高得多,风险窗口也会拉得很长。Feilden把当前的处境定位得很明确:太空不是无人区,需要的是道路规则,不是事后补救。
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