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往天上“撒星星”,太空会“拥堵”吗

来源:www.timetimetime.net 时间:2020-02-05 编辑:情感散文

作者:任芳艳资料来源:中国科学新闻发布日期:2019/7/25 8:35336044

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星星洒向天空,会不会太空拥挤?

卫星回收或“自毁”是解决方案

卫星链接计划的第一个卫星发射场 图片来源:SpaceX

■任芳艳,本报见习记者

2019年5月24日,美国太平洋空探索技术公司SpaceX向天空投掷了几颗“星星”星光计划的前60颗卫星由猎鹰9号火箭空发射 6月28日,该公司发言人公开宣布,60颗卫星中有45颗已经进入距地面550公里的轨道,3颗已经失去联系。

这次发射是卫星链计划发射的第一步。未来,SpaceX将继续分批发射数千颗卫星,形成一个网络。 “星链接计划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

SpaceX并不是唯一一个批量发射卫星的公司。 在世界范围内,许多强大的机构和公司正在考虑发射多颗卫星来形成互联网或物联网并提供应用。

中国科学院微卫星创新研究所微卫星研究所副所长张可可在接受《中国科学报》采访时说,从技术角度来看,卫星的大规模生产和发射是可以实现的,“但这要看这件事是否‘划算’。”

事实上,如何实现太原空“星散”,是否“划算”,以及如何确保产生尽可能少的垃圾是必须面对的几个问题。

大规模发射也取决于用户需求

自1957年世界上第一颗人造卫星飞到太平洋空以来,人类已经创造了一项新的记录:航天器正朝着低功耗、高集成度的方向发展,大规模组网设计日趋成熟,卫星发射的性价比也在逐步提高

卫星根据离地球表面的距离可分为中高轨道卫星(2000~千米)和低轨道卫星(500~2000千米)。 以用于通信的卫星为例。近年来,高轨道卫星通信网络已基本建成。人们已经把注意力转向了低延迟的低轨道卫星,并允许更多的用户访问。 然而,如果低地球轨道卫星要实现更广泛的覆盖,它们需要分批发射,以形成相对密集的星座网络。

目前,一颗实用的商用微纳卫星的成本约为数千万美元。 张可可说,大规模发射卫星是一种“更具成本效益”的操作,因为它可以降低并分担每颗卫星的发射成本。 这也是为什么SpaceX的前60颗卫星将由猎鹰9号火箭发射。

卫星链计划使用平板设计卫星,每颗重227公斤,折叠体积相当于一张桌子。 一旦进入轨道,这些卫星的太阳能电池板就会展开。 这种堆叠设计可以最大化猎鹰9号火箭的能力。

未来,SpaceX将继续以“一箭60”的模式发射卫星 根据该公司发布的信息,卫星链计划在开始提供商业服务之前发射大约800颗卫星。

张可可告诉记者,为了降低卫星发射的成本,卫星必须尽可能快、尽可能多地“击中”天空。 这也意味着卫星制造和火箭发射都应有效进行。 “利润是最终的经济指标,卫星的大规模工业生产是手段之一 大规模生产将实现效率提高和成本控制,间接确保合理利润。 ”他说

然而,虽然卫星的大规模发射可以在技术层面上实现,但更重要的是要满足标准用户的需求并有足够的市场容量。

对于从事空科学实验的研究人员来说,批量发射卫星意味着大大缩短实验周期,增加实验频率,但目前需求对象不明显。

张明辉,中国科学院上海硅酸盐研究所副研究员,从事空之间的材料和实验技术研究多年。 他在接受采访时说:“成批发射卫星意味着要进行许多科学实验。找到合适的用户和选择合适的科学项目是一项耗时的任务。” 另一个需要考虑的问题是资金,即谁将承担发射费用。 “

干扰观察?可以通过技术手段规避

当卫星链计划完成十多次发射时,大量低地球轨道卫星将密集覆盖地球表面。这会影响其他研究者的观察吗?几位研究人员告诉《中国科学报》,会有一些干扰,但可以通过一系列技术手段来减轻或避免。

以射电天文学观测为例,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级。 当卫星的固定频率覆盖观测频率时,会影响接收机的工作,这种异常信号可以在观测数据中直接识别出来

当干扰水平较高时,可以通过暂时关闭接收机等来避免这种影响。 然而,低地球轨道卫星的速度可以达到每秒几公里,所以虽然卫星在过境时会有一些干扰,但大多数不会持续很长时间,从几分钟到十分钟以上不等。 对于长期在某一方向观测的天文研究,在数据处理过程中可以消除运动中卫星产生的干扰。

除了天文观测,大量卫星会带来光污染吗?

张可可说卫星本身正在运行。如果地面观测者、卫星和太阳形成特殊的空几何关系,卫星将处于镜面反射状态,“它会在瞬间变得更亮,但这种特殊的位置关系不会持续太久。”

通过调整卫星也可以避免反射造成的干扰。 如改变卫星的结构配置设计,对卫星外表面材料进行特殊处理,调整卫星空之间的操作姿态和模式,使卫星“低调”实现镜面反射到漫反射的转换。

恢复或毁灭自己,成为一颗“明智”的卫星。

虽然卫星不会造成严重的光污染,但空现有的碎片值得人们警惕。 如何最大限度地减少卫星发射后变成太空碎片的数量空?回收或“自决”是解决办法。

张明辉告诉记者,一些用于科学实验的卫星在设计之初就考虑过回收利用。 中国是世界上第三个掌握卫星回收技术的国家,在轨道控制技术、制动技术等方面取得了很大进步。

恢复是一项复杂的系统工程。张明辉说,卫星的回收要求运载火箭具有高导航精度,只有当它们在正确的时间到达正确的轨道时,才能实现回收。 在正式恢复之前,这颗卫星仍然需要调整它的姿态,脱离原来的轨道,转到过渡轨道上做自由下降运动。经过多次减速后,卫星将在陆地或海洋着陆。

更多卫星的命运正在燃烧 当卫星离开轨道进入大气层时,由于阻力的增加,其运动速度急剧下降,外壳温度急剧上升,与大气层接触后燃烧殆尽。 SpaceX发言人表示,卫星链计划中丢失的卫星也将被“吸入”大气层,并在燃料耗尽后被重力烧毁。

张可可说,低轨道卫星大多“聚集”在离地球500到1000公里的距离内。 一方面,这将导致太子空的“交通拥堵”。另一方面,如果失败的宇宙飞船没有离开轨道,它可能会由于撞击而逐渐分解并产生厘米、毫米和纳米尺度的碎片。 如果轨道上的卫星碰到它,如果它轻的话可能会产生划痕和凹坑,如果它重的话可能会直接损坏。

据统计,世界上所有国家发射了近10,000颗卫星,目前有1,700多颗卫星在轨道上,碎片数量空远远大于此 避免在空之间制造更多碎片是国际共识

为了减少空垃圾,中国在“十五”期间开始严格控制空之间活动产生的空垃圾,并提出《空间碎片行动计划(2006—2010)》。在“十二五”期间,设立了一个名为“空碎片控制技术标准和规范”的特别项目。

随着商业空间的前景越来越广阔,已经制定了更详细的协议和政策。 “例如,低轨道卫星在达到一定的使用寿命(通常为25年)后,需要具备脱轨能力。除了减少太空垃圾外,还将释放更有效的轨道空供稍后发射的卫星使用。 ”张可可说

《中国科学报》 (2019-07-25第三版国际版)

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