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低轨道正在变拥挤,人类还能往天上放多少颗卫星?

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七年前,天文学家Samantha Lawler搬到加拿大萨斯喀彻温省乡村。那里几乎没有城市灯光,夜晚抬头,可以看到一整片真正黑暗的天空。几年以后,她发现天上多出了一种会移动的“星星”,一颗接着一颗从视野中划过。

2019年,SpaceX开始大规模部署Starlink。到2026年3月,处于运行状态的Starlink卫星已经达到约1万颗。今天环绕地球运行的卫星大约有1.5万颗,而各国政府和企业已经公布的卫星规划,合计接近200万颗。

卫星互联网正在解决偏远地区通信、远洋航行和灾害救援的问题,但随着越来越多机器进入低地球轨道,一个过去很少有人认真考虑的问题摆到了面前:

地球外面的空间看起来几乎没有边界,可供卫星长期、安全运行的轨道,却可能是一种有限资源。

一、太空很大,轨道却没有想象中宽敞

低地球轨道通常指距离地面2000公里以内的空间。如果只从几何体积计算,它似乎足以容纳数量惊人的航天器。

2022年一项研究甚至估算,200到900公里之间理论上可以容纳1260万颗卫星;2024年的另一项研究给出的范围更夸张,约为1000万到1亿颗。问题在于,这些数字建立在卫星高度有序、故障率极低的理想状态下。

现实里的卫星始终处于高速运动中。不同倾角、不同高度的轨道不断交叉,卫星还会受到大气阻力、太阳活动和设备误差影响。

因此,轨道容量很难用“还能塞进去多少颗”来计算。

决定低轨道能承受多少卫星的,是整个系统能否持续知道每一颗卫星在哪里,并在危险接近发生以前给它让出道路。

从这个角度看,低轨道已经越来越像一套没有红绿灯的高速交通网络。

二、Starlink每天已经避让大约1000次

今天规模最大的轨道交通实验,已经发生在Starlink身上。

根据SpaceX向NASA提供的信息,每颗Starlink卫星大约每10分钟重新计算一次自己的位置,同时预测未来48小时的轨迹,再与美国军方数据库里的其他太空物体进行比较。一旦系统判断碰撞风险过高,卫星就会启动推进器改变轨道,直到风险下降到三千万分之一以下。

这样的动作已经非常频繁。

目前整个Starlink星座平均每天要进行约1000次避碰。SpaceX此前向美国联邦通信委员会报告,一年内Starlink累计进行了约30万次避碰机动,平均每颗卫星约40次。

十多年前,一颗普通卫星可能一年只需要避让三四次,操作员甚至可以提前几天打电话或者发邮件,与另一家卫星运营商商量谁来改变轨道。

今天,这套人工方式已经跟不上卫星增长速度。

太空交通开始从“人控制卫星”,转向让卫星自己预测未来、自己决定什么时候让路。

三、一次碰撞,会把两颗卫星变成几千个目标

轨道拥挤更麻烦的一面,是一次事故不会随着两颗卫星损坏而结束。

2009年,美国Iridium通信卫星与一颗已经失效的俄罗斯卫星相撞,一次事故就产生了超过2000块可以追踪的碎片,而且多年以后,其中相当一部分仍然留在轨道。

这些碎片没有停止下来。

它们仍然以极高速度围绕地球运行,一块不起眼的碎片也可能击穿另一颗卫星,再产生更多碎片。当这个过程不断重复,就可能出现所谓的“凯斯勒综合征”:碰撞制造碎片,碎片继续制造碰撞,轨道环境进入难以逆转的连锁过程。

高度越高,问题持续的时间越长。接近2000公里的轨道上,大气已经极其稀薄,一些碎片可能停留约10万年。

这意味着今天的一次轨道事故,影响的可能并不只是这一代卫星。

人类正在建设一种寿命只有几年到十几年的基础设施,却可能把它产生的垃圾留给几千甚至几万年以后。

四、争夺的不只是轨道,还有夜空

卫星数量增加带来的另一种变化,已经能够从地面直接看到。

天文望远镜进行长时间曝光时,一颗经过视野的卫星会在图像上留下一条明亮轨迹。卫星只有几千颗时,这只是偶尔出现的干扰;当数量进入几十万甚至上百万,问题会变得完全不同。

《Scientific American》援引的一项研究估算,如果再增加50万颗卫星,几乎每一张望远镜图像都可能出现卫星;如果轨道中增加到100万颗,在某些时候,天空中能够看到的卫星甚至可能比恒星还多。

这也是“夜空争夺战”最容易被忽略的一层。

互联网公司需要低延迟通信,AI公司开始设想轨道数据中心,各国希望建立自己的卫星网络,天文学家则需要一片尽可能没有人工光源的天空。大家使用的是同一个空间,却没有一个真正意义上的全球“轨道交通管理局”。

1967年的《外层空间条约》制定时,大型卫星星座甚至还没有出现。半个多世纪以后,人类已经可以一次发射几十颗卫星,监管制度却仍在追赶这个变化。

轨道开始变成一种基础资源

过去,我们习惯把太空理解成没有边界的地方。卫星少的时候,这种认识几乎不会产生问题。

到了今天,情况正在变化。

卫星需要轨道高度,需要无线电频谱,需要持续的避碰能力;废弃航天器需要被清除,天文观测也需要保留一部分黑暗天空。所有这些需求最终汇集到同一片低地球轨道里。

所以,人类还能往天上放多少颗卫星,并不存在一个简单的数字答案。

可能是几十万,也可能更多。真正的上限取决于卫星能否可靠工作、运营商能否协调避碰、碎片能否及时清除,以及人类愿意为这片轨道制定怎样的共同规则。

低轨道还远没有被“装满”。

但它已经开始拥挤了。

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