馬斯克的星鏈衛星，科學家說約 3% 失效了

2020-11-27 愛範兒

人類可能是目前已知唯一可以向太空扔垃圾的物種，這句話並不「凡爾賽」，甚至還有著一絲無奈。

我們還遠遠做不到低成本發送生活垃圾到太空，上面這句話裡說的垃圾，指的是「廢棄或損壞的衛星及碎片」，它們越來越多，靜靜地圍繞著地球轉動，變成一張名副其實的「網」。

如果人類把眼光放向更遠的太空時代，可以這樣說，太空垃圾和生活垃圾問題同樣嚴重，區別只在於這些垃圾圍住的是城市，還是地球。

馬斯克的星鏈衛星，科學家說約 3% 失效了

SpaceX 的星鏈計劃自誕生之初就引起了超高關注，熱度一直不減，不僅因為這項計劃的「大膽」屬性，還因為它預計發射的衛星總數量達到了一個驚人的數字：42000 顆。

之所以要發射這麼多顆衛星，是因為星鏈計劃打算建立一個覆蓋全球的衛星網絡，為地球上的用戶提供寬帶服務，一定程度上解決邊遠地區和自然環境特殊區域的網絡問題 —— 在人煙稀少或人跡罕至的地方，建立時時需要人力維護的基站是不怎麼經濟的商業行為。

而根據歐洲航天局太空碎片辦公室（SDO）資料顯示，到 2020 年 2 月，地球軌道上大約有 5500 顆衛星。

也就是說，僅一個星鏈計劃發射的衛星總量，就是之前在軌衛星總數的 7 倍多。

不管衛星這個詞聽起來多麼有科技感，說到底它仍然是一個大號的「電子產品」，還要經歷升空和變軌等多種考驗，出現故障是在所難免的事情。

▲ 圖片來自：NASA（Unsplash）

哈佛 - 史密松天體物理學中心的天文學家喬納森・麥克道爾對照了 SpaceX 和美國政府的數據後，推測目前已發射上天的 800 多顆星鏈衛星中，有大約 3% 可能已經失效，失效的衛星「可能已經解體或墜入大氣層燃燒」。

3% 的低故障率，為什麼還會引人擔憂？

天文學家喬納森・麥克道爾表示，3% 的故障率是一個正常的水平，而 Space X 認為故障率只有 1% 左右，也就是說，SpaceX 也認可故障存在並承認了故障已發生的事實。

如果按 3% 的故障率推算，42000 顆衛星中大約會有 1260 顆失效，如果按 1% 的故障率算，這個數字為 420 顆。

▲ 電影《機器人總動員》展示了被失效衛星包裹的地球

根據歐洲航天局太空碎片辦公室（SDO）資料顯示，到 2020 年 2 月，有大約 3200 顆失效衛星，而在此之後僅星鏈計劃一個項目的故障失效衛星，可能就達到了人類幾十年失效衛星總數的 12% – 38%。

目前世界各國都在籌建太空網際網路，即將發射的衛星數量呈幾何級上升。有科學家預測，未來計劃發射的衛星總數可能超過 10 萬顆，無論按按 3 % 還是 1% 的故障率算，失效衛星都是一個龐大的數字。

離開總數談發生率，都是……

太空那麼大，容不下失效衛星？

不少人覺得，衛星很小，太空很大，衛星對於太空來說連一顆沙子都算不上，失效了也就失效了。

但實際上失效的衛星就像一顆顆定時炸彈，隨時可能給其它衛星帶來毀滅性的傷害。

▲ 太空中的高速碎屑殺傷力巨大。圖片來源：《星際穿越》電影

這裡面涉及到幾個關鍵詞：軌道、碰撞和碎屑，當這三個因素聚在一起的時候，失效衛星就是個讓人頭大的問題。

1. 衛星軌道和頻率資源越來越稀缺

地球同步軌道位置十分稀缺，再加上衛星之間需要保持間隔避免無線電幹擾，「太空很大可以隨便塞衛星」並不能實現。

為了緩解軌道資源緊張，國際電聯會根據各個國家領土面積和人口等多重因素來分配衛星軌道位置，就像現在一線城市上車牌一樣，路只有那麼多，先上牌的人多了，後上牌的人競爭就會更加激烈。

失效衛星也會佔用軌道，浪費了寶貴的資源。據北京日報報導，中國的北鬥衛星之所以「搶在最後四小時發射升空」，也是因為軌道和頻率資源因素。

▲ 北鬥衛星示意圖。圖片來自：北鬥導航系統官網

這是因為 2000 年 4 月 18 日國際電聯批准了中國申報的導航衛星頻率和軌道，「北鬥」二號衛星導航系統進入了國際電聯的頻率總表，正式取得了合法地位。不過，根據國際規則，如果不在登記後的 7 年裡，即 2007 年 4 月 17 日之前使用，該頻率就過期了。

2. 失效衛星更容易導致碰撞

成功發射且正常服役的衛星受信號控制，可以變軌、避讓、調節角度，而失效衛星再也不受人控制，基本就是「隨緣」飄在太空中，還會因為地球攝動（一種因受其它天體的吸引或其他因素的影響在軌道上產生的偏差）而偏離軌道。

很多失效衛星是被遺棄的狀態，再也沒有人關心它們，也不知道它們究竟繞著地球轉到哪裡了，這大大增加了新發射的衛星和失效衛星碰撞發生的風險。

比如 2009 年 12 月，中國發射的長徵四號火箭的第三級和前蘇聯 1989 年 2 月發射的廢棄衛星，在南極上空 991 公裡處差點高速相撞，兩者最接近時，距離可能只有 12 米。

▲ 擦肩而過

3. 碰撞後的碎屑重複導致上述兩個問題

發生碰撞後會，失效衛星會產生大量的碎屑，大部分碎屑會分散在失效衛星的軌道裡繼續繞著地球轉，既佔用軌道資源，又會增加碰撞的概率，小部分碎屑會散射出去飄蕩在太空裡。據科學家推測，目前毫米級以上的碎屑可能數以億計。

▲ 歐洲航天局製作的碎屑推測圖

這些碎屑威力有多大呢？

在高 300 – 450 公裡的近地軌道上時，太空碎屑的運行速度可能達到每秒 7 – 8 公裡。當它們在 36000 公裡高度的地球靜止軌道上時，速度則高達每秒 3 公裡。

如果兩個每秒 7 公裡飛行速度的物體在太空相撞，10 釐米左右的碎屑可能破壞整個太空飛行器或衛星，1 釐米左右的碎屑可能擊穿太空艙，即使是地球上毫不起眼的 1 毫米左右的碎屑，都可能造成傷害。

一塊 10 克重的太空垃圾撞上衛星，相當於兩輛 100 km/h 的小汽車相互碰撞，衛星可能在 1.5 秒內被打穿或直接擊毀，還會直接威脅到航天員的生命安全。

國際空間站就是衛星碎屑的「活靶子」，2016 年 4 月，國際空間站上的對地觀景臺玻璃出現了一個直徑 7 毫米的裂紋，正是被一塊小碎屑擊中產生的。

▲ 想像一下玻璃瞬間碎裂的後果

解決失效衛星，大部分靠天

失效衛星潛在隱患這麼大，怎麼解決呢？

答案是：大部分靠天。

1. 遺棄法

回收風險大，成本高，失效衛星最終的命運就是孤零零地繼續圍繞著地球轉動。人們唯一能做的就是等待衛星自己逐漸分解，或者慢慢墜入大氣層燃燒殆盡，周期一般較長，可能需要幾十年。

2.「火化」法

設計衛星之初，部分衛星預留了一部分電量和燃料，等待衛星瀕臨失效的時候，點燃所剩無幾的燃料，把衛星推向大氣層燃燒。

▲ 星鏈計劃官網介紹，衛星壽命終止時，會利用機載推進系統進行離軌

不過，衛星是一個精密化設計的儀器，內部空間寸土寸金，看似簡單的「留後門」操作，可能會帶來成本上升或風險增大等問題，所以有很多衛星是沒有這個設計的。

3. 太空葬

有些衛星屬於中高軌道衛星，離地球大氣層太遠，最終被推向的不是大氣層，而是太空。

不過由於一般衛星預留的燃料很少，不足以讓失效衛星飛向太空深處，僅僅是飛向不重要或用不著的太空軌道，仍然會圍繞著地球。

4. 主動清理

2016 年 6 月 25 日中國「長徵七號」成功發射，一臺名為「遨龍一號」的空間碎片主動清理飛行器一同進入太空，被譽為「太空清道夫」，可以用機械臂抓取衛星和太空碎片，帶入大氣層燒毀。

除了用機械臂抓取，還有噴射網捕獲失效衛星，雷射射擊失效衛星等方法。可以這樣說，「保守療法」仍佔多數，主動治療手段也越來越多。

前進！前進！前進！

俄國科學家齊奧爾科夫斯基說過：「地球是人類的搖籃，但是人類不能永遠生活在搖籃裡。」

隨著社會進步，人類享受著地球搖籃保護時，也面臨著部分資源短缺的境地，生產力和生產水平的提升總是受限於人類文明的發展客觀進程，不斷催生不可調和的資源矛盾，最終走向經濟危機甚至戰爭。

如果我們能進一步探索和開發太空資源，一定程度上可以緩解或解決這種「地球病」。發射衛星是人類真正走入太空的第一步，無數個紀元以後，必將被新人類載入史冊。

只是當人類真正打算移民到太空另一顆星球時，如果那些漂浮在地球上空的成千上萬顆的失效衛星，變成了人類徵戰太空的最大絆腳石，那就太黑色幽默了。

無論是探索太空，還是清理太空垃圾，我們的選擇只有一個：前進，前進，前進！

相關焦點

  • SpaceX的「星鏈」正在失效，馬斯克真的不打算管管？
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  • 計劃發送 42000 顆衛星的星鏈計劃,被推測已發送的衛星已有 3% 失效
    計劃發送 42000 顆衛星的星鏈計劃，被推測已發送的衛星已有 3% 失效 人類可能是目前已知唯一可以向太空扔垃圾的物種，這句話並不「凡爾賽」，甚至還有著一絲無奈
  • 馬斯克的「星鏈」衛星為什麼會墜毀？
    墜毀的Starlink-32一部分媒體說此次事件是「SpaceX星鏈衛星集體入大氣層」，這個表述不準確。Starlink-32就是一顆衛星，只不過在焚燒之前它就已經解體，因此我們看到的是四個亮點。在Starlink-32墜毀之前，也有多顆星鏈衛星脫離軌道，並且至今已經有多達31顆星鏈衛星墜入大氣層。這些衛星中的絕大多數都是2019年發射，從這個角度說「集體進入大氣層」也對。
  • 計劃發送 42000 顆衛星的星鏈計劃,可能已有 3% 失效變成太空垃圾
    01 馬斯克的星鏈衛星，科學家說約 3% 失效了 SpaceX 的星鏈計劃自誕生之初就引起了超高關注，熱度一直不減，不僅因為這項計劃的「大膽」屬性，還因為它預計發射的衛星總數量達到了一個驚人的數字：42000 顆。
  • 計劃發送42000顆衛星的星鏈計劃 可能已有3%失效變成太空垃圾
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  • 馬斯克的星鏈衛星已成太空垃圾,國家探索太空已受限
    △馬斯克試圖創造記錄，Spacex計劃23日發射第10批星鏈衛星2.太空垃圾能否得到有效的控制Spacex目前並未明確說明哪些衛星已經發現故障，但是就現下的情況來看，3%的故障率也就意味著太空垃圾會逐漸增加。近日，Spacex發射出了原本因為天氣不佳而導致延遲的星鏈衛星，目前已完成了第15次星鏈發射。
  • 一項研究認為，約3%的星鏈計劃衛星已經失效
    ，同時，由於其便捷高效和快速部署的特點，星鏈計劃很可能會成為一場全球電信領域的革命性工程，為此，馬斯克收穫了無數的點讚，同時，也收穫了大量的批評。，我們不得而知，但是即使這些數量龐大的衛星沒有給現代天文學帶來災難性的後果，當它們有一天完成使命成為空間垃圾的時候，卻可能真的會給其他太空飛行器造成威脅，而最新的一項研究就認為，儘管星鏈計劃遠遠沒有建成，但是已經發射的衛星中，可能有多達3%的衛星已經失效。
  • 馬斯克的星鏈衛星，是否會將我們美麗的夜空「撕開」
    「星鏈」計劃2015年1月，馬斯克宣布SpaceX計劃將約1.2萬顆通信衛星發射到軌道,其中1584顆將部署在地球上空550千米處的近地軌道，並從2020年開始工作。這60顆衛星的發射，也就有了我們開頭說的畫面。「星鏈」計劃自此開始進入大眾視野，也驚動了當時的天文界。一時間，爭議不斷。「星鏈」是馬斯克的一次雄心勃勃的計劃，目的是通過大量的衛星，為世界提供更好更快的網際網路服務，特別是為那些無法連接到網際網路的人們提供可靠而低價的服務。迄今為止，SpaceX公司已經發射了7批「星鏈」衛星，每次60顆衛星，共420顆。
  • 馬斯克太空「撒豆子」又一批60顆星鏈衛星上天史上最強悍火箭也...
    摘要：馬斯克火力全開，星鏈衛星正加緊部署，超獵鷹火箭已在路上 馬斯克又「放衛星」了。北京時間9月3日20時46分，馬斯克旗下太空探索公司(SpaceX)在甘迺迪航天中心39A發射點位，用一枚二手獵鷹9號火箭將60顆星鏈衛星送入預定軌道。
  • 解讀馬斯克的星鏈計劃
    的今世近些年來，馬斯克的SpaceX公司利用獵鷹九號火箭，發射了第六批星鏈衛星。目前，我們的頭頂上，一共有360顆星鏈衛星在運行。若干年後，這個數字恐怕將達到42000顆！那麼，星鏈到底是什麼呢？它為何需要這麼多衛星呢？為何馬斯克和許多國家、企業、組織都趨之若鶩、爭先恐後呢？這裡面究竟暗藏著哪些驚人的利益呢？為大家揭開星鏈的神秘面紗。
  • 剛剛,馬斯克的SpaceX成功發射第十批星鏈衛星
    「1」馬斯克無疑是世界上擁有衛星最多的男子了。由於衛星的功能與衛星所在的軌道頻率直接相關，所以即使是廣闊的太空，衛星的可用頻率軌道也依舊十分有限。「3」 聯合國有專門的機構「國際電信聯盟（ITU）」負責分配太空頻率軌道資源，以避免不同國家的衛星使用了相同的頻率軌道。
  • 一次發射60枚衛星！馬斯克「星鏈」計劃會顛覆5G嗎?
    Google和Facebook都曾試圖改善局面而遭遇困難，Google轉而向SpaceX投資10億美元，Facebook仍在研發自己的網際網路衛星系統Athena，去佔領這個市場。星鏈（Starlink）計劃的設計理念，是通過約 4000 枚相互連結的衛星和依據地理分布的地面基站，構築一個覆蓋全球的廉價太空通信系統。
  • 馬斯克的星鏈衛星,可以讓我們避免類似馬航MH370的困境
    因此，最好的選擇是通過其頂部天線與衛星連結，可是這樣卻也有不便的地方，天上的少量衛星要連接大量的飛機，從而每架飛機可使用的帶寬就變得很小，而且航空公司為此付出的費用也將是一筆無法承受的巨款。目前，有專家提出，馬斯克的星鏈衛星可以解決上述的問題，使黑匣子數據存儲在雲中成為現實。為此，我們需要首先了解一下星鏈衛星和黑匣子的工作原理。
  • 12000顆衛星!馬斯克的太空星鏈搶佔資源,中美競爭不可避免
    Stalink「星鏈」衛星服務的體驗，來證明馬斯克的衛星服務可以覆蓋在偏遠地區，並且提供快速的寬帶服務和網速的低延遲。 隨著發射衛星的增多，地球低軌道和頻率資源就會慢慢減少，根據國際上遵循「先佔先得」的理念，馬斯克的星鏈計劃龐大的衛星發射量將會佔據大部分的低地軌道，這對中國來說，還是有著相當大的壓力的，截止2017年中國才發射了187顆。
  • 馬斯克表示，星鏈衛星網絡服務或將在幾年內上市
    馬斯克在推特上表示，「我們可能會讓星鏈上市，上市時間應該就在未來幾年內，當收入增長平穩且可以預測的時候。公開市場不喜歡飄忽不定的現金流，哈哈。」今年2月，該公司總裁格溫•肖特維爾(Gwynne Shotwell)曾告訴一群投資者，「星鏈上市是一個正確的業務方向。」他補充說，SpaceX公司可能會將星鏈拆分出去。但一個月後，馬斯克淡化了這一想法，稱SpaceX並不專注於星鏈的IPO，而是「在考慮那個零」。相反，馬斯克當時表示，SpaceX的目標是讓星鏈處於未破產的狀態。
  • 馬斯克：第12批60顆星鏈衛星升空，冰哥：放衛星猶如放炮仗
    據《澎湃新聞》報導，美國東部時間9月3日8時46分，SpaceX第12批60顆「星鏈」衛星搭乘獵鷹9號火箭從佛羅裡達州甘迺迪航天中心發射升空，目前SpaceX已累計發射超700顆「星鏈」衛星。馬斯克的星鏈衛星，計劃發射12000枚近地軌道衛星，為全球偏遠地區提供高速網際網路服務
  • 馬斯克擴大領先優勢！第六批星鏈衛星升空，留給別人的機會不多了
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  • 馬斯克的網際網路衛星為什麼才一年就大批墜毀？
    墜毀的Starlink-32一部分媒體說此次事件是「SpaceX星鏈衛星集體入大氣層」，這個表述不準確。Starlink-32就是一顆衛星，只不過在焚燒之前它就已經解體，因此我們看到的是四個亮點。在Starlink-32墜毀之前，也有多顆星鏈衛星脫離軌道，並且至今已經有多達31顆星鏈衛星墜入大氣層。這些衛星中的絕大多數都是2019年發射，從這個角度說「集體進入大氣層」也對。
  • 太空狂人馬斯克的星鏈即將公測 中國衛星網際網路時代何時到來？
    近日，「太空狂人」馬斯克在社交媒體上稱，等最新一批衛星到達特定位置後，基於「星鏈」的衛星網際網路公開測試即可實施。至此，SpaceX已有775顆星鏈衛星位於北美上空。受地域、環境、成本的影響，地面通信網絡難以覆蓋人口密度較低的區域，而為了解決農村等偏遠地區沒有網絡和在飛機上用網的問題，SpaceX公司CEO馬斯克在2015年首次提出「星鏈計劃」，即向太空發射1.2萬顆衛星組成「星鏈」衛星，對地面提供網際網路服務。
  • 馬斯克的星鏈計劃
    所謂的「星鏈計劃」，就是打算在地球周圍布置12000顆衛星，從而打造一個覆蓋全球的網絡系統，為世界上每個人提供高速網際網路服務。從19年5月24到現在，一共發行了700多顆衛星。可以說，這不是說說而已，是玩真的。