SpaceX等公司建設衛星互聯網：太空垃圾可能成嚴重問題

【騰訊科技編者按】Ars Technica網站近期刊文稱，SpaceX、OneWeb和波音等公司正在建設衛星互聯網服務。為此，這些公司將發射數千顆近地軌道衛星。美國國會有參議員已經提出，這可能會造成太空垃圾的泛濫，威脅人類長期可持續的太空活動。他們呼籲，美國聯邦通信委員會對此展開討論。

以下為文章全文：

預計未來幾年，將會有數千顆衛星發射至近地軌道，以提供高速寬頻服務。然而，這些項目正在引起相關專家和政府官員的關注。他們擔心，這會導致太空垃圾問題趨於惡化。

美國聯邦通信委員會（FCC）正考慮來自SpaceX、OneWeb、波音和其他公司的衛星通信申請。不過，美國兩名參議員已提出，FCC應當與其他部門配合，防止太空垃圾泛濫。

美國國會參議員克里·布克（Cory Booker）和丹·薩利文（Dan Sullivan）致信FCC主席艾吉特·帕伊（Ajit Pai）表示：「FCC正在評估關於近地軌道衛星網路的多項申請。在這樣的情況下，我們要求，你們與美國宇航局（NASA）和聯邦航空管理局（FAA）展開正式協調，針對太空垃圾問題成立跨部門的工作組，就如何緩解這方面問題制定綜合性的國內政策。」

目前，共有1400多顆正在運行中的衛星環繞地球飛行。而包括已退出運行的衛星在內，衛星總數超過4000顆。僅SpaceX就計劃在2019年到2024年之間向1110公里至1325公里的近地軌道發射4425顆衛星，隨後還將向更接近地面的高空發射7500顆衛星。與此同時，OneWeb計劃發射720顆衛星，並且已獲得了FCC的審批。波音則提出建設包含1396至2956顆衛星的網路。SpaceX、OneWeb和波音在提交給FCC的文件中都涉及了如何減少太空垃圾的計劃。

可能的碰撞「級聯」

在致帕伊的郵件中，布克和薩利文沒有提到具體公司，但列出了需要關注的幾方面原因：

「正如你們所知，美國國防部太空監控網路目前追蹤近2.2萬個軌道碎片。軌道碎片的定義是地球軌道上不再有用的人造物體。這個數字還不包括成千上萬同樣繞地球旋轉、尺寸小於10厘米的碎片。與小至10厘米的碎片碰撞會對衛星造成災難性破壞，而小至1厘米的碎片可能會令太空飛船失靈。所有碰撞都將指數級地增加又一次碰撞的可能性，導致級聯反應，從而嚴重妨礙未來在近地軌道開展電信、國家安全，以及其他太空活動。

過去10年，兩次嚴重的衛星碰撞事故極大地增加了當前軌道上的碎片數量。模型預測表明，即使幾乎完全按照當前的緩解措施去執行，未來200年中，近地軌道的太空垃圾也將平均增長30%。各國和國際的多項研究得出結論，即太空碎片數量或許已到達臨界點。」

運營衛星寬頻網路的公司還需要獲得FCC的頻譜許可。FCC對射頻頻率的使用作出規範，防止系統之間相互干擾。不過，FCC的評估過程還需要考慮如何緩解太空垃圾問題。

目前正在計劃中的衛星網路會導致近地軌道衛星數量的大幅增加。因此，美國的參議員們正提醒FCC，「美國有義務確保，任何獲得許可的系統都不會在靠近其他系統的地方運行，從而導致太空垃圾的增加，威脅國內和國際資產，妨礙我們未來進入太空」。這些參議員還指出，NASA「正在對大型衛星網路的內部參數展開研究」，並敦促FCC利用來自這項研究的建議和最佳實踐，指導未來的衛星許可決策。

儘管如此，參議員們也承認，對於利用近地衛星給農村和網路覆蓋不足地區的美國人提供高速寬頻網的潛力感到「非常興奮」。

FCC尚未對參議員的這封郵件做出回應。

前所未有的工作

太空碎片研究者、安全世界基金會項目規劃負責人布萊恩·威登（Brian Weeden）表示，關於數千顆衛星進入近地軌道，人們的擔心是合理的。部分原因在於，「這是全新的工作，這樣的大型衛星網路是前所未有的」。「我們可能並不理解全部挑戰和所有影響。」

他認為，參議員們的建議是有利的。「因為這是全新事物，所以他們想要確保，FCC的專家與NASA和FAA的相關人員充分溝通。」不過，這些只是臨時舉措。從長期來看，美國政府應當推動授權系統的現代化發展，並確定哪個機構最適合負責太空交通管理。現階段，這個領域存在多頭管理的現象。

威登表示，傳統來看，通信衛星運行在距離赤道3.6萬公里的上空。在這個高度，衛星「幾乎永遠停留在這裡」。

對近地衛星來說，好消息在於，即使沒有被有意回收至地面，也會被自然原因脫離軌道。威登指出：「近地軌道中存在大氣阻力，因此隨時間推移，物體會離開軌道，重新進入大氣層。」

不過壞消息在於，「近地軌道上已有許多碎片」。「如果空間已經很擁擠，那麼你不會希望在這裡再放上幾千顆衛星。這裡的碎片已經非常多，如果你把碎片留在那裡，等待自然消亡，那麼可能需要幾個世紀的時間它們才會落地。」

根據國際標準，衛星應當在生命周期結束後的25年里離開軌道。威登表示，他和其他專家都認為，25年的標準應當縮短。因為這個標準是在21世紀初制定的，當時還沒有人想到，衛星數量會大量增長。

他表示：「科學家們越來越擔心，25年的標準還不夠好。而除了這個25年的標準之外，目前對這方面問題並沒有其他管理規定。」

企業的太空垃圾計劃

一個重要問題在於，如果一顆衛星提前退出運行，那麼應該怎麼辦。威登表示，OneWeb計劃將衛星發射至約500公里高空的「臨時軌道」。如果這些衛星無法正常工作，那麼可以相對容易地進行檢測，並回收至地面。

在1100公里的高空，「你不可能掏出信用卡，雇個人用一輛拖車把壞掉的衛星拖回地面。」他表示。不過他也認為，這個問題最終能得到解決。對於回收損壞的衛星，一些公司已展開相關的研發工作。

SpaceX對FCC表示，將實施一項計劃，使衛星在使用壽命接近尾聲（大約5到7年）時有序脫離軌道。這一時間遠遠短於國際標準。SpaceX的衛星「將通過推進式運動，進入一個廢棄軌道。從這個軌道處，在使命完成的1年後，衛星將在約1年內重新進入大氣層」。

這就是SpaceX對於1110公里至1325公里高空衛星的計劃。

此外，對位於335公里至346公里高空的極低軌道衛星，SpaceX認為，正常的運行不會產生任何碎片。而如果這樣的衛星出問題，那麼「大氣阻力將確保，這些碎片會很快在大氣層中解體，不會對太空活動造成進一步威脅。」

OneWeb則對FCC表示，其衛星的設計壽命至少為5年，而「任務完成後的處理操作預計將花費不到1年時間」。OneWeb還表示，該公司衛星網路的設計能避免碰撞國際空間站和太空垃圾。OneWeb將「將定期主動篩查，該公司的衛星與『聯合太空運營中心』所發布目錄中的其他太空物體是否會發生碰撞」。

那麼，OneWeb的衛星擊中其他物體，產生新太空垃圾的可能性有多大？

OneWeb表示：「OneWeb的衛星由於與小碎片碰撞而成為太空垃圾來源的風險已經得到評估，並符合NASA的技術標準。標準要求這樣的概率小於0.01。」

波音對FCC表示，每顆衛星每年都需要進行3.3次的「防碰撞機動操作」，而波音衛星出現問題的概率不到1%：

「波音利用NASA「太空垃圾項目辦公室」的碎片評估軟體來計算，超過10厘米的太空垃圾碰撞出故障衛星的可能性。在波音2056顆衛星中，如果有1%出現問題，那麼據估計，這些有問題衛星受影響的可能性為每年0.00268，或者說每10年不到2.7%。」

衛星寬頻帶來巨大潛力

對寬頻網路的普及來說，近地軌道衛星能帶來巨大的潛力。這種網路的時延與有線網路類似，因此相對於傳統衛星網路能帶來速度更快、更流暢的體驗。這在農村地區尤為重要，因為光纖網路提供商通常無法在這裡建設現代化的基礎設施。除了約25毫秒的低時延之外，SpaceX還表示，衛星將提供千兆的網速。

不過，完全的商業部署至少需要幾年時間，而在發射準備的過程中，太空碎片肯定不會是個小問題。

布克和薩利文對FCC表示：「我們對這些衛星網路的特殊潛力感到非常興奮，它們將幫助農村地區和尚未得到充分服務的美國人上網。然而，迅速採取行動，緩解越來越多衛星群相互碰撞的風險，對於確保太空環境的長期可持續發展來說至關重要。」（編譯/陳樺）

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