中方向联合国提交照会:美卫星两次接近中国空间站,到底想干什么

12月27日00时55分,经过约6小时,神舟十三号航天员乘组圆满完成第二次出舱全部既定任务,航天员翟志刚、航天员叶光富安全返回天和核心舱。

但就在大家都沉浸在“我已出舱、感觉良好”的氛围中时,一纸文件正在坊间流传,标题是“依照《关于各国探索和利用外层空间包括月球与其他天体活动所应 遵守原则的条约》递交的资料”,时间是2021年12月3日,文件性质是“中国常驻联合国(维也纳)代表团致秘书长的普通照会”

内容相当震撼,因为星链卫星的不明机动,天宫空间站被迫进行2次紧急避险,大家不禁非常关心,这星链卫星怎么突然就跑到中国空间站的轨道上来了,未来是否会对天宫空间站的运行产生威胁呢?

天宫与星链的轨道

天和号核心舱是我国天宫空间站的第一个舱段,预计将在2022年底之前完成建设,会有问天实验舱和梦天实验舱总共三个舱段,总重大约60多吨的空间站,未来还可以扩展成十字形以及干字形,常驻航天员3~6人,最大规模可达180吨的空间站。

天宫空间站的运行高度为383 x 390 千米,轨道倾角为41.5°(12月26日数据,由于稀薄大气分子阻力,会不断下降,但会动力调整高度重新抬高)。

星链则是SpaceX运营的卫星互联网星座,其目的是为地球大部分地区提供卫星联网接入服务,其方式是在近地轨道上发射总共约4.2万颗卫星,不过近期的计划并没有那么庞大,在2020年代中期计划如下部署:

三个轨道上部署接近12000颗卫星:首先在550公里轨道部署约1600颗卫星,然后是在1150公里轨道部署约2800颗Ku波段和Ka波段卫星,最后是在340公里轨道部署约7500颗V波段卫星

它的原理是近地轨道与地面接入点的直接通信,通过连续通过目标上空的卫星中继,将客户端通过星链接入互联网,由于地面站为各个民用客户端,天线直径小,因此要求卫星轨道高度比较低,尽管其原理和铱星有些类似,但其数量要高得多。

星链卫星的轨道

到现在为止星链总共已经发射了1944颗,在轨1797颗,正在运行的1770颗,全部星链卫星如下表:

其轨道分布如下表:

2019年发射的卫星有两个版本,v0.9的版本其重量在227千克(500磅)左右,v1.0的在260千克(570磅)左右,能够使用美国国防部提供的碎片数据来自主避免碰撞,另装有霍尔效应推进器进行轨道调整与自主脱离轨道坠入大气层烧毁。

另外还有v1.5和v2.0(计划中)的卫星,其中v1.5还配备了激光通信装置,运行于97.5°的极地轨道。

霍尔效应推进器与星链轨道的威胁

星链卫星质量只有227千克,其主要结构是太阳能电池通信天线以及通讯用的路由与交换与无线电通信设备,并没有配备化学燃料推进剂,但它配备了霍尔效应推进器,也就是各位熟悉的离子电推。

这种发动机使用电力与微量的推进剂,其原理是将推进剂电离后利用电场将带电粒子高速向喷口排出产生推力的一种发动机,其排气速度极高,因此非常节省推进剂,比冲可达1600s以上(与之相比,氢氧机的比冲也不到500)。

因此星链卫星的机动能力是比较强的,在轨维持轨道,调整位置,可控坠入大气层等,由于其卫星数量实在太过庞大,退役后将占用大量的轨道,因此卫星需要可控坠毁,也就是使用发动机减速,进入一条可控的坠毁轨道,以避开已知航天器轨道,避免在轨相撞。

此次的联合国照会中叙述的两次近接事故为:

第一次紧急避碰:星链-1095卫星自2020年4月19日起稳定运行在平均高度约555千米的轨道上。2021年5月16日至6月24日,该卫星持续降轨机动至平均轨道高度382千米后,保持在该轨道高度运行。7月1日,该卫星与中国空间站间出现近距离接近事件。出于安全考虑,中国空间站于7月1日晚主动采取紧急避碰,规避了两目标碰撞风险。

第二次紧急避碰:2021年10月21日,星链-2305卫星与中国空间站发生近距离接近事件。 鉴于该卫星处于连续轨道机动状态,机动策略未知且无法评估轨道误差,存在 与空间站碰撞风险。为确保在轨航天员安全,中国空间站于当日再次实施紧急 避碰,规避了两目标碰撞风险。

星链的轨道靠近中国天宫空间站,其可能性不外乎几种,一种是持续轨道变轨过程中意外接近空间站,对于星链卫星1700多颗卫星,其轨道变轨过程中有可能发生,但完全可以避免,主要是轨道控制计算的问题,对于计算机模拟很快就能发现。

另一种则是故意接近,当然我们无法猜测其目的究竟为何,这1700多颗星链卫星将成为太空中1700多颗“可控炮弹”,其恐怖的变轨能力将会威胁近地轨道上航天器的生存,威慑能力相当恐怖。

从这个角度来看,其有能力对天宫空间站的运行产生威胁,而且如果数量巨大的话,甚至都避无可避,当然我们相信SpaceX不会是故意为之,很有可能是一个意外的近接事件,而天宫也装备霍尔电推,其轨道机动能力相当强悍,非常时刻将可以上升或者变轨避开是非之地,就像这两次轨道规避一样。

延伸阅读:美俄卫星相撞事故

2009年2月10日,美国的Iridium 33 (铱星33,现役)和报废的俄罗斯Kosmos-2251(宇宙-2251)以11.7千米/秒的相对速度在789千米的高度相撞,星下点位于西伯利亚的泰米尔半岛。

宇宙-2251是俄罗斯的一颗军用卫星,总质量950千克,1993年6月16日由俄罗斯Cosmos-3M运载火箭发射,1995年已经退役,Iridium 33 是一颗重560千克的商业卫星,碰撞前处于现役。碰撞后产生了大鱼1000 块大于10 厘米的碎片,另有无法计算数量的小型碎片,美国的碎片监视网络发现并跟踪了超过2000个碎片的轨道。

由于轨道比较高,碰撞后早期对其他航天器影响不大,当时我国航天部门表示对太阳同步轨道上的我国卫星构成了一定的威胁,另有碎片在轨道降低后仍然对空间站产生了影响。

2012年3月24日星期六凌晨2点38分,一小块 Kosmos-2251卫星碎片从国际空间站安全通过,距离大约120m,当时的国际空间站6名宇航员避入了对接的联盟号飞船内。

太空中航天器相撞的后果是非常严重的,星链的卫星数量实在太过庞大,尽管其有可控坠入大气层的设计,但失控后仍然难以处理,因此星链对近地轨道航天器也构成了相当大的威胁。

另外行星链也被天文学家诟病,因为其大量卫星相当于在近地轨道上设置了一张网,天文望远镜在观测时很难避开,它甚至会让一些地基大型望远镜辛苦拍摄的照片报废!