SpaceX等公司建设卫星互联网：太空垃圾可能成严重问题

【腾讯科技编者按】Ars Technica网站近期刊文称，SpaceX、OneWeb和波音等公司正在建设卫星互联网服务。为此，这些公司将发射数千颗近地轨道卫星。美国国会有参议员已经提出，这可能会造成太空垃圾的泛滥，威胁人类长期可持续的太空活动。他们呼吁，美国联邦通信委员会对此展开讨论。

以下为文章全文：

预计未来几年，将会有数千颗卫星发射至近地轨道，以提供高速宽带服务。然而，这些项目正在引起相关专家和政府官员的关注。他们担心，这会导致太空垃圾问题趋于恶化。

美国联邦通信委员会（FCC）正考虑来自SpaceX、OneWeb、波音和其他公司的卫星通信申请。不过，美国两名参议员已提出，FCC应当与其他部门配合，防止太空垃圾泛滥。

美国国会参议员克里·布克（Cory Booker）和丹·萨利文（Dan Sullivan）致信FCC主席艾吉特·帕伊（Ajit Pai）表示：“FCC正在评估关于近地轨道卫星网络的多项申请。在这样的情况下，我们要求，你们与美国宇航局（NASA）和联邦航空管理局（FAA）展开正式协调，针对太空垃圾问题成立跨部门的工作组，就如何缓解这方面问题制定综合性的国内政策。”

目前，共有1400多颗正在运行中的卫星环绕地球飞行。而包括已退出运行的卫星在内，卫星总数超过4000颗。仅SpaceX就计划在2019年到2024年之间向1110公里至1325公里的近地轨道发射4425颗卫星，随后还将向更接近地面的高空发射7500颗卫星。与此同时，OneWeb计划发射720颗卫星，并且已获得了FCC的审批。波音则提出建设包含1396至2956颗卫星的网络。SpaceX、OneWeb和波音在提交给FCC的文件中都涉及了如何减少太空垃圾的计划。

可能的碰撞“级联”

在致帕伊的邮件中，布克和萨利文没有提到具体公司，但列出了需要关注的几方面原因：

“正如你们所知，美国国防部太空监控网络目前追踪近2.2万个轨道碎片。轨道碎片的定义是地球轨道上不再有用的人造物体。这个数字还不包括成千上万同样绕地球旋转、尺寸小于10厘米的碎片。与小至10厘米的碎片碰撞会对卫星造成灾难性破坏，而小至1厘米的碎片可能会令太空飞船失灵。所有碰撞都将指数级地增加又一次碰撞的可能性，导致级联反应，从而严重妨碍未来在近地轨道开展电信、国家安全，以及其他太空活动。

过去10年，两次严重的卫星碰撞事故极大地增加了当前轨道上的碎片数量。模型预测表明，即使几乎完全按照当前的缓解措施去执行，未来200年中，近地轨道的太空垃圾也将平均增长30%。各国和国际的多项研究得出结论，即太空碎片数量或许已到达临界点。”

运营卫星宽带网络的公司还需要获得FCC的频谱许可。FCC对射频频率的使用作出规范，防止系统之间相互干扰。不过，FCC的评估过程还需要考虑如何缓解太空垃圾问题。

目前正在计划中的卫星网络会导致近地轨道卫星数量的大幅增加。因此，美国的参议员们正提醒FCC，“美国有义务确保，任何获得许可的系统都不会在靠近其他系统的地方运行，从而导致太空垃圾的增加，威胁国内和国际资产，妨碍我们未来进入太空”。这些参议员还指出，NASA“正在对大型卫星网络的内部参数展开研究”，并敦促FCC利用来自这项研究的建议和最佳实践，指导未来的卫星许可决策。

尽管如此，参议员们也承认，对于利用近地卫星给农村和网络覆盖不足地区的美国人提供高速宽带网的潜力感到“非常兴奋”。

FCC尚未对参议员的这封邮件做出回应。

前所未有的工作

太空碎片研究者、安全世界基金会项目规划负责人布莱恩·威登（Brian Weeden）表示，关于数千颗卫星进入近地轨道，人们的担心是合理的。部分原因在于，“这是全新的工作，这样的大型卫星网络是前所未有的”。“我们可能并不理解全部挑战和所有影响。”

他认为，参议员们的建议是有利的。“因为这是全新事物，所以他们想要确保，FCC的专家与NASA和FAA的相关人员充分沟通。”不过，这些只是临时举措。从长期来看，美国政府应当推动授权系统的现代化发展，并确定哪个机构最适合负责太空交通管理。现阶段，这个领域存在多头管理的现象。

威登表示，传统来看，通信卫星运行在距离赤道3.6万公里的上空。在这个高度，卫星“几乎永远停留在这里”。

对近地卫星来说，好消息在于，即使没有被有意回收至地面，也会被自然原因脱离轨道。威登指出：“近地轨道中存在大气阻力，因此随时间推移，物体会离开轨道，重新进入大气层。”

不过坏消息在于，“近地轨道上已有许多碎片”。“如果空间已经很拥挤，那么你不会希望在这里再放上几千颗卫星。这里的碎片已经非常多，如果你把碎片留在那里，等待自然消亡，那么可能需要几个世纪的时间它们才会落地。”

根据国际标准，卫星应当在生命周期结束后的25年里离开轨道。威登表示，他和其他专家都认为，25年的标准应当缩短。因为这个标准是在21世纪初制定的，当时还没有人想到，卫星数量会大量增长。

他表示：“科学家们越来越担心，25年的标准还不够好。而除了这个25年的标准之外，目前对这方面问题并没有其他管理规定。”

企业的太空垃圾计划

一个重要问题在于，如果一颗卫星提前退出运行，那么应该怎么办。威登表示，OneWeb计划将卫星发射至约500公里高空的“临时轨道”。如果这些卫星无法正常工作，那么可以相对容易地进行检测，并回收至地面。

在1100公里的高空，“你不可能掏出信用卡，雇个人用一辆拖车把坏掉的卫星拖回地面。”他表示。不过他也认为，这个问题最终能得到解决。对于回收损坏的卫星，一些公司已展开相关的研发工作。

SpaceX对FCC表示，将实施一项计划，使卫星在使用寿命接近尾声（大约5到7年）时有序脱离轨道。这一时间远远短于国际标准。SpaceX的卫星“将通过推进式运动，进入一个废弃轨道。从这个轨道处，在使命完成的1年后，卫星将在约1年内重新进入大气层”。

这就是SpaceX对于1110公里至1325公里高空卫星的计划。

此外，对位于335公里至346公里高空的极低轨道卫星，SpaceX认为，正常的运行不会产生任何碎片。而如果这样的卫星出问题，那么“大气阻力将确保，这些碎片会很快在大气层中解体，不会对太空活动造成进一步威胁。”

OneWeb则对FCC表示，其卫星的设计寿命至少为5年，而“任务完成后的处理操作预计将花费不到1年时间”。OneWeb还表示，该公司卫星网络的设计能避免碰撞国际空间站和太空垃圾。OneWeb将“将定期主动筛查，该公司的卫星与‘联合太空运营中心’所发布目录中的其他太空物体是否会发生碰撞”。

那么，OneWeb的卫星击中其他物体，产生新太空垃圾的可能性有多大？

OneWeb表示：“OneWeb的卫星由于与小碎片碰撞而成为太空垃圾来源的风险已经得到评估，并符合NASA的技术标准。标准要求这样的概率小于0.01。”

波音对FCC表示，每颗卫星每年都需要进行3.3次的“防碰撞机动操作”，而波音卫星出现问题的概率不到1%：

“波音利用NASA“太空垃圾项目办公室”的碎片评估软件来计算，超过10厘米的太空垃圾碰撞出故障卫星的可能性。在波音2056颗卫星中，如果有1%出现问题，那么据估计，这些有问题卫星受影响的可能性为每年0.00268，或者说每10年不到2.7%。”

卫星宽带带来巨大潜力

对宽带网络的普及来说，近地轨道卫星能带来巨大的潜力。这种网络的时延与有线网络类似，因此相对于传统卫星网络能带来速度更快、更流畅的体验。这在农村地区尤为重要，因为光纤网络提供商通常无法在这里建设现代化的基础设施。除了约25毫秒的低时延之外，SpaceX还表示，卫星将提供千兆的网速。

不过，完全的商业部署至少需要几年时间，而在发射准备的过程中，太空碎片肯定不会是个小问题。

布克和萨利文对FCC表示：“我们对这些卫星网络的特殊潜力感到非常兴奋，它们将帮助农村地区和尚未得到充分服务的美国人上网。然而，迅速采取行动，缓解越来越多卫星群相互碰撞的风险，对于确保太空环境的长期可持续发展来说至关重要。”（编译/陈桦）