往天上“撒星星”,太空会“拥堵”吗?

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2019年5月24日,美国太空探索技术公司SpaceX向天空喷洒了大量的“星星”。 Starlink计划的前60颗卫星是通过Falcon 9火箭发射的。 6月28日,该公司的发言人公开宣布,60颗卫星中的45颗已从地面进入550公里的轨道,三颗卫星失去联系。

此次发布是Star Link计划推出的第一步。未来,SpaceX将继续分批发射数千颗卫星,形成一个网络。 “Star Link计划将在全球范围内提供可靠且价格合理的高速宽带服务。”该公司通过社交媒体表示。

散装发射卫星的想法不仅适用于SpaceX。在全球范围内,许多强大的机构和公司正在考虑发射多颗卫星,以形成互联网或物联网并提供应用。

在接受《中国科学报》采访时,中国科学院微卫星创新研究所微卫星创新研究所副所长张可可表示,从技术角度来看,可以实现大规模生产和发射卫星, “但这取决于这个问题。”是否“具有成本效益”。“

实际上,如何在太空中实现“点”,是否“具有成本效益”,以及如何尽可能少地确保空间碎片的产生是一个必须面对的问题。

批量启动也会看到用户需求

自1957年世界上第一颗人造卫星飞入太空以来,人类创造了一项新记录:航天器正朝着低功耗和高集成度的方向发展。网络设计规模日趋成熟,卫星发射的性价比逐步提高。提高。

根据与地球表面的距离,卫星可分为中高轨道卫星(2000~km)和低轨道卫星(500~2000km)。以卫星通信为例,近年来,高轨道卫星通信网络的建设基本完成,人们已将注意力转向低延迟卫星,允许更多用户接入。然而,如果低轨道卫星需要实现更宽的覆盖范围,则需要分批发射它们以形成相对密集的星座网络。

目前,单个实用的商用微纳米卫星的成本约为数千万。张可可说,卫星的大规模发射是一种“更具成本效益”的运行,因为它可以减少和分担发射每颗卫星的成本。这就是为什么SpaceX发射的前60颗卫星正在通过猎鹰9号火箭。

星际连锁计划使用一块重达227公斤的平板卫星折叠成一张桌子。进入轨道后,这些卫星的太阳能电池板将展开。这种堆叠式设计最大限度地提高了Falcon 9火箭的容量。

将来,SpaceX将继续以“60箭?贰蹦J椒⑺臀佬恰8莞霉镜墓妫琒tar Chain计划在开始提供商业服务之前推出800颗左右的卫星。

张可可告诉记者,为了降低卫星发射的成本,有必要“尽可能”“发挥”卫星“更快更多”。这也意味着必须有效地进行卫星制造和火箭发射工作。 “利润是最终的经济指标。卫星的大规模生产和工业生产是其中一种手段。批量生产将实现效率提升和成本控制,并间接保证合理的利润,“他说。

然而,尽管可以在技术层面实现卫星的大规模传输,但更重要的是满足目标用户的需求并具有足够的市场容量。

对于从事空间科学实验的研究人员来说,大规模发射卫星意味着可以大大缩短实验周期,并且可以大大提高实验频率。但是,目前,需求对象并不明显。

张明辉,中国科学院上海硅酸盐研究所副研究员,多年来一直从事空间材料和实验技术研究。在一次采访中,他说:“批量发射卫星意味着你可以进行大量的科学实验。找到合适的用户并筛选正确的科学项目是一项耗时的任务。另外需要考虑的是成本,即发射的成本。谁来承担这个问题。“

干扰观察?可以通过技术手段规避

当星际链计划完成十几次发射任务时,大量的低轨道卫星将密集地覆盖地球表面。这会影响其他研究人员的观察吗?一些研究人员表示《中国科学报》会造成一定程度的干扰,但可以通过一系列技术手段减轻或规避干扰。

以射电天文观测为例,观测设备将根据现有卫星数据库对卫星产生的干扰进行分类。当卫星的固定频率覆盖观测到的频率时,它将影响接收机的操作。可以在观察到的数据中直接识别该异常信号。

当干扰强度等级高时,可以通过暂时关闭接收器来避免该效果。然而,低轨道卫星可以以高达每秒几公里的速度运行。因此,虽然卫星在运输过程中会受到一些干扰,但大多数卫星都会持续很短的时间,从几分钟到十分钟不等。对于在单一方向上长时间观测的天文研究,可以在数据处理期间消除移动卫星产生的干扰。

除了天文观测外,还会有大量卫星带来光污染吗?

张可可说卫星本身就在运转。如果观测者的位置,卫星和地面上的太阳形成特殊的空间几何关系,卫星将处于镜面状态。 “这一时刻将更加光明,但这个特殊的位置。关系的持续时间不会太长。”

通过调整卫星也可以避免由于反射引起的干扰。例如,改变卫星的结构设计,对卫星外表面材料进行特殊处理,调整卫星空间的姿态和模式,使卫星“降低”,实现从镜面到漫射的转换。

回收或自毁,制造“智能”卫星

虽然卫星不会造成严重的光污染,但空间现有的空间碎片值得警惕。发射几颗卫星后,如何尽可能少地制造空间碎片?回收或“中断”是解决方案。

张明辉告诉记者,科学实验中使用的一些卫星在设计之初就考虑了回收问题。中国是世界上第三个掌握卫星回收技术的国家。目前,它在轨道控制技术和制动技术方面取得了很多进展。

回收是一项复杂的系统工程。张明辉说,卫星回收对运载火箭的导航精度要求很高,只有在正确的时间达到正确的轨道才能实现回收。在正式恢复之前,卫星还需要调整其姿态,离开原始轨道并转移到过渡轨道进行自由落体运动。经过几次减速后,它将降落在陆地或海洋中。

更多卫星的命运正在燃烧。当卫星脱轨进入大气层时,由于电阻的增加,其速度急剧下降,并且壳体的温度急剧上升并在与大气接触后燃烧。 SpaceX发言人表示,Star Link计划中丢失的卫星将被重力“吸入”并在燃料耗尽后烧毁。

张可可说,大多数低轨道卫星都在距离地球500到1000公里的范围内“堆积”。一方面,它将导致太空“交通拥堵”。另一方面,如果失败的航天器不会脱轨,它可能会逐渐分解并产生厘米,毫米和纳米级碎片,这是由于撞击造成的。如果轨道上的卫星被击中,可能会造成划痕和凹坑,但可能会直接损坏。

据统计,世界各国发射的卫星数量近万颗,目前轨道卫星数量超过1700颗,空间碎片数量远大于此。避免产生更多空间碎片已成为国际共识。

为了减少太空垃圾,中国在“十五”期间开始严格控制太空活动产生空间碎片,并提出《空间碎片行动计划(20062010)》,在“十二五”期间,专门设立“空间碎片控制技术标准和规范“项目。

随着商业航空航天的前景越来越广泛,已经制定了更详细的任命和政策。 “例如,低轨道卫星在达到一定的使用寿命(实际使用寿命为25年)后需要具有偏离轨道的能力,除了减少空间碎片外,它们还将为后续卫星释放更有效的轨道空间。 “。张可可说。

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