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清除马斯克42000颗星链卫星,为什么不可能?

马斯克正在制造大麻烦

为了打造太空互联网,马斯克要往近地轨道发射12000颗卫星,2020年6月他又将总数量扩张到42000颗。有些人为此欢欣鼓舞,觉得以后不花钱就能上外网了。殊不知星链不是GPS,SpaceX不是慈善机构,马斯克的东西从来就不是免费的,非但不免费,它还很贵。

要想使用星链卫星上网,你首先得买一套SpaceX的卫星接收设备,标价499美元(约3220元人民币),不包邮;再在房顶安装一套卫星天线,手机需要与wifi设备连接才能上网。这不算完,你每个月还至少需要掏99美元(约640人民币)。当然了,除了出门时顶一口大锅不甚方便,对某些人来说一年七八千那是小case。

卫星上网,你需要一口锅

马斯克声称星链能让偏远地区的人上网,其实他很早就与五角大楼签了2800万美元的三年测试合同,未来要为美军通信以及遥控无人机实施全球打击提供支持;由于不受其他国家监管,这个网络还能为美国及其NGO、“第五纵队”干脏活儿提供便利。

这只是12000颗卫星的示意图

密集的低轨道飞行器不仅为未来世界各国太空发射任务设置障碍、缩小发射窗口,还威胁在轨卫星和空间站的安全。为了躲避与星链以及大量失效卫星碰撞,航天器需要经常额外消耗燃料进行机动变轨,从而缩短寿命并增加使用成本。2019年9月,由于SpaceX不愿意挪动自己的卫星,欧洲航天局被迫调整“风神”地球观测卫星轨道,以避免撞上星链Starlink 44号卫星。

人类技术进步和发展与宇宙探索事业密不可分,近地轨道密集的卫星严重损害天文观测,我们将更难发现那些对地球有强大破坏作用的小行星。

星链轨迹遮挡星光

能击落星链吗?

有朋友说,这些卫星就是冲着抢占太空轨道资源来的,是太空垃圾,对人类构成威胁,我们应该击落它,还地球一个敞亮的天空!

那么,我们真的可以清除星链卫星吗?

相比于反导弹,打卫星相对更容易一些。尽管卫星的轨道高度更高,但它的轨道也更加稳定,你可以比较轻松地跟踪并锁定它。

从1950年代后期开始,美国就搞了一系列反卫星(ASAT)试验。除美国外,前苏联、俄罗斯以及中国也进行过多次反卫星实验。2007年1月11日,我们从西昌卫星发射中心发射的“开拓者一号”火箭携带弹头击毁了870公里高度已失效的“风云一号C星”,由此证明所有低轨道卫星全都在打击范围之内。

F-15成功进行反卫星实验

世界上几个大国都有实力干掉天上的卫星,但大概率不会这么做。卫星和导弹在近地轨道的速度都高达7.9公里/秒,任何碰撞都能将其击成碎片,这些碎片会长时间在轨道上飞行,哪怕一颗几克重的碎片与航天器相遇都会是毁灭性的结局。因此用导弹打卫星特别是打击数以千计的星链卫星会制造大量太空垃圾,由此产生的连锁反应会封锁整个近地轨道,是损人不利己的做法。

反卫星会产生连锁反应封锁轨道

用激光怎么样?

激光可以灼伤甚至击穿轨道上的卫星,但基本上不会破碎它,卫星只是失能,外形保持完整,因此也不会有过多太空垃圾产生,看起来激光是个不错的选择。

激光将能量集中在一个很小的面积上发射出去,它的杀伤力很大。一支小小的激光笔能使眼睛致盲,20~50W的激光束能轻松截断30米开外的树枝,达到10kW功率可以轻松切割5厘米厚的钢板,是不是说用来打卫星不成问题呢?其实不然。

激光截断树枝

低功率激光的能量不足以灼伤几百公里外的卫星;而要加大功率,激光束就射不远。强激光会在空气里产生“热光晕”效应,光子将能量传递给空气分子,空气受热膨胀导致密度降低产生凹透镜一样的效果,于是激光束会发生散射,形成像手电筒那样的大光斑,其杀伤力大大降低。同时又由于空气是流动的,激光束的“热光晕”不均匀,光斑不停摇摆,你几乎没办法瞄准高速运动的卫星。

强激光会产生热光晕效应

各国都在研制强大的陆基激光器,但到目前为止,激光只能在近距离杀伤无人机等轻、小、慢目标,还无法在远距离反导或者反卫星方面有所建树,最主要的原因并非功率不够大,而是无法解决大功率激光在空气中散射的问题。所以,用激光器或许可以致盲一些敏感的光学侦查卫星,但对星链“点名”还为时尚早。

天文台用激光监测大气湍流

要想让激光在未来外空话语权争夺中发挥作用,我们需要将它搬到大气层外。外太空没有空气,只要能量供应没问题,激光可以在几万公里范围内发挥杀伤力。

天基激光未来可以发挥作用

想清除星链几乎是不可能完成的任务

在星链的第一批12000颗卫星计划中,有2825颗Ku和Ka波段卫星位于1110公里以及更高轨道、1584颗位于550公里高度轨道,这里的空气稀薄,卫星即使失效也不容易掉落下来;另外大约7500颗V波段卫星处在340公里区域轨道,这里空气相对稠密,卫星淘汰快,需要更多的发射进行补充。

SpaceX将星链第一批卫星分成了不同高度的8个“轨道壳”,其中位于550公里第一阶段轨道壳分成72个轨道、每个轨道22颗卫星;而在345.6公里、340.8公里和335.9公里高度上将分别设置2500颗卫星。由此可见,即便只有12000颗卫星到位,星链也将编织一张密实的天网。

这只是星链的一个轨道壳

为了建设这个巨大的网络,马斯克需要花许多钱制造卫星,并用猎鹰火箭将它们送上太空,这是件不容易的事。

同样地,除非SpaceX操控其主动离轨,否则要想将这么多卫星从轨道清除出去也是不可能的。硬撞只会制造更多太空垃圾,无数碎片会摧毁所有近地轨道卫星和空间站,并且让新的卫星发射成为幻想;而用激光也只是让它们变成长期霸占轨道的僵尸。

太空撒网并不能让卫星掉下来

太空收垃圾,这活儿不好干,资金更是个无底洞。你有什么更好的办法呢?