天上没交警、卫星多，怎样避免出“车祸”

欧洲风神卫星

最近，欧空局对地球科学卫星“风神”进行了轨道机动，以避免与美国空间探索技术公司的“卫星链”发生碰撞。

欧空局对这次行动不满意。他们曾希望“卫星链”卫星会让位，但空间探索技术公司并没有弥补这一不足，他们不得不改变卫星的轨道。这种事情哪怕只有一次也没问题，但他们必须担心未来。该机构在其推文中称，一旦更多的卫星进入轨道，比如那些“星链”和其他计划中的大型星座项目，这种避免潜在碰撞的“人工”方法将无法持续。

这种担忧并非没有道理。国家空间探索技术首席科学通信专家庞志浩告诉《每日科学》说，到目前为止，已经发射了8000多艘航天器，1500多艘在轨道上。然而，近年来，一些空间机构提出了各种巨大的星座项目。例如，“星链”星座计划发射12，000颗卫星，相当数量的卫星将部署在500多公里高度的低地球轨道上。这可能会大大增加卫星碰撞的可能性。

历史上只有一次卫星“车祸”。

卫星碰撞确实发生了。2009年2月，美国铱星33号在西伯利亚上空近800公里的高度撞上了俄罗斯已经报废的宇宙-2251号卫星。这是迄今为止人类太空史上唯一的一次卫星对卫星碰撞。

冲击的结果相当悲惨。两颗卫星分别重560公斤和900公斤，每颗都以每秒7.9公里的第一宇宙速度飞行。铱星不仅在撞击后被“杀死”，还产生了大量碎片，散落在数百公里至1000多公里的太空中，影响了随后的太空计划。

然而，这种“车祸”的概率并不高。试想，即使是在枪林弹雨的战场上，两颗子弹相撞的概率是多少，更别说在广阔的太空中有少量的卫星了？

虽然沈峰和星际链之间有危险，但碰撞的可能性很小。根据美国空间标准和创新中心的“卫星轨道会合空间威胁遭遇评估报告”，两颗卫星将在东部时间9月2日上午7点多以每秒14.4公里的相对速度“经过”。最近的距离约为4公里，碰撞的概率不到百万分之一。

中国航天科技集团第五研究院综合部轨道总设计师高山告诉《科学日报》，卫星运行的轨道有很多种。例如，根据轨道高度，它可分为2000公里以内的低地球轨道、20000公里左右的中高轨道和36000公里左右的地球静止轨道。

甚至低地球轨道上的卫星也有不同的轨道。从偏心率来看，有圆形轨道、近圆形轨道和椭圆形轨道。从轨道倾角来看，有绕地球“环带”飞行的赤道轨道，几乎垂直于赤道并穿过地球两极的极轨，以及轨道倾角与赤道在水平和垂直之间关系的倾斜轨道。

因此，在不同高度和轨道飞行的卫星需要大量的预定才能同时在广阔的空间相遇。

虽然碰撞的概率很低，但是避免碰撞是非常麻烦的。

尽管卫星碰撞的可能性很低，但空间碎片是不可避免的。看过电影《地心引力》的朋友一定对这些太空垃圾的威力印象深刻。

2009年美俄卫星相撞后，双方对事故的责任有争议，但后来美国承认其在预警方面的疏忽。负责追踪太空碎片的美国国防部事后表示，当时有18，000块太空碎片。国防部无法逐个追踪它们，也无法预测这样的碰撞。

高山说，在地球附近已经记录了超过50，000个废弃的航天器和空间碎片。

然而，人类监测空间碎片的能力也大大提高了。庞志浩说，一些国家合作建设地面空间监视系统，通过雷达、光学和其他手段监测在轨航天器和空间碎片的动态。

2010年9月，美国还发射了天基空间监视系统的第一颗卫星，使其能够与地面系统合作，形成天地一体的空间监视网络。随后，加拿大、德国、意大利和其他国家也在其空间方案中启动了天基空间碎片监测尝试。

以更精确的空间监测为基础，人类有更强的能力来预测宇宙飞船的风险并帮助他们避免风险。

高山说，在航天器设计中有一个被称为“空间碎片防护”的特殊领域，它使用高强度材料在航天器表面增加一层“装甲”。此外，在设计航天器布局时，还将考虑避免暴露相对脆弱的部件。这样，当遇到相对较小的空间碎片时，航天器具有一定的阻力。

面对巨大的空间碎片，要求航天器采取主动规避行动。为此，国际空间站和天宫二号都改变了轨道。

庞志浩说，这颗卫星本身有一个螺旋桨，并有能力改变轨道。例如，当一颗卫星被火箭发射到预定轨道后，它需要自己的发动机点火并飞向最终的工作轨道。还有一些遥感卫星根据任务要求执行轨道机动，并观察指定位置。

高山说，为了避免障碍和进行变轨，需要提前做好准备。一般来说，空间监视系统会提前几天发现卫星可能遇到的危险，并发出预警。然后，该系统将持续监测相关卫星和空间碎片的动态，并持续更新数据。地面飞行控制人员需要提前制定适当的计划。如果确定了碰撞风险，应在适当的时间以最低的成本采取措施。毕竟，轨道机动需要消耗燃料，这直接关系到卫星的工作寿命。

庞志浩说，航天器通常的规避计划是略微提高轨道高度。这一次沈峰也是如此。当两颗卫星相隔半圈时，欧空局提高了沈峰的轨道高度，使其能够飞越“星链”的顶端。

但是这种轨道变化也很麻烦。欧空局后来抱怨道:“这些避免碰撞的演习需要大量时间来准备，包括确定所有在用航天器的未来轨道位置，以及计算碰撞风险和各种行动的潜在后果。”

卫星运营管理要“守规矩”，不要一头扎下去

在设计新的在轨卫星时，是否会考虑避免与在轨卫星碰撞？

高山说，不，目前的轨道设计仍然集中在任务要求。

毕竟，太空远没有被阻挡到卫星需要“绕道工作”以避免“碰撞”的地步。

庞志浩说，与低地球轨道卫星相比，地球静止卫星之间的空间有一定的国际要求，因为轨道资源更加有限。然而，这并不是为了防止卫星相撞，而是主要为了避免卫星之间的频率干扰。

美俄卫星相撞后，美国宇航局约翰逊航天中心空间碎片研究专家马特内曾抱怨道:“我们知道这种事情迟早会发生，未来几十年卫星空间碰撞问题将会越来越突出。”

没错。随着人类空间活动的迅速发展，如果未来每年都有数百颗卫星涌入，同时产生更多的空间碎片，总有一天广阔的轨道空间会出现拥堵。

高山说，如果轨道环境拥挤到一定程度，卫星的轨道参数可以优化和调整，例如，提高几公里，以避免“拥挤的道路”。同时，她认为更重要的是在卫星运行管理中遵守“交通规则”，而不是增加障碍或混乱，并加强对空间物体的监测。

记者了解到，北京飞行控制中心等中国负责航天器在轨运行管理的单位近年来致力于发展智能化和自主化，管理能力和水平不断提高。

欧空局和空间探索技术公司还声称，他们正在研究依靠人工智能或自主系统帮助卫星避免碰撞的技术。

此外，许多人对数万颗卫星的庞大计划表示怀疑。有必要吗？毕竟，这么多卫星报废后会变成无法控制的太空垃圾，这不可避免地对太空环境构成威胁。