還有95%的衛(wèi)星待發(fā)射，瘋狂上天的星鏈衛(wèi)星，帶來重重威脅。

智東西1月18日消息，去年曾兩次“碰瓷”中國空間站的星鏈（Starlink）衛(wèi)星又惹禍了，近日，有天文學家指出，美國太空公司SpaceX星鏈項目衛(wèi)星已經(jīng)嚴重影響到天文觀測了。

天文學家通過對2019年到2021年間的巡天望遠鏡拍攝的圖像進行分析，發(fā)現(xiàn)星鏈影響到的圖像數(shù)量增加了35倍，隨著更多星鏈衛(wèi)星發(fā)射升空，他們估計未來每張觀測圖中都會出現(xiàn)星鏈衛(wèi)星，阻礙正常的科學觀測。

這只是星鏈項目發(fā)射了不到目標數(shù)量5%后產(chǎn)生的負面影響，SpaceX最早從2019年開始實施星鏈項目，計劃發(fā)射4.2萬顆星鏈衛(wèi)星，形成星鏈網(wǎng)絡(luò)，為全球提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，目前已經(jīng)發(fā)射約2000顆衛(wèi)星，隨著越來越多星鏈衛(wèi)星發(fā)射成功進入近地球軌道，星鏈帶來的各類威脅也會越來越多，對航天員和航天器的安全產(chǎn)生威脅的概率也會增加。

2021年12月28日，在當日例行記者會上，外交部發(fā)言人趙立堅證實，2021年7月和10月，美國星鏈衛(wèi)星先后兩次接近中國空間站，在此期間，中國航天員正在空間站內(nèi)執(zhí)行任務(wù)，出于安全考慮，中國空間站采取了緊急避碰措施。

趙立堅指出，美方應(yīng)該以尊重以國際法為基礎(chǔ)的外空國際秩序，立即采取措施防止此類事件再次發(fā)生。SpaceX創(chuàng)始人埃隆·馬斯克（Elon Musk）未曾回應(yīng)。

星鏈衛(wèi)星并不是第一次影響天文觀測和航天員、航天器安全，此前，就被多次指出過多數(shù)量的星鏈衛(wèi)星會干擾天文學觀測、霸占地球低太空軌道、增加航天器相撞風險、會產(chǎn)生大量太空垃圾等等。但SpaceX并沒有因為各方批評而停下其計劃，北京時間1月19日8點04分，星鏈衛(wèi)星也將進行今年的第二次發(fā)射，很可能加劇對天文正常觀測和人類宇宙安全探索的威脅。

對于各方指出的問題，星鏈是否有所改進，面對“野蠻生長”的星鏈，中國空間站等有可能的應(yīng)對之法嗎？

本文福利：Space X已經(jīng)將近2000顆星鏈衛(wèi)星送入軌道，未來5-10年僅我國商業(yè)小衛(wèi)星的發(fā)射需求就超4000顆，商業(yè)衛(wèi)星制造和發(fā)射的需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。推薦精品報告《Starlink已近全球組網(wǎng)，我國商業(yè)航天布局加速》，可在公眾號聊天欄回復(fù)關(guān)鍵詞【智東西259】獲取。

01.除了影響天文觀測星鏈還兩次威脅到中國空間站安全

從2019年5月SpaceX發(fā)射第一批星鏈衛(wèi)星以來，天文學界一直在擔憂星鏈計劃對天文觀測會產(chǎn)生影響，干擾天文學家發(fā)現(xiàn)各類自然天體。

為了量化星鏈衛(wèi)星對天文觀測產(chǎn)生的影響，美國等國家的天文學家對美國帕洛瑪山天文臺（Palomar Observatory）天文臺的ZTF（Zwicky Transient Facility，茲威基瞬變探測器）觀測臺的巡天望遠鏡拍攝的天文觀測圖像進行分析。

ZTF每2天掃描整個夜空，捕獲各類星體的圖像數(shù)據(jù)，天文學家發(fā)現(xiàn)，從2019年11月到2021年9月，ZTF拍攝的圖像中出現(xiàn)了5301條星鏈衛(wèi)星組成的軌道痕跡。

▲天文觀測圖像中因星鏈運行產(chǎn)生軌道痕跡

隨著越來越多星鏈衛(wèi)星進入軌道，黎明和黃昏的觀測圖像受到的影響最大，在2019年，只有0.5%的這類圖像受到星鏈的影響，到2021年，受影響的圖像達到18%，天文學家估計，目前，有0.04%的概率會導致天文學家沒能發(fā)現(xiàn)一些罕見的天文事件，比如錯過一個新的小行星。

天文學家預(yù)計，如果在軌星鏈衛(wèi)星達到1萬顆之后，全部的黎明或傍晚的天文觀測圖像都至少出現(xiàn)一條星鏈衛(wèi)星形成的軌道痕跡。

其他更靈敏的天文觀測儀器，拍攝的圖像受到星鏈的影響會更大。

▲隨著天文學家跟蹤的星鏈衛(wèi)星數(shù)量（紅色）增加，受影響的天文觀測圖像數(shù)量（藍色）也不斷增加

除了影響天文觀測之外，星鏈衛(wèi)星更是影響到其他航天器對太空的探索，最嚴重的是曾威脅到中國空間站內(nèi)航天員和中國空間站的安全。

為了履行外空領(lǐng)域重要國際法《外空條約》規(guī)定的義務(wù)，維護航天員生命安全，中國政府于2021年12月3日通過中國常駐維也納代表團向聯(lián)合國秘書長通報了上述危險情況和中方采取的措施，并請秘書長周知各締約國。

▲中國向聯(lián)合國致以普通照會

根據(jù)中國發(fā)聯(lián)合國照會信息，星鏈脫離其規(guī)定軌道，兩次靠近中國空間站，為了保證中國空間站內(nèi)航天員的安全，中國空間站組合體分別實施了2次預(yù)防性碰撞規(guī)避控制（“緊急避碰”）。

▲普通照會中詳細說明了2次中國空間站緊急避碰星鏈衛(wèi)星的情況

星鏈衛(wèi)星和中國空間站均有各自有固定的運行軌道，繞地運行軌道高度不同，分別是約555千米和390千米，原本是沒有交叉或者重疊的。

第一次中國空間站采取緊急避碰是在2021年7月1日。星鏈-1095衛(wèi)星在2021年5月16日到6月24日期間，持續(xù)降軌至平均軌道高度382千米后，保持在軌道高度運行，由于衛(wèi)星繞地運行是有近地點和遠地點的，兩個航天器運行高度范圍接近時，容易出現(xiàn)接近和碰撞風險，7月1日， 星鏈-1095衛(wèi)星與中國空間站出現(xiàn)近距離接近時間，出于安全考慮，中國空間站當晚主動采取了緊急避碰。

這次險情之后，不到4個月，中國空間站在2021年10月21日采取了第二次緊急避碰，這次是因為星鏈-2305和中國空間站發(fā)生近距離接近事件。并且這個衛(wèi)星還處于連續(xù)軌道機動狀態(tài)。

面對中國的通報，馬斯克未做出針對性的回應(yīng)，不過，當?shù)貢r間2021年12月29日，馬斯克曾回復(fù)過歐洲航天局總干事對于馬斯克衛(wèi)星占用過多軌道的批評。

歐洲航天局新任總干事約瑟夫·阿施巴赫（Josef Aschbacher）曾警告馬斯克實施星鏈計劃這種缺乏協(xié)調(diào)一致的舉動意味著這位億萬富翁正在自己制定太空“規(guī)則”，一個人擁有的衛(wèi)星數(shù)據(jù)占世界上活躍衛(wèi)星數(shù)量的一半，將影響太空的無線電頻率和軌道空間情況。

馬斯克則認為地球低軌道上可以容納數(shù)百億的航天器，幾千顆衛(wèi)星不算什么，就像地球上出現(xiàn)幾千輛汽車，不用太擔心。

對于馬斯克的說法，美國天體物理學家喬納森·麥克道爾（Jonathan McDowell ）提出質(zhì)疑，太空航天器飛行速度可達每小時2.7萬公里，需要比地球上汽車安全運行所需距離更大的間隔，可能的航天器之間的碰撞只有距離比較近的時才能被發(fā)現(xiàn)，太空已經(jīng)很擁擠。

02.星鏈目標發(fā)射4.2萬顆衛(wèi)星緊急避讓功能到底如何？

馬斯克的星鏈計劃已經(jīng)實施好幾年了，最早是2015年，SpaceX宣布要進行星鏈計劃，計劃在太空建起一個衛(wèi)星網(wǎng)，為地面提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，為缺乏光纖和物理互聯(lián)網(wǎng)連接的地區(qū)提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，擴大人們使用互聯(lián)網(wǎng)的邊界。

據(jù)馬斯克當?shù)貢r間2022年1月16日在社交媒體發(fā)布的信息，目前，星鏈衛(wèi)星中共有1469顆處于運行狀態(tài)，272顆正在進入運行軌道，衛(wèi)星的激光鏈路通信很快就會激活。

每顆星鏈衛(wèi)星都采用緊湊的平板設(shè)計，最大限度地減小體積，具有自動防撞功能，配備有定制導航傳感器、光學空間激光器、4個相控陣天線和2個拋物面天線，以及高效離子推進器和單一太陽能電池陣列。

星鏈衛(wèi)星的自主防撞裝置需要結(jié)合美國國防部的碎片跟蹤系統(tǒng)來實現(xiàn)自主機動，避免撞擊風險，SpaceX稱其自動防撞裝置比行業(yè)標準高出一個數(shù)量級。

具體自主防撞過程是這樣實現(xiàn)的，地面系統(tǒng)結(jié)合星鏈衛(wèi)星軌道預(yù)報信息和空間目標數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，篩選出潛在碰撞目標，計算概率，然后將其中高概率碰撞信息傳輸?shù)叫l(wèi)星端，星鏈衛(wèi)星利用4個互相垂直的動量輪調(diào)整姿勢，用離子推進發(fā)動機變換軌道，完成避讓，這個過程全部由計算機自動完成。

▲星鏈衛(wèi)星的自動防撞裝置和定制導航傳感器

星鏈衛(wèi)星的定制導航傳感器主要功能是確定每顆衛(wèi)星的位置、高度和方向，從而實現(xiàn)寬帶吞吐量精確放置。

光學空間激光器是SpaceX正在測試的設(shè)備，可以使航天器在沒有本地地面站的情況下進行數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)真正的全球范圍覆蓋。

▲星鏈衛(wèi)星的光學空間激光器和天線

高效離子推進器有氪元素提供動力，主要用來在星鏈衛(wèi)星壽命結(jié)束時，幫助衛(wèi)星進行機動運動和脫離軌道，靠近地球在大氣層實現(xiàn)燃燒。

▲星鏈衛(wèi)星的高效離子推進器和太陽能電池陣列

此外，面對天文學家的擔憂，SpaceX對星鏈衛(wèi)星的遮陽板進行了再次設(shè)計，降低其亮度，進而減輕對天文觀測的干擾。

星鏈最初的發(fā)射目標是1.2萬顆星鏈衛(wèi)星，后來又增加了3萬顆。

目前，SpaceX已經(jīng)進行了35次發(fā)射任務(wù)，共發(fā)射了1991顆星鏈衛(wèi)星，但是其中有部分發(fā)射上去的星鏈衛(wèi)星被證明無反應(yīng)，在軌道上不再機動，在2020年這個比例約為3%，這些“太空垃圾”會危及其他正常運行的航天器的安全。

1978年，就有美國宇航局科學家Donald J. Kessler提出大量不能正常運行的航天器或者說太空垃圾帶來的威脅，2個航天器碰撞產(chǎn)生很多碎片，這些碎片又會撞擊到其他航天器，形成更多碎片，可能地球就慢慢被一層層太空垃圾所包圍。

除了控制失靈之外，星鏈衛(wèi)星軌道規(guī)劃可能也有問題，星鏈衛(wèi)星不止對中國空間站造成過威脅，也曾經(jīng)差點撞上歐洲航天局的“風神”氣象衛(wèi)星，2019年9月2日，“風神”衛(wèi)星與星鏈-44險些碰撞，歐洲航天局緊急變軌，避免事故發(fā)生。

2021年4月，星鏈與英國OneWeb公司的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星近隔57.9米距離，幾乎要相撞，OneWeb提到SpaceX關(guān)閉了星鏈衛(wèi)星上的防撞系統(tǒng)。

英國南安普頓大學宇航研究小組負責人休·劉易斯（Hugh Lewis）稱，如果按兩個航天器在彼此相距0.6英里（1公里）的距離內(nèi)經(jīng)過的情況算作兩個航天器有近距離接觸存在碰撞危險的標準來算，全部星鏈衛(wèi)星每周就有約1600次這樣的情況出現(xiàn)，已占據(jù)了全部此類時間的50%，可以說對很容易威脅到其他航天器的安全。

▲休·劉易斯團隊使用評估衛(wèi)星威脅Socrates數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)繪出的涉及星鏈衛(wèi)星的航天器近距離接觸情況，呈持續(xù)增長態(tài)勢

總之，從目前的各種事實依據(jù)來看，星鏈具備的自主防撞能力好像成效不大，而且有些“霸道”。

03.宇宙探索競爭日趨激烈但太空規(guī)則主要還是依托50年前國際法

太空是屬于全人類的資源，如何規(guī)范人類的太空活動，需要相關(guān)的國際法來協(xié)調(diào)各國之間的太空行動。

太空法主體是聯(lián)合國的和平利用太空委員會頒布的五項國際條約，簡稱分別為《外空條約》、《營救協(xié)定》、《責任公約》、《登記公約》、《月球協(xié)定》。

其中最重要的是《外空條約》。《外空條約》于1966年通過，在1967年10月10日開始生效，絕大多數(shù)聯(lián)合國會員國已經(jīng)簽署并批準生效了這部太空方面的國際法。

此外，聯(lián)合國大會還通過了一系列與空間活動相關(guān)的原則、決議、宣言，最新的可能是2019年聯(lián)合國和平利用外層空間委員會通過的《外層空間活動長期可持續(xù)性指導方針》，但這部新的指導方針沒有屬于外空軟法，沒有法律約束力。

還有一些國際組織制定了相關(guān)的規(guī)則來規(guī)范太空探索，例如國際電信聯(lián)盟（ITU）是負責分配衛(wèi)星頻率和軌道資源的，各國按照申報順序獲得優(yōu)先使用權(quán)。

各國也出臺了相應(yīng)的太空法規(guī)，例如美國2015年通過了《外空資源探測和利用法》，規(guī)定美國公民享有對外空資源占有、擁有、運輸、使用和銷售的權(quán)利；2016年日本公布《太空活動法》，規(guī)范商業(yè)空間活動。

隨著商業(yè)太空業(yè)務(wù)的興起，原有的一些規(guī)定已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在出現(xiàn)的一些狀況，太空可持續(xù)性和空間碎片問題是目前太空治理的關(guān)鍵問題之一。

但衛(wèi)星使用壽命有限，廢棄后失去控制，停留在太空中就會成為太空垃圾，威脅其他正常運行的衛(wèi)星。2009年美國“銥星33”衛(wèi)星和已經(jīng)報廢的俄羅斯“宇宙-2251”相撞，“銥星33”衛(wèi)星損壞，并且產(chǎn)生了大量碎片。

因為這些，聯(lián)合國和平利用外層空間委員會專門發(fā)布了《空間碎片緩減準則》，來降低空間碎片對于人類太空探索的影響，該準則規(guī)定要限制航天器和運載火箭軌道級在任務(wù)結(jié)束后長期存在于低地軌道區(qū)域。

星鏈計劃發(fā)射4.2萬顆衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星壽命僅5-7年，在550公里軌道上，出故障的衛(wèi)星需要1-5年時間才能墜入大氣層燒毀，一旦大量星鏈衛(wèi)星出現(xiàn)故障，會造成非常嚴重的后果。

航天器都是有固定的軌道的，軌道高度、軌道形狀、軌道傾斜度都有差異，目前衛(wèi)星相撞幾率不是很大。

此外像星鏈衛(wèi)星變更軌道并不通知附近軌道的航天器的行為，也會威脅到正常運行的航天器的安全。

面對可能的碰撞事故，很多航天器都有進行提前的預(yù)案部署，像中國的空間站的緊急避碰功能，在緊急情況下，空間站發(fā)動機通過系統(tǒng)控制抬升軌道，改變軌道高度和傾角。此外像天宮1號、2號的實驗艙外有對付小型太空垃圾的防護板，采用躲、抗等措施分別應(yīng)對遇到的撞擊威脅。

此外，太空垃圾回收的規(guī)劃也已經(jīng)被提上日程，歐洲航天局計劃2025年去太空回收太空垃圾，或許能避免那些失效衛(wèi)星對正常運行的航天器造成威脅。

但是更重要和棘手的問題是隨著商業(yè)太空公司的發(fā)展，參與太空探索的人越來越多，而監(jiān)管缺失，商業(yè)太空公司正在制定自己的太空規(guī)則，尤其是馬斯克的SpaceX。政府進行的太空研究和企業(yè)進行的太空探索界限逐漸模糊，像SpaceX和NASA就有非常緊密的合作，如何制定世界大部分國家都能遵守的太空規(guī)則可能更加迫切一些。

04.結(jié)語：宇宙太空探索需要可持續(xù)發(fā)展

宇宙太空是各國都在努力競爭的一個領(lǐng)域，剛剛過去的2021年商業(yè)航空繼續(xù)崛起，多家商業(yè)太空公司競相載人去太空旅游，多國也先后發(fā)射自己的多顆衛(wèi)星。

不過，軌道資源是有限度的，誰先發(fā)射上去更多的衛(wèi)星，誰就能先搶占更多軌道，掌握太空探索的更多主動權(quán)，商用航天的興起加劇了軌道爭奪的情況，但各航天器發(fā)射的組織或者地區(qū)也要考慮到可持續(xù)問題，避免因為搶先衛(wèi)星發(fā)射而帶來各種不利影響，比如太空垃圾等等。

本文來自微信公眾號 “智東西”（ID：zhidxcom），36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

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