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卫星商业价值的尽头,谁来善后?

2022-02-28 科技
近日,SpaceX 遭受了一场突如其来的大事故,其不久前发射的49颗卫星,其中40 颗因一场太阳耀斑辐射而掀起的地磁风暴被毁。近乎失去发射任务的全部卫星,这也是近年来最大的一起卫星安全事故。据悉每颗卫星的造价在……

近日,SpaceX 遭受了一场突如其来的大事故,其不久前发射的49颗卫星,其中40 颗因一场太阳耀斑辐射而掀起的地磁风暴被毁。近乎失去发射任务的全部卫星,这也是近年来最大的一起卫星安全事故。据悉每颗卫星的造价在50万美元左右,加上火箭运输的成本等,损失总计在2亿元左右。

SpaceX的星链计划是在2014年发起的,计划发射12000颗卫星,截至2022年1月15日,星链卫星在轨正常运行的数量是1800颗,有272颗已经进入轨道等待激活,而其余的200多颗卫星已经失联。失联的卫星和不停发射上轨的卫星间似乎没有喘息的空间。

商业太空热也是近年来最为明显的一股潮流,无论是太空旅游还是火箭、卫星的发射等,一片欣欣向荣。

卫星商业价值的尽头,谁来善后?

除了SpaceX的万颗卫星的计划部署外,亚马逊的太空星座Kuiper计划也向美国通信委员会申请增加部署4500多颗卫星,总计规模达7700多颗。阿斯特拉(Astra)公司的卫星申请数量多达13620颗,OneWeb和波音也分别新申请了6372颗和5789颗卫星。这些航空领域的新贵与巨头企业们互不相让,都涌入了拥挤的新太空时代。

据统计,目前大约有3万颗卫星在轨环绕地球飞行,而在过去的两年里,航空航天公司已经向地球轨道发射了近2000颗互联网卫星,申请“上线”的卫星不断在增加。这么多的卫星要上天,有限的地球轨道能不能承受住这些商业热潮呢?

01气候与安全的威胁

大量上天的卫星在商业价值上还未开始大显神通,宣传方面的服务宗旨也没有看到什么成果与水花,但已经给行业带来不小的震荡,市场中不乏抱怨的声音:大量的卫星对科研、气候的破坏日益加重。

1. 影响天文学家的观测与研究。研究人员预计,随着更多卫星的发射,观测被干扰的问题将变得更加严重。例如2019年,加利福尼亚州霍桑市的SpaceX公司发射的第一批星链互联网卫星在天文图像中的亮度超出预期,对许多天文学家的研究产生影响。

许多天文学家的研究会更加困难、耗时和昂贵。因为卫星的干扰,研究人员不得不重新设计购买设备进行观测。尽管卫星在设计时会考虑一些光线的反射问题,减少卫星的可见性,但天文学家表示,这些卫星仍然会干扰观测。

2. 人造卫星会对大气和全球气候产生影响。卫星的制造原料中铝应用的很广泛,退役的卫星再入大气层时燃烧生成的氧化铝,会严重的消耗臭氧,不仅导致臭氧吸收紫外线的能力变弱,也会改变大气层的反照率,对全球的气候产生影响。

据星链计划的卫星寿命计算,平均每天进入地球大气的卫星将重达 2.2 吨,留在大气中的氧化铝会随着时间推移不断增加。美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的研究者指出,几十年后巨型卫星星座燃烧所积累的污染物带来的气候影响,或许会与目前化石燃料燃烧引起的气候变化相当,这种可能性无法排除。

3. 卫星碎片的碰撞风险。人造卫星在极端紫外线辐射下的自然风化,会产生许多的太空垃圾和残骸,这些太空残骸碎片会对在轨的航天器产生威胁。除了自然风化的风险外,人造卫星服役寿命完结时,弃置摧毁的过程也会产生非常多的碎片,成千上万的人造卫星积累的垃圾问题不容小觑,带来各种潜在的碰撞风险。

随着越来越多的卫星被送上太空,带给气候与科研越来越多的问题。在太空中,人造卫星、航天器和碎片残骸沿着各种不同的轨迹飞行,因为碎片的积累,近地轨道也被戏称越来越像高峰时间段拥堵的高速公路。

欧洲航天局表示,一个微生物大小的碎片在航天器中可能只留下一个凹痕,但若换成豌豆大小的碎片,就可能会导致关键的飞行系统失灵。如果是乒乓球大小的残骸,将是一起灾难。乒乓球大小的太空垃圾会导致空间站迅速降压,威胁空间站与宇航员的安全。

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我们知道卫星界的巨无霸星链计划部署约3万颗卫星,同行无不担忧。发射的两千多颗卫星已经造成了太空50%的碰撞事故。随着后期数万颗的太空卫星上轨,带来的后果不难想象。

太空拥堵与垃圾的问题已日益凸显。根据伦敦自然历史博物馆的数据,地球轨道上至少包含1.28亿个碎片,其中直径在10厘米以上的碎片多达34000个。这些还只是大到足以探测到的碎片,当然也存在许多较小没被发现的碎片。

卫星的数量日益增多,带来的风险也就越多。耗费巨资送上太空的各类航天器、也包括正在服役的卫星都会被影响。那么如何改善这个现状呢?

02缝缝补补的改良措施

对于这些不断上天的卫星和其潜在的安全威胁,国际组织也一直在探讨更多的可能与解决方案。科学家们开始与联合国合作,希望构建卫星巨型星座的新标准,以遏制其对科研的干扰与影响。

意大利帕多瓦大学天文学家、国际天文学联合会(IAU)前秘书长Piero Benvenuti和其他天文学家一直致力于通过国际天文学联合会提高国际上对人造巨型星座如何影响科学家和公众的认识。他们称,这样做的目的不是为了让天文学家和卫星公司对立,而是要为如何公平地利用外层空间的共享区域构建一个蓝图。

在去年7月12日至16日举行的一场关于卫星星座的虚拟会议(SATCON2)上,科学家们讨论了这些和其他议题。这些讨论可能会帮助科学家和公众,应对数量激增的新卫星涌入太空建立一个框架。

作为被不断诟病与投诉的卫星企业来说,也在根据投诉的意见不断改良卫星的设计。SpaceX试验了几种能使卫星变暗的方法,目前发射的所有星链卫星都带有遮阳板,这样当太阳光反射出去时,卫星就不再那么显眼了。

对于卫星的亮度阈值,天文学家和包括SpaceX在内的几家商业卫星公司代表也商定了标准。该阈值比人眼在黑暗的天空中所能看到的亮度要稍微弱一些。西雅图华盛顿大学的天文学家Meredith Rawls说,星链卫星的亮度已经接近这个阈值,但目前还没有达到。

不过遗憾的是这个阈值的标准也完全不能避免对科研的影响。即使卫星企业按照标准制造的卫星仍然会被仪器捕捉和产生影响,尤其是对观测大片天空的望远镜。Vera C. Rubin天文台是美国在智利建造的一个大型望远镜,它所拍摄的图像中有40%可能会在黄昏和黎明时被卫星条纹破坏。一些卫星的传输信号也可能会干扰射电望远镜。

因为目前还没有管理卫星对夜空影响的法律,所以这些影响和破坏没法完全遏制。只能通过联合国的调节和处理来达成一些共识。

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对于卫星的亮度改善缝缝补补的措施一直在改进,而对于太空垃圾的处理,科学家通过跟踪定位这些太空垃圾,告诉准备上天的企业与国家,应该在什么时候让航天器避开飞速来袭的碎片。除此之外,研究人员也在开发各种清理太空垃圾的方法,比如使用钩子、网和磁铁将太空垃圾拽回地球大气层。

这些方法可以改善一些卫星带来的影响,不过也都只是善后的方式,从根本上来说,还需要立法层面来遏制无限增发的卫星数量问题。无论是科研还是垃圾、气候等问题,卫星的数量保持一个限制,就可以从根源上来解决这些问题。

03卫星的商业价值尽头

科技企业争相发射卫星,都在瞄准卫星通信网络的建设。大量低轨卫星组成的通讯网络,可以实现全球通信的覆盖,满足一些空中、海上、沙漠、森林等边远地区的网络覆盖,提高网络数据的服务宽度和深度。据悉,2019年全球有43亿人次乘坐飞机旅行,对于空中的网络服务需求旺盛,卫星潜在的商业价值巨大。

除了这些应用外,卫星也可以将通信网络辐射到未被地面网络覆盖的人群。根据联合国披露的数据,全球仍有数30亿的人口没有与互联网连接。铺设光纤的成本相对于卫星来说,昂贵许多,卫星的存在对于地面尚未接触互联网的人群来说,十分有价值。

卫星产业链在科技与需求的驱动下,快速地成熟。但我们真的需要这么多的卫星吗?商业竞争的硝烟在太空燃起,太空不同于地面,对于商业竞争下的牺牲品来说,数以千计万计的卫星后续处理就很麻烦了。虽然很多卫星企业都宣称在退役后有完备的销毁机制,不会残留太空垃圾。但目前各种太空垃圾的充斥,都显眼地低诉着嘴炮不可信。销毁机制并不能完全遏制太空垃圾的产生,更何况其存在本身对科研和未来气候的影响。

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当然,数量不断增多的卫星,在商业价值的尽头,也有一些军事、空域资源的抢占考量。因为卫星频率和轨道资源是全球共享的,按照国际电信联盟的规定,卫星频率与轨道的分配机制谁抢谁得,也在某些方面影响了卫星争相上天的局面。在这其中,不乏一些拥有技术优势的企业在商业价值应用方面包装一层外衣,挂羊头卖狗肉。

商业、军事价值的利益、先发优势等都成为企业竞相上轨的理由。消费者对卫星“太空互联网”的期待,核心是聚焦于数据服务,比如远程互联网、物联网技术等等。到具体产业端,目前也没有看到这类服务的规模商业化成功运营,而是不断增发和停用失联的卫星。留给这些卫星企业还能作妖的时间究竟多久呢?

人类十分擅长高估自然的承受能力,低估自身改变环境的手段。我们在海洋污染和全球气候变暖的变化中已经尝到了苦头,直到现在仍在不断补救和改善中。

对于开发太空领域的代价,能不能预先吸取下经验教训,不要再重蹈覆辙。太空全球互联的愿景与商业利益的尽头,局势开始变得逐渐不可控,太空商业竞争后的一地鸡毛,谁来为我们善后呢?

本文来自微信公众号“脑极体”(ID:unity007),作者:燕良,经授权发布。