SpaceX星链进展迅猛？3%的故障“死星”让人担忧，

近日，SpaceX发射了“星链”（Starlk）低轨宽带星座的第15组共60颗卫星，将总共895颗“星链”组网卫星送入轨道。仅在10月份，SpaceX就已进行了3次“星链”组网发射，共把180颗卫星送入轨道。根据其最新计划，SpaceX在十年结束前将一个由42000颗卫星组成的星座送入轨道。这种速度无疑让人惊叹！

可惜的是，这种对“速度”的追求目前似乎成为了一种“只管开发不顾后果”的大跃进，背后的隐患被忽视了。卫星一批接一批密集发射，除了此前引起众多关注的光污染和无线电频率干扰(RFI)，更让人担心的还有这些卫星本身“危险”的故障率。

据最新消息，Starlk星座目前约有3%的卫星被证明是无反应的，在轨道上不再机动，它们已经成为“太空垃圾”，可能会对其他在轨卫星和航天器造成巨大危害。

根据SpaceX今年夏天(5月中旬和6月下旬)向美国联邦通信委员会(FCC)发出的两份通知，该公司的几颗卫星自部署以来，竟然已经失去了机动能力！

卫星物联网的“凯斯勒”隐患

太空垃圾的存在已经成为了让各国航天界的“头疼事”。甚至有人预测，再如此下去，可能在某一时刻这些卫星和太空垃圾会遭遇大规模的“死亡”，然后形成环绕和地球的“太空垃圾带”。而一旦被包围，地球生物和航天器可能“插翅难飞”，人类只能被自己创造的太空垃圾“围城”困住。这种“末日景象”想想就让人头皮发麻！

事实上，随着航天器上天越来越多，早已有人注意到了这种威胁。凯斯勒现象（Kessler Syndrome）是以美国宇航局科学家Donald J. Kessler名字命名的，他在1978年提出了这种“太空困境”，直指太空设备在轨道上的碰撞所带来的威胁。

这些会导致灾难性的摧毁破碎和爆炸过程——这又产生了更多的碎片，进而导致进一步的碰撞和破裂。考虑到故障率率和SpaceX的长期“巨型星座”计划，这一困境似乎难以避免。

而且SpaceX并不是唯一一家正在推动发射大量互联网卫星的公司。OneWeb已经为其计划中的48,000个星座发射了74颗卫星，亚马逊计划为其柯伊伯卫星舰队发射3200多颗卫星。目前还不清楚这些星座还会在轨道上留下多少报废的卫星。

由于没有人能够操纵它们，失效的卫星有时会冲向其他航天器——包括国际空间站及其宇航员。

即使一颗卫星与另一颗没有载人的卫星相撞，也会造成危险的情况。

在美国宇航局和空军进行的模拟太空碎片碰撞测试中，一枚碎片击中了一个航天器模型。

这不是第一次发生这样的爆炸，而且不需要很多很严重的爆炸就会加剧隔阂问题。2007年，中国试射了一枚反卫星导弹，炸毁了自己的一颗气象卫星。两年后，一艘美国飞船和一艘俄罗斯飞船意外相撞。仅这两个事件就使近地轨道上的大型碎片数量增加了约70%。印度在2019年进行了反卫星导弹试验，爆炸产生了大约6500个比橡皮擦还大的碎片。

总而言之，超过500次这样的“碎片事件”在地球轨道上制造了近1.3亿个碎片。这些碎片以每小时17500英里的速度环绕地球飞行，大约是子弹速度的10倍。

这不仅是机器人航天器的问题，也是载人航天器的问题。就在上个月，一块碎片在距离足球场大小的空间实验室不到一英里的地方倾斜。为了避免碰撞，任务控制人员点燃了一艘附加的俄罗斯货运飞船的推进器，以操纵空间站避免可能的伤害。三名宇航员用联盟号飞船将自己密封在国际空间站的一个部分内，这样他们就可以在碎片撞击时逃生。

“奋进号”（Endeavour）航天飞船在执行任务后发现了一块太空碎片击中了它的散热器。进洞时大约0.25英寸宽，出洞时却是它的两倍大。

如果太空垃圾问题变得极端，一连串的碰撞可能会失去控制，环绕地球形成一个几乎无法通过的碎片场，使得所有地球航天器都无法再飞出太空，将人类“锁”死在地球上。这种碎片可能需要数百年甚至是数千年才能落回地球大气，使航天飞行安全。这可能正成为一个巨大的隐患。

3%一个让人胆战心惊的数字

Starlk星座带来的这种威胁实实在在地存在，而目前似乎还没有什么像我们平时打扫垃圾一样干脆利落的方法。

更糟心的是，SpaceX没有提供足够的信息，来表明哪些卫星受到了影响。基于这个原因，哈佛-史密森天体物理中心(CfA)和钱德拉X射线中心（Chandra X-ray Center）的天体物理学家乔纳森·麦克道尔（Jonathan McDoell）提出了他自己对卫星轨道行为的分析，以说明哪些卫星已经失灵。

麦克道尔把自己的数据和美国政府的资料结合在一起，将分析结果公布在网站上的Jonathan's Space Report中。根据这一数据，他确定该星座中约3%的卫星失效是因为它们不再对指令作出反应。，一定程度的故障是不可避免的，3%的失败率（(不包括45颗已知SpaceX故意偏离轨道的卫星）还是相对较低。

，每一颗由于通讯或推进系统问题而无法正常运作的卫星，都会给其他卫星和航天器带来碰撞危险。别看这3%的失败率看似并不高——考虑到Starlk星座“织网工程”之浩大，长此以往这些故障产生的“太空垃圾”，将令人生畏，造成失控的局面，甚至是一场“浩劫”。如果故障率改善不了，最多会产生1200多颗的“死”卫星——足以让各国宇航局都“胆战心惊”。

不久前，SpaceX获得了美国联邦通信委员会(FCC)的许可，可以在328公里到580公里(200到360英里)的轨道上部署约1.2万颗星链卫星。，最近提交给国际电信联盟(ITU)的文件显示，该公司希望创建一个拥有多达4.2万颗卫星的巨型卫星星座，其数量将超过此前人类发射的所有航天器。

在这种情况下，按3%的故障率计算，随着时间推移，360-1260颗250公斤(550磅)的卫星将报废，它们将漫无目的地环绕地球。根据欧洲航天局空间碎片办公室(SDO)的数据，截至2020年2月，目前地球轨道上有5500颗卫星，其中大约2300颗仍在运行——未运行的卫星达到大约3200颗。这意味着(用简单的数学方法)建成一个完整的星链星座后，就会使轨道上无法运行的卫星数量增加11%-40%。

如果考虑到轨道上的碎片数量，碎片和碰撞带来的问题看起来就更危险了。除了无法运行的卫星，SDO还估计，目前在轨运行的物体有34,000个，直径超过10厘米(~4英寸)，90万个1-10厘米(0.4-4英寸)之间的物体，1.28亿个1毫米-1厘米之间的物体。

就在本周，卫星追踪器发现报废卫星和报废火箭体之间存在“非常高的风险”或发生碰撞，一家公司估计相撞的几率为10%。(但它们毕竟没有相撞)。

SpaceX表示，如果其推进系统不起作用，其卫星将自然脱轨，或在地球大气层中燃烧。但StarLk网站显示，这个过程可能需要长达5年的时间。与此，报废的卫星以比子弹还快的速度绕地球飞行，而且没有人能使它们远离那些可能在其轨道上飞行的其他航天器。

视而不见“星链”的惊魂一刻

面对外界的质疑，SpaceX没少“甩锅”，屡屡强调碰撞的风险非常小。在2017年4月提交给FCC的文件中，SpaceX提出了碰撞风险的可能性，它假设“卫星故障导致无法执行碰撞避免程序的概率为10%、5%和1%”。作为回应，该公司表示，考虑到以下规格和指导方针，甚至1%的风险都不太可能

SpaceX还表示，设计“星链”星座，会遵循美国NASA碎片减缓指导方针和“积极的监测计划”，以发现潜在的问题和使受影响的卫星脱离轨道。他们通过长时间的增量部署计划来作出更好的安排（每次发射部署一批60颗卫星）。

，将利用新技术和升级的迭代设计过程，避免发射更多被认为有问题的卫星，避免那些被认为有风险的卫星脱离轨道。比如，他们的卫星可以利用离子驱动避免碰撞。

更重要的是，SpaceX强调它进行了模拟，并得到了来自美国空军联合空间操作中心(JSpOC)和美国宇航局轨道碎片工程模型的信息。据此，他们声称，基于1%的卫星故障率，且没有进行纠正操作的情况下，“SpaceX的任何失效卫星与追踪到的碎片相撞的几率大约为每10年1%。”

还有一种可能的情况是，如果星链卫星的推进系统出现故障，它们就无法提升轨道或提供修正推力，从而自然脱轨。，与其他通信卫星相比，即使它们的轨道较低，这一过程仍需要1-5年时间。，没有任何保证，只能保持警惕、随时准备。

与此，马斯克本月早些时候宣布，随着最新一批卫星入轨，Starlk计划对其互联网服务进行beta测试。“一旦这些卫星到达目标位置，我们将能够在美国北部和加拿大南部进行相当广泛的公测。我们一得到监管部门的批准，其他国家就会跟进。”

尽管SpaceX星链目前仅发射了规划中大约4%的卫星，但它不久前就已经经历了一次千钧万险的“惊魂时刻”。

2019年9月，为了“让道”，欧洲航天局（ESA）不得不在一刻调整其一艘航天器，以避免可能与Starlk卫星相撞。那次事故的概率是千分之一（0.1%的概率）。虽然这听起来很低，但如果你听到美国NASA经常因为10万分之一的几率移动国际空间站，就知道那是个什么样的概念了。

事后欧洲航天局表示，由于SpaceX公司“没有采取行动的计划”，它不得不移动其卫星。而SpaceX却表示，由于通讯系统出现“故障”，公司没有收到欧洲航天局关于该问题的电子邮件——就这样把自己的责任化为“虚惊一场”。但一旦二者真的撞上，后果不堪设想。

，像这样的近距离接触似乎越来越频繁。

分析图形公司(Analytical Graphics, Inc)的天体动力学家Dan Oltrogge表示:“我们最近看到连词的数量明显上升。”他使用的软件从2005年起就开始对联撞数据进行评估。“它看起来与新发射的大星座航天器非常吻合。”

随着新的卫星星座的发射，像FCC这样的监管机构可能需要评估他们愿意接受多少报废的航天器。

避开“太空灾难”安全自毁竟如此关键？

SpaceX对此倒也不是无动于衷。整体来看，目前它可能准备在3个方面进行对太空垃圾的“自毁”与回收

是利用离子发动机。为了防止在轨道上发生碰撞，SpaceX为其卫星装备了氪霍尔效应推进器(离子发动机，krypton Hall-effect thrusters)，以提高这些卫星运行的轨道，使它们在太空中正常运作，并在其寿终正寝时脱离轨道。

不过，SpaceX出于节约成本，选择了氪离子作为离子推进器的离子源（燃料），而非成本高出近10倍的氙离子，这显然有点“不负责任”的意思。，SpaceX为了进一步节约成本，在星链卫星中都只配置了一个离子发动机，这样“以防万一”的配置又容易造成更高的故障率。

SpaceX下一代星际飞船，也已经有了收集太空垃圾的计划。SpaceX总裁兼首席运营官格温妮·肖特韦尔（Gynne Shotell）表示，SpaceX可以使用其下一代“星际飞船”（Starship）来清除地球轨道上的太空碎片，虽然该计划主要目的是将人员和货物运送到月球和火星。

“我们很有可能利用星际飞船来运送其中一些‘死’掉的火箭弹，是其他机构产生的的火箭弹，基本上是从中提取一些太空中的垃圾。”

肖特韦尔说，Starlk计划为SpaceX提供了一个“绝佳的机会”，以“做好自己的功课”来管理和修复空间碎片。

“，我们已要求将整个星座带入一个较低的高度，以便使卫星更快地下降，并且实际上我们会将其发射到一个较低的高度。如果发射后由于某种原因它们工作不佳，它们就会出现回到地球。，它们会破裂，基本上它们会很快离开轨道位置。”

就是自动碰撞规避系统。自主碰撞规避系统的正常运转，通信和动力，二者缺一不可。

卫星能够使用从地面传输的空间碎片威胁信息数据，或者得到指令，使用自身携带的四个动量轮系统，配合离子推进系统来实现碰撞规避。

虽然星链卫星自称拥有自毁和碰撞规避的功能，但都是基于卫星正常运转时所设计。而一旦发生故障，结果大同小异——造成太空垃圾。

最坏的结果是，卫星发生故障失去机动能力，但寄望于它并非完全不能自毁的长期“消化”。“死卫星”可以通过自然下降来完成——卫星靠稀薄空气阻力缓慢降低轨道，最终进入大气层，但这是一个漫长的过程。而在这一过程中，卫星跟太空垃圾没两样，独自游离于太空之中，同样会给正常工作的航天器，带来不小的威胁。

更多的“太空垃圾”清除大计

在太空碎片监测与清除市场，空中客车、Analytical Graphics、Astroscale、BAE系统、波音、Cobham、Electro Optic Systems、洛克希德·马丁、诺斯罗普·格鲁曼、S.P. Korolev Rocket和Space等公司找到了他们大展身手的机会。

欧空局已提出开展一项机器人任务，以把其报废的“环境卫星”（Envisat）遥感卫星清除出轨道。该局控制人员2012年同这颗客车大小的卫星失联，而该星预计要到约150年后才能靠自然衰减最终离轨。那意味着它将成为一项长期威胁，有可能会通过与其它在轨物体发生碰撞而生成更多的空间碎片。

日本创企宇宙尺度公司（Astroscale）等其它厂家正在寻求验证一项商业服务，以主动地把废弃卫星和火箭级从轨道上清除掉。

总的来看，无论是机械臂抓手、太空“鱼叉”、太空“弹弓”……清理“卫星杀手”隐患的方案越来越多，这些方式都在成为未来保障太空安全的重要一环。