據美國《防務一號》網站2022年1月14日報道,如果未來的美國衛星想要躲避來自俄羅斯或中國的火力,它們需要比現在的燃料推進器更好的移動方式,這就是五角大樓正在研究核動力推進系統的原因。

文章稱,雖然美國太空部隊和五角大樓研發辦公室的領導人對將核動力航天器送入軌道的想法公開保持沉默,但米切爾航空航天研究所(Mitchell Institute for Aerospace studies)發佈了一份新報告,認爲應該更專注於這方面的研究。


【長征三號乙運載火箭搭載實驗衛星】

文章指出,這不是一種新概念和想法。美國航空航天局和原子能委員會一直致力於核火箭飛行試驗,直到越南戰爭耗盡了該項目的資金。1973年,該項目被取消,出於安全方面的考慮,該項目未能繼續開展下去。

但是根據米切爾航空航天研究所的研究,與聯氨常規液體衛星燃料相比,核推進系統有很大的優勢。它的續航時間更長,效率幾乎是原來的兩倍,僅需要一半的質量就能產生同樣的推力。報告指出,以發動機的形式,它可以“提供超過10萬牛頓的推力,足以在0.3秒內將一輛普通汽車的速度從0加速到96.5千米/小時”。這對於幫助執行導航等功能的關鍵衛星至關重要,或從現有軌道移動到其他軌道以避免太空武器來說至關重要。


【美國發展核動力衛星用於衛星軌道機動】

然而,軍方領導人一直不願公開支持這些想法。2022年1月13日,美國國防部負責研究和工程事務的副部長徐若冰(Heidi Shyu)不願對這一想法發表評論,只是說,美國國防部保護衛星功能的主要戰略是通過擴散式部署來恢復衛星通信能。當被問及應用核動力進行機動時,她說:“我們正在考慮很多不同的事情,這不僅僅是一種技術或一種戰略。”

文章稱,至少一位美國國防高級研究計劃局(DARPA)官員建議重新審視這一想法。美國國防部高級研究計劃局戰術技術辦公室主任邁克爾·萊希(Micheal Leahy)1月14日在線上會議上對觀衆表示,前特朗普政府2020年的一項政策改變爲核推進的新研究掃清了道路。DARPA戰術技術辦公室負責DARPA的“敏捷月球行動演示火箭”(DRACO)項目。2021年4月,DARPA授予通用原子公司一份反應堆和推進子系統初步設計合同,並授予洛克希德·馬丁公司和藍色起源公司一份航天器設計合同。


【一艘俄羅斯宇宙飛船飛往國際空間站】

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2次接近致中國空間站避讓 媒體:馬斯克必須給出解釋

近幾天,中國空間站兩次緊急規避星鏈衛星事件成爲熱搜話題,在網上迅速發酵。

事出本月3日,中國通過聯合國和平利用外層空間委員會(COPUOS)向聯合國祕書長提交了一份照會,指出星鏈1095衛星從5月中旬至6月下旬持續降軌至382公里高度後保持在此高度運行。這是一個非常接近中國空間站軌道的高度。7月1日發生第一次近距離接近事件。爲保證安全,中國空間站於7月1日晚做了緊急規避。

10月21日,星鏈2305衛星再次接近。這次星鏈衛星處於策略不明的連續機動狀態。中國空間站再次做了避險規避。

這兩次事件發生後,中國官方並未正式宣佈,官媒也沒報道,向聯合國發照會同樣也沒官方和官媒消息。是網民從聯合國網站上發現了這個事情。這就是爲什麼照會發出差不多四周,大家才知道。

不過到目前爲止,熱鬧的主要還是中文媒體,尤其是中文自媒體。國外社交網絡和專業圈子有少量討論,而歐美主流媒體幾乎都視而不見。

美國天文學家喬納森·邁克道威爾(Jonathan McDowell)長期關注航天發射和航天器運行狀況,定期發佈相關信息和他自己的分析。這次也不例外,他爲我們提供了更爲詳細的信息。



喬納森·邁克道威爾推特截圖

首先,他認爲這兩顆星鏈屬於故障退役衛星。按他的統計,大概有300顆,即佔在軌總數16%的星鏈衛星已經離開了550公里的工作軌道。它們都會在SpaceX控制下主動降軌並再入大氣層。鑑於中國空間站處於穩定軌道,喬納森認爲SpaceX有主動規避並事先通知中方的責任。

喬納森還對這兩次事件的軌道做了分析。他指出星鏈1095和中國空間站最接近的時刻是7月1日13:15(世界協調時,下同),而中國空間站避險變軌發生在9:50,提前不到三個半小時。我們有理由推測,這是一個突發事件,發現情況時可能已經很遲,採取的是非常緊急的措施。



圖1:7月星鏈1095(藍線)和中國空間站(CSS,紅線)軌道變化歷史(兩根線分別代表近地點和遠地點高度)。

10月21日,中國空間站於3:16變軌。近19個小時後,星鏈2305於22:00接近空間站。這說明,我們對星鏈已經有了警惕,預測比較超前,採取措施的時間也比較充分。

喬納森還提供了兩個航天器的軌道和相鄰距離變化的詳細圖表。圖表顯示,星鏈1095和中國空間站在7月相遇時,星鏈在降軌。它在和中國空間站相遇之際可能做過一些機動。

而10月那次相遇中,星鏈2305在持續升軌,且沒有做任何規避機動。而中國空間站的機動比7月那次更明顯,其遠地點增加、近地點減少,軌道變得更橢圓。



圖2:10月星鏈2305(紅線)和中國空間站(CSS,藍線)軌道變化歷史(兩根線分別代表近地點和遠地點高度)。



圖3:10月事件中,星鏈2305和中國空間站距離變化歷史。

兩個航天器每繞地球一圈就有一次相遇機會。圖3顯示了十月事件的兩次相遇,右側那次相距不到4公里。這在太空中是一個非常近的距離。考慮到在這之前已經做過規避機動,如果不做規避,這個距離肯定更小,不能排除相撞的可能性!所以,這兩個事件的嚴重性無論怎麼高估都不爲過。

由於航天器飛行速度極高,碰撞造成的後果是毀滅性的。而且,一次碰撞產生的數以萬計的碎片會繼續在軌道上高速運行,進一步提高軌道上的碰撞風險。這種連鎖反應的結果是,軌道上沒有東西能夠倖免。電影《地心引力》已經展現了這個令人恐怖的場景。

太空碰撞毀掉一顆衛星只是經濟損失。但對載人航天來說,代價可能是宇航員的生命。近年來,軌道碎片的數量還在不斷增加,碰撞的風險越來越大。所以,太空垃圾的消減、太空碰撞的預警和規避、載人航天器的太空救生等已經成爲非常重要的課題,甚至已經成爲政治問題和國際合作的重要內容。

在國際空間站,碰撞規避已經是常規操作。截至2020年底,它在22年的歷史中做過25次緊急規避。而近年來這種操作更爲頻繁,平均每年有兩次。

國際空間站目前的標準是,只要發現大於10釐米的太空碎片可能進入國際空間站軌道上下1.25公里、前後25公里的長方形“鞋盒”空間內,或者碰撞概率大於萬分之一,空間站就必須開啓變軌規避,宇航員必須躲進站上對接的載人飛船內,萬一出現意外時可以隨時逃離、返回地球。

國際空間站要求在可能的碰撞前留出五個多小時,其中規避變軌準備約三個小時,等待變軌生效約兩個小時。中國空間站也有類似的規避準則。

然而,這兩次事件的主角並非太空碎片,也非失控航天器,而是尚能由地面控制的衛星。在以往的太空碰撞及“潛在”太空碰撞事件中,總有一方是不受控的太空垃圾或失控航天器。歷來威脅國際空間站的太空垃圾質量都很有限,更沒遭遇過可控航天器的威脅。而這次威脅到中國空間站的是處於可控狀態、260公斤之重的完整衛星,其破壞力可想而知。

毫無疑問,這次事件是非同尋常的。10月事件中星鏈衛星的持續升軌則帶來了更多的疑問。按理說,退役衛星離軌再入是不需要升軌的。



星鏈衛星,圖片來源:SpaceX

SpaceX和馬斯克必須做出解釋,爲什麼在衛星可控情況下還會發生這樣的事件?爲什麼降軌規劃時候沒有考慮到和空間站的碰撞?爲什麼出現風險不提前做規避機動?爲什麼離軌再入中會出現升軌操作?

截至發稿,SpaceX和馬斯克仍然沒有做任何回應。

筆者不禁聯想到今年中國空間站天和核心艙發射後的情況,當時西方媒體大肆渲染長征五號末級再入地球的風險。事實上,和太空碰撞相比,長五末級再入的可控性更強,風險和長期後果則更低。它的最終再入也如預測的那樣,沒有對地面造成任何損害。



中國空間站

但這次星鏈事件,西方主流媒體幾乎集體失聲(除了《鏡報》這樣的左翼小報),再次顯示了他們所謂的新聞自由和客觀報道的虛僞性。他們對中國的選擇性和雙標報道充滿了傲慢和偏見。

當然,現在對事件的真正原因下結論還爲時過早。但即便作最善意的假設,事件也可以引出更多的討論和思考。類似星鏈這樣的巨型星座會帶來什麼影響?數萬顆衛星圍繞地球,數百顆衛星在持續降軌,一定還會有失控衛星,太空碰撞的風險絕對不可低估。它對不斷增加的太空人口來說可能是致命的。

目前,星鏈衛星已經佔據了近地軌道近距離遭遇事件的一半。當12000顆星鏈衛星入軌後,這一比例預計將增加到90%。

在SpaceX和馬斯克光環的帶動下,很多公司計劃或者已經走上了巨型星座的道路。這種任性的巨型星座和我們星辰大海的理想會不會背道而馳?這是人類正確的方向嗎?地面交通需要交通管理部門、法規和警察的約束和監督,太空難道就不需要嗎?

不過,太空沒有邊界。太空和航天器的管理無法依靠一國來完成。我們需要國際合作、需要基於一致認可的規則的行動。但很遺憾,目前的國際形勢爲合作投下了陰影。我們看到太空中出現了越來越多的衝突跡象而不是合作。也許,只有深刻的教訓才能使局面有所改觀。也許,我們只能等待,等待我們的下一代來解決這個難題。

至於馬斯克,如果他要繼續走下去,繼續在太空拓展,最終實現他的火星夢想,他就必須在這一事件上表現出責任感和客觀性,他也必須爲巨型星座的問題找到實質性的解決辦法。

讓我們拭目以待吧。

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