被星鏈衛星夾在中間的中國空間站,為啥突然公布詳細軌道參數?

中国向世界公布了空间站的轨道参数,让世界各国的卫星注意躲避,防止碰撞中国空间站。这里最值得注意的应该是马斯克的星链卫星,已经跟中国空间站发生过两次近距离接触了。中国空间站将来可能会被几万颗星链卫星夹在中间,实在让人不放心啊。应该怎么防范呢?我是东城观星,继续聊聊空间站的话题。
一、星链卫星为什么会近距离接触中国空间站
中国空间站飞行高度400-450km,属于近地轨道。美国的星链卫星目前主要的运行轨道是550公里附近,也属于近地轨道。看起来两者的轨道高度距离并不近,有足够大的空间,为什么还会出现两次近距离接近中国空间站呢?以后还会出现吗?
其实虽然星链卫星的运行轨道在550公里左右,但发射的时候并不是一步到位的,而是先把几十颗卫星发射到比较接近的轨道,释放以后,再利用卫星自己的动力逐渐进入目标轨道。比如根据报道,2019年11月的一次发射,星链卫星就被送到了280公里的轨道上,然后再逐步抬升到550公里轨道,中间必然经过空间站所在的轨道高度。
此外,在轨道上的星链卫星也可以降低轨道。降低轨道的时候也会路过空间站所在的高度。在轨的星链卫星越多,跟中国空间站近距离接触的机会就越多。如果不采取措施,以后星链卫星近距离接近中国空间站将成为常态。
二、星链卫星为啥不能主动躲避,要让中国空间站回避
有人可能会说了,有什么好大惊小怪的,星链卫星很快就会调整到550公里的轨道。其实不是的,星链卫星使用的是霍尔电推进技术,这项动力技术最大的好处是特别节省燃料,可以提高卫星的寿命,更有利于降低卫星的质量,适合那些微型的卫星。但是缺点是推力特别小,往往都是毫牛级别的,这样的力度,在地球上推动一个鸡蛋都困难。
这样小的推力在太空中往往只能细水长流,像蜗牛一样慢慢抬高轨道,最终进入目标轨道。在抬升的过程中,跟空间站近距离接触是有可能的。而且,使用霍尔电推进技术的卫星紧急避障能力比较差,就算知道快要撞上空间站了,往往也难以及时避开。所以,才会出现星链卫星近距离接近中国空间站时,只能让空间站主动躲避的场景。
要想让星链卫星主动躲避,必须提前很长时间就知道将要撞上的风险,提前采取措施躲避,所以中国才会每天公布具体的轨道参数,让别国卫星可以提前预知风险,提前规避。
有朋友会问了,中国空间站不也是霍尔电推进技术吗?为什么就可以紧急避障?我已经不止一次介绍过,中国空间站同时有霍尔电推进发动机和常规发动机,常规发动机的推力远远大于霍尔电推进发动机,所以中国空间站紧急避障使用的应该是常规发动机。
三、未来会有更多的风险
这还只是发射阶段,很多星链卫星使用寿命只有几年,还有很大的概率中间出故障。一旦星链卫星不再正常工作,必然会降低轨道,降低轨道的方式有两种,一种是通过空气阻力不受控降低轨道,另一种是通过动力控制主动降低轨道。两种方式,降低的过程中都必然要路过空间站所在的轨道高度,跟空间站近距离接触也是有可能的。所以说,未来很长时间,星链卫星都将成为空间站的安全威胁。但星链卫星的安全隐患还远不止于此。
SpaceX的星链网络建设还没有完成,未来将成为42000多颗卫星共同工作的网络。其中一大部分将在340公里左右的极低轨道运行,这些极低轨道运行的卫星又将形成一种新型的安全威胁。因为空间站本身虽然不容易受到这些卫星的碰撞,但是往返的飞船,还是有一定概率跟极低轨道卫星相遇的。以后飞船的发射也将面临新的威胁,尤其是载人飞船,发射前必须严格认真规划路线,避免不必要的风险。
四、如何防范
被几万颗星链卫星夹在中间的空间站,安全运营着实值得担忧。更恐怖的是,准备建设低轨星座的可不止美国的SpaceX公司一家,世界上还有很多国家,甚至很多公司都跃跃欲试。将来的低空轨道将越来越繁忙,出现太空交通事故的概率会越来越大。运行在这个区间的空间站,必须想办法科学规避碰撞的风险。
其实,空间站要想完全避免太空垃圾伤害是不可能的,不管是俄罗斯的和平号空间站还是国际空间站,都遇到过太空碎片的袭击,中国空间站也必然会遭遇,这是防不胜防的。但是卫星直接撞击空间站这样的事故还是尽量要避免的。
避免碰撞的方法,无外乎三种,第一种是主动躲避,就像中国空间站两次躲避星链卫星一样;第二种是公布轨道参数,让对方躲避,就像中国空间站近期正在做的事情,其实国际空间站也一直在用这种方法;第三种是直接捕获法,通过类似渔网的装置,或者有抓捕功能的机械臂直接抓住近距离靠近空间站的太空垃圾。第三种方法,很多国家都在进行验证,主要的目的是清除太空垃圾。
近期中国公布的小行星防御计划,是更宏伟的太空防御计划,一旦实施起来,将大大增加太空安全保障。